Martínez-Garcia, Marina

Revistes Catalanes amb Accés Obert

SISTEMA DE POSICIONAMENT GLOBAL, GPS 
Mari na Martínez-García 
Pofessora asociada del grup d 'Astronomia i Geodesia Espacial, 
Departamen t de Matematica Aplicada i Telelematica, UPC 
e-maiL: marina@mat.upc.es 
Fins fa poc, la possibilitat d' accedir a un sistema 
de posicionament precís es limitava a ls exerc it s 
professionals o a la recerca científica més puntera. Deter-
minar la posició de qualsevo l punt de la Terra amb errors 
per sota del centímetre ha estat possible , grac ies un 
revolucionari sistema de pos icionament : el GPS o Siste-
ma Global de Posicionament. 
El Global Positioning System (G PS) aplicat a 
problemes «civil s» va néixer als EUA a principis deIs 
vuitanta i ha demostrat des deI s seus inicis ser una eina 
molt valuosa en tots els camps en els quals ha estat 
aplicat: de la navegac ió marítima i aeria fins a tasques 
tant quotidianes com la conducc ió de cotxes. 
El que és clar és que e l GPS ha revolucionat el 
mercat de les aplicacions tecnológiques d ' aquest final de 
segle i ha assentat les bases delssistemes de posicionament 
del segle XXI. 
Peró, en que consisteix el Sistema GPS ? 
El GPS és un sistema de pos icionament que 
determina di stancies i pos icions fent servir com a obser-
vable e l temps que tri ga un senyal e lectric en viatjar del 
satel.lit emissor a una antena receptora. Aquest temps 
multiplicat per la veloc itat de la ll um ens dóna la distancia 
aparent (<< pseudo-di stancia») entre el satel.lit i e l recep-
tor. 
Reso ldre un model senzill de navegac ió suposaria 
tenir alhora les pseudo-distancies de com a mínim quatre 
30 
sate l.lits per poder «tri angular» i estimar la pos ició (tres 
coordenades incógnita) a més de l'error del re llotge del 
receptor. 
El sistema consta de tres parts ben diferenciades o 
segments.D' una banda di sposem de la constel.l ació de 
vi nt-i-c inc satel.lits NA VST AR en órbita al vo ltant de la 
Terra que emeten un senyal i que constitueixenl ' anomenat 
segment espac ial. De l' altra, cinc estac ions formen 
Determinar la posició de 
qualsevol punt de la Terra 
amb errors per sota del 
centimetre ha estat possible 
gracies un revolucionari 
sistema de posicionament: el 
GPS 
l' anomenatsegment de control. L 'estació principal (mas-
ter control station) esta situada a Colorado Springs 
(Cali fornia). Finalment , e ls aparell s receptors i de 
processa ment de l senya l rebut des deIs sa te l.li ts 
constitueixen el segment utilitrui. 
Sobre l' ona portadora que emet cada sateI .lit es 
modula un codi i un missatge de navegació. L' emissió 
d ' ambdós elements es controla per rellotgesd ' alta precisió 
i es repeteix de forma periódica. 
El missatge de navegac ió indica les efemerides del 
satel.lit, dades atmosferiques i parametres de control de Is 
rellotges de precissó . 
Existeixen dos tipus de codi: el codi C/A (Course/ 
Adquisition or Clear / Acces code) , de baixa precisió, i e l 
codi P (Precise or Protected code), d'alta precisió. El 
primer es d' ís. civil mentre que el segon es reserva a les 
Forces Armades defs EUA, la OTAN, els Australian 
Defence Forces i algl!ns organi smescivils com el Defense 
Mapping Agency i la ational Geodetic Survey. 
Cada satel.lit emet dues ones portadores de codi 
i de missatge, L 1 i L2, de freqüencies 1.5 GHz i 1.2 GHz 
BURAN N°9 M A YO 1997 
aprox imadament. Depenent de la freqüenciade la porta-
do ra i de l codi a desx ifrar pode m . acced ir a un 
posicionament d ' altao de baixa prec isió. El processament 
del senyal es pot fe r mitjanc;:ant la mesura de la fase o 
mitjanc;:ant les pseudo-distancies. 
[ : :: .... :::.- . __ .) 
El primer metode permet la determinac ió de 
di stancies de forma molt precisa pero es veu afectat de 
I'ambigüitat en la inicialització de la fase (mesura del 
número inicial de cicles), I'eliminac ió de la qual requereix 
del post-processament de les dades. Per tant, per ara el 
preu de I'exactitud és la impossibilitat d' obtenir resultats 
a I'instant. 
El segon metode no es veu ,afectat per aq uest 
problema pero dóna un posic ionament de baixa prec isió. 
En aquest sentit es pot dir que la baixa precisió amb un 
mínim pre-procés permet posicionament a temps real. És 
per aquest motiu que la primera tecnica s' empra per 
