Fuentes de error GPS
Los errores del sistema GPS son una combinación
de ruido, desajustes y espúreas. Los errores por ruido son efecto
de ruido del código PRB (alrededor de un metro) y ruido en el receptor
(un metro aproximado). Los errores por desajuste son resultado de la disponibilidad
selectiva y otros factores.
Disponibilidad selectiva y otros errores
Disponibilidad Selectiva
Desde la creación del sistema hasta el 1
de mayo de 2000 el sistema GPS incorporaba un error intencionado la
disponibilidad selectiva (SA selective Availability)
La disponibilidad selectiva es la degradación
intencionada que de las señales del servicio de posicionamiento
estándar (SPS) mediante variaciones en los datos de corrección
de reloj.
La disponibilidad selectiva está controlada
por el Departamento de defensa de los estados unidos para limitar la precisión
a los usuarios no pertenecientes al gobierno o defensa estadounidenses.
La precisión potencial del código C/A de 30 metros es reducida
hasta 100 metros (dos desviaciones estándar).
El desvío de relojes por la disponibilidad
selectiva es diferente para cada satélite, por lo que la posición
resultante viene en función de los errores combinados de los datos
de los satélites que se hayan utilizado en el cálculo de
la posición. Debido a que los desvíos cambian paulatinamente
en unas horas, los cálculos de posición o los pseudo-rangos
no se pueden promediar en periodos inferiores a unas horas. Se deben aplicar
correcciones diferenciales con un ratio menor que el tiempo de correlación
de disponibilidad selectiva (y otros errores de sincronismos).
A partir de mayo de 2000 la disponibilidad selectiva
ha cambiado en su funcionamiento, al principio se trataba de un error global
(para todos los usuarios civiles) pero después de esta fecha el
gobierno USA mantendrá el máximo de la precisión contantemente
salvo en las zonas o momentos en que por razones de seguridad así
se requiera, de forma que puede activar la D.S. de forma focalizada.
Otras fuentes de error
Los errores de los relojes de los satélites no
corregidos por las estaciones de control de tierra pueden originar errores
de 1 metro.
Los errores en efemérides pueden producir
1 metro de error.
Retardos troposféricos, 1 metro. La troposfera es la capa más
baja de la atmósfera (desde la superficie hasta entre 8 y 13 Km),
esta capa esta afectada por cambios de temperatura, presión y humedad
asociados a cambios meteorológicos. Se requieren modelos de los
retardos troposféricos que aproximen estos parámetros.
Retardos por la ionosfera, 10 metros. La ionosfera
es la capa de la atmósfera que va desde los 50 hasta 500 Km de altura
y consiste en aire ionizado. El modelo de transmisión para esta
capa, que es enviado en la trama de datos, sólo puede eliminar la
mitad de los posibles 70ns dejando un residuo que puede dar errores de
10 metros. Los receptores que usan las portadoras L1 y L2 pueden corregir
todo el error.
Multicamino: ½ metro. El multicamino es causa
por la reflexión de las señales en superficies próximas
al receptor y pueden interferir o producir errores en las señales
que llegan directamente desde los satélites al receptor. El error
por multicamino es muy difícil de detectar y en ocasiones es imposible
de evitar.
Las espúreas pueden producir errores de cientos
de kilómetros.
Errores en el segmento de control debido a fallos
humanos o de computación pueden causar errores desde un metro a
cientos de kilómetros.
Errores de usuario, incluyendo la selección
de un Datum geodésico erróneo, pueden causar errores desde
uno hasta unos cientos de metros
Errores en el receptor debidos a fallos de programa
o del hardware pueden producir errores esporádicos de cualquier
magnitud.
Ruido y desvío de relojes, pueden resultar
en errores de alrededor de los 15 metros para cada satélite utilizado
en cálculo de la posición.
Dilución Geométrica de la Precisión (GDOP) y visibilidad.
Los errores del GPS se ven incrementados por las diferencias
de los vectores entre el receptor y los satélites. El volumen del
prisma descrito por los vectores desde el receptor a los satélites
utilizados en el cálculo de la posición es inversamente
proporcional a la GDOP.
Un GDOP pobre (con un valor alto) representando
un volumen pequeño del prisma, aparece cuando los ángulos
desde el receptor a los distintos satélites utilizados en el cálculo
son similares.
Un GDOP bueno, un valor pequeño representando
un volumen del prisma grande, se consigue cuando los ángulos desde
el receptor a los distintos satélites son distintos.
El GDOP es calculado a partir de las relaciones geométricas
entre el receptor y los satélites que el receptor utiliza
para la navegación. Para propósitos de planificación
a menudo se calcula el GDOP a partir del almanaque y de la posición
estimada del receptor. Sin embargo, el GDOP no tiene en cuenta los objetos
que puedan bloquear la señal que los satélites transmiten
al receptor. El GDOP estimado no puede ser utilizado en la practica.
Para evitar la oclusión de las señales,
la GDOP se calcula utilizando los satélites que realmente son visibles.
En general los errores de rango de las señales
de los satélites se ven multiplicado por el valor de GDOP
para estimar la posición resultante o el error en el tiempo. El
valor GDOP (ECEF XYZ DOP) puede ser rotado en un sistema Norte-Este-Abajo
(NED North-East-Down) para producir valores de dilución de la posición
en los planos vertical y horizontal.
Componentes GDOP
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PDOP
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Position Dilution of Precision (3-D), a menudo la DOP esférica. |
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HDOP
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Horizontal Dilution of Precision (Latitud, Longitud). |
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VDOP
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Vertical Dilution of Precision (Altura). |
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TDOP
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Time Dilution of Precision (Tiempo) |
Mientras que cada uno de estos componentes GDOP puede
ser calculados individualmente, ellos son calculados a partir del mismo
GDOP y no son independientes entre sí. Por ejemplo un TDOP muy alto
causará errores en el reloj que finalmente puede causar errores
en la posición.
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