Topografí a i Geodes ia mentre que la segona s' utilitza per 
navegació. 
En qu~sevo l cas, el sistema GPS es tridimensional, 
no posiciona sobre cap superfície concreta, sinó que dóna 
unes coordenades en un sistema de referencia cartesia 
lligat a la Terra (WGS84). Aquest sistema de referencia 
te l' ori gen al geocentre terrestre i eixos en la direccio del 
Poi Nord instantani , en la direcció del punt d ' intersecció 
tre I'equador i el meridi a de Greenwich i un tercer eix 
formant un tri edre directe amb els anteri ors. L'avantatge 
d ' un sistema de posicionament tridimensional que no 
utilitzi referencies del terreny és, basicament, que no esta 
• R AMAS DE E STUD IANTES DEL mEE 
En camps com ['agricultura i 
el medi ambient el GPS ha 
esdevingut una porta oberta a 
un gran ventall de 
possibilitats 
Iligat als canvis de lafesomia dellloc: moviments sísmics, 
catastrofes, naturals, etc .. . El GPS dóna unes coordenades 
que després, i segons les necessitats, podem situar dins 
I' entorn geografic de la zona (mapes topografics) per a 
una millor orientació de I' usuari . 
Segons aixo una aplicació inmedi ata del GPS es 
estudi ar variacionsde la superfície terrestre (prospeccions 
geo log iques i geotec toni ca). És e l cas d 'a lgunes 
repúbliques ex-sovietiques de l' Asia Central que envolten 
el mar Cas pi o En aquests pa'lsos , i en espec ia l al 
Kazakhstan, les explotac ions petro lieres i e ls jaci ments 
minerals que s'ex tenen a les vores del mar suposenla base 
de I'economia nacional. És per aixo que s' han establert 
xarxe~ de receptors GPS di ferencial que estudien els 
moviments de la línia de la costa per tal de fer prev isions 
i plans estrategics d ' acció davant situacions de ri sco 
31 
U na a ltra mo str a de les 
a pli cac ions geo log iques de la 
tecno logia GPS la trobem en I' estudi 
de l moviment de g laceres . 
L' exemple més espectacu lar és 
el Gran Glaciar de Bering que avan~a 
des de I' interior de la península cap al 
Go lf d ' Alaska a veloc itats d ' uns 30 
metres per dia. El moviment de l glaciar produe ix una 
forta eros ió i despl a~a Ilacs i rius deis seus Ilits habituals, 
la qual cosa remodela e l paisatge i lageografia dellloc en 
molt poc temps. 
La medic ió d 'al~ades de pics de muntanyes com 
l' Everest és un altre úsdel GPS. Les variacions d ' aquestes 
mesures són un bon punt de referencia per a I' estudi 
indirecte del moviment de plaques tectoniques i de 
possibles tendencies a l' enfonsament o elevac ió de punts 
concrets de l ' escor~a terrestre. 
El GPS també té quelcom a dir fo ra de les 
aplicacions més Iligades al coneixement científi co En 
camps com I'agricultura i e l medi ambient el GPS ha 
esdevingut una porta oberta a un g ran ve ntall de 
po sibilitats: El departament d ' Agticultura de is EUA 
contro la les fumigac ionsaeries mj¡jan~ant mapes deta ll ats 
amb rutes tra~ades per cobrir de manera més e fecti va 
cada zona a tractaL Els avio ns desinsectadors es guien 
per un sistema de navegació GPS que indica el camí a 
eguir per ta l d'optimitzar recursos de combustible i 
insecticida. 
A Catal unya gru ps de recerca com el d ' Astronom ia 
i Geodesia Espacial de la Uni versitat Politecni ca de 
Catalunya son capdavanters e n aplicacions de l sistema 
32 
GPS a les Ciencies de la Terra. En concret, el nostre grup 
es concentra en l1estudi de l' Atmosfera: Ionosfera i 
Troposfera (veieu e l nostre web http ://maite I25.upc.es/ 
- man uel/storm/s torm . htm 1). 
L ' inte re s usc it a t per I'ampl e ve nt a ll de 
poss ibilitats · del GPS ha portat a organi smes de la 
comunitat europea a impulsar un projecte europeu de 
siste ma de posicionament g lobal reco lzat en tecniques 
del GPS diferencial. 
A part de les qi.iesti ons de més envergadura com 
l'orientació de sate l.lits de baixa orbita (LEOS, Low 
Earth Orbiter Satell ite ), ja s ' estancomercialitzant aparell s 
de navegac ió per turi smes que permetran a l' usuari 
ubicar- se i esco llir rutes alte rnati ves en qualsevol 
despla~ament. 
Cada vegada es comercialitzen antenes i receptors 
més petits, economics i comodes d ' utilitzar. 
No ca ldra ser un «tuareg» per ori entar-se en pie 
desert ni un aventurerexpert dins la se lva amazonica per 
ga udir deis avantatges del G PS! 
B URAN °9 M AYO 1997 


Sistema de posicionament global, GPS

Martínez García, Marina

UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC

SISTEMA DE POSICIONAMENT GLOBAL, GPS Mari na Martínez-García Pofessora asociada del grup d 'Astronomia i Geodesia Espacial, Departamen t de Matematica Aplicada i Telelematica, UPC e-maiL: marina@mat.upc.es Fins fa poc, la possibilitat d' accedir a un sistema de posicionament precís es limitava a ls exerc it s professionals o a la recerca científica més puntera. Deter-minar la posició de qualsevo l punt de la Terra amb errors per sota del centímetre ha estat possible , grac ies un revolucionari sistema de pos icionament : el GPS o Siste-ma Global de Posicionament. El Global Positioning System (G PS) aplicat a problemes «civil s» va néixer als EUA a principis deIs vuitanta i ha demostrat des deI s seus inicis ser una eina molt valuosa en tots els camps en els quals ha estat aplicat: de la navegac ió marítima i aeria fins a tasques tant quotidianes com la conducc ió de cotxes. El que és clar és que e l GPS ha revolucionat el mercat de les aplicacions tecnológiques d ' aquest final de segle i ha assentat les bases delssistemes de posicionament del segle XXI. Peró, en que consisteix el Sistema GPS ? El GPS és un sistema de pos icionament que determina di stancies i pos icions fent servir com a obser-vable e l temps que tri ga un senyal e lectric en viatjar del satel.lit emissor a una antena receptora. Aquest temps multiplicat per la veloc itat de la ll um ens dóna la distancia aparent (<< pseudo-di stancia») entre el satel.lit i e l recep-tor. Reso ldre un model senzill de navegac ió suposaria tenir alhora les pseudo-distancies de com a mínim quatre 30 sate l.lits per poder «tri angular» i estimar la pos ició (tres coordenades incógnita) a més de l'error del re llotge del receptor. El sistema consta de tres parts ben diferenciades o segments.D' una banda di sposem de la constel.l ació de vi nt-i-c inc satel.lits NA VST AR en órbita al vo ltant de la Terra que emeten un senyal i que constitueixenl ' anomenat segment espac ial. De l' altra, cinc estac ions formen Determinar la posició de qualsevol punt de la Terra amb errors per sota del centimetre ha estat possible gracies un revolucionari sistema de posicionament: el GPS l' anomenatsegment de control. L 'estació principal (mas-ter control station) esta situada a Colorado Springs (Cali fornia). Finalment , e ls aparell s receptors i de processa ment de l senya l rebut des deIs sa te l.li ts constitueixen el segment utilitrui. Sobre l' ona portadora que emet cada sateI .lit es modula un codi i un missatge de navegació. L' emissió d ' ambdós elements es controla per rellotgesd ' alta precisió i es repeteix de forma periódica. El missatge de navegac ió indica les efemerides del satel.lit, dades atmosferiques i parametres de control de Is rellotges de precissó . Existeixen dos tipus de codi: el codi C/A (Course/ Adquisition or Clear / Acces code) , de baixa precisió, i e l codi P (Precise or Protected code), d'alta precisió. El primer es d' ís. civil mentre que el segon es reserva a les Forces Armades defs EUA, la OTAN, els Australian Defence Forces i algl!ns organi smescivils com el Defense Mapping Agency i la ational Geodetic Survey. Cada satel.lit emet dues ones portadores de codi i de missatge, L 1 i L2, de freqüencies 1.5 GHz i 1.2 GHz BURAN N°9 M A YO 1997 aprox imadament. Depenent de la freqüenciade la porta-do ra i de l codi a desx ifrar pode m . acced ir a un posicionament d ' altao de baixa prec isió. El processament del senyal es pot fe r mitjanc;:ant la mesura de la fase o mitjanc;:ant les pseudo-distancies. [ : :: .... :::.- . __ .) El primer metode permet la determinac ió de di stancies de forma molt precisa pero es veu afectat de I'ambigüitat en la inicialització de la fase (mesura del número inicial de cicles), I'eliminac ió de la qual requereix del post-processament de les dades. Per tant, per ara el preu de I'exactitud és la impossibilitat d' obtenir resultats a I'instant. El segon metode no es veu ,afectat per aq uest problema pero dóna un posic ionament de baixa prec isió. En aquest sentit es pot dir que la baixa precisió amb un mínim pre-procés permet posicionament a temps real. És per aquest motiu que la primera tecnica s' empra per Topografí a i Geodes ia mentre que la segona s' utilitza per navegació. En qu~sevo l cas, el sistema GPS es tridimensional, no posiciona sobre cap superfície concreta, sinó que dóna unes coordenades en un sistema de referencia cartesia lligat a la Terra (WGS84). Aquest sistema de referencia te l' ori gen al geocentre terrestre i eixos en la direccio del Poi Nord instantani , en la direcció del punt d ' intersecció tre I'equador i el meridi a de Greenwich i un tercer eix formant un tri edre directe amb els anteri ors. L'avantatge d ' un sistema de posicionament tridimensional que no utilitzi referencies del terreny és, basicament, que no esta • R AMAS DE E STUD IANTES DEL mEE En camps com ['agricultura i el medi ambient el GPS ha esdevingut una porta oberta a un gran ventall de possibilitats Iligat als canvis de lafesomia dellloc: moviments sísmics, catastrofes, naturals, etc .. . El GPS dóna unes coordenades que després, i segons les necessitats, podem situar dins I' entorn geografic de la zona (mapes topografics) per a una millor orientació de I' usuari . Segons aixo una aplicació inmedi ata del GPS es estudi ar variacionsde la superfície terrestre (prospeccions geo log iques i geotec toni ca). És e l cas d 'a lgunes repúbliques ex-sovietiques de l' Asia Central que envolten el mar Cas pi o En aquests pa'lsos , i en espec ia l al Kazakhstan, les explotac ions petro lieres i e ls jaci ments minerals que s'ex tenen a les vores del mar suposenla base de I'economia nacional. És per aixo que s' han establert xarxe~ de receptors GPS di ferencial que estudien els moviments de la línia de la costa per tal de fer prev isions i plans estrategics d ' acció davant situacions de ri sco 31 U na a ltra mo str a de les a pli cac ions geo log iques de la tecno logia GPS la trobem en I' estudi de l moviment de g laceres . L' exemple més espectacu lar és el Gran Glaciar de Bering que avan~a des de I' interior de la península cap al Go lf d ' Alaska a veloc itats d ' uns 30 metres per dia. El moviment de l glaciar produe ix una forta eros ió i despl a~a Ilacs i rius deis seus Ilits habituals, la qual cosa remodela e l paisatge i lageografia dellloc en molt poc temps. La medic ió d 'al~ades de pics de muntanyes com l' Everest és un altre úsdel GPS. Les variacions d ' aquestes mesures són un bon punt de referencia per a I' estudi indirecte del moviment de plaques tectoniques i de possibles tendencies a l' enfonsament o elevac ió de punts concrets de l ' escor~a terrestre. El GPS també té quelcom a dir fo ra de les aplicacions més Iligades al coneixement científi co En camps com I'agricultura i e l medi ambient el GPS ha esdevingut una porta oberta a un g ran ve ntall de po sibilitats: El departament d ' Agticultura de is EUA contro la les fumigac ionsaeries mj¡jan~ant mapes deta ll ats amb rutes tra~ades per cobrir de manera més e fecti va cada zona a tractaL Els avio ns desinsectadors es guien per un sistema de navegació GPS que indica el camí a eguir per ta l d'optimitzar recursos de combustible i insecticida. A Catal unya gru ps de recerca com el d ' Astronom ia i Geodesia Espacial de la Uni versitat Politecni ca de Catalunya son capdavanters e n aplicacions de l sistema 32 GPS a les Ciencies de la Terra. En concret, el nostre grup es concentra en l1estudi de l' Atmosfera: Ionosfera i Troposfera (veieu e l nostre web http ://maite I25.upc.es/ - man uel/storm/s torm . htm 1). L ' inte re s usc it a t per I'ampl e ve nt a ll de poss ibilitats · del GPS ha portat a organi smes de la comunitat europea a impulsar un projecte europeu de siste ma de posicionament g lobal reco lzat en tecniques del GPS diferencial. A part de les qi.iesti ons de més envergadura com l'orientació de sate l.lits de baixa orbita (LEOS, Low Earth Orbiter Satell ite ), ja s ' estancomercialitzant aparell s de navegac ió per turi smes que permetran a l' usuari ubicar- se i esco llir rutes alte rnati ves en qualsevol despla~ament. Cada vegada es comercialitzen antenes i receptors més petits, economics i comodes d ' utilitzar. No ca ldra ser un «tuareg» per ori entar-se en pie desert ni un aventurerexpert dins la se lva amazonica per ga udir deis avantatges del G PS! B URAN °9 M AYO 1997 

Sistema de posicionament global, GPS

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Revistes Catalanes amb Accés Obert

UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC

UPCommons