En la aparición de los receptores GPS profesionales debido a las restricciones, geometría y configuración del sistema satelital, la precisión que se podía alcanzar era de metros en su desarrollo cómo equipos autónomos o independientes.

Si se quería tener precisión, para ser utilizados en topografía en la medición de bases de replanteo o puntos de control con una calidad centimétrica había que recurrir a las mediciones estáticas y realizar un postproceso. Un método que al menos se utilizaban dos receptores, uno se quedaba como fijo haciendo de base durante toda la jornada de medición y el otro, el que hacía de móvil se movía con tiempos largos de posicionamiento. Con la recogida de las numerosas observaciones en un ordenador se hacia el procesamiento para disponer de las coordenadas precisas. Como ejemplo en los que participé en mis inicios de la actividad profesional en los años noventa del siglo pasado fue su utilización en la obtención de las bases para las trazas de los ferrocarriles de alta velocidad y alguna autovía.

Al tiempo se usaron los postprocesos cinemáticos en los que se seguía usando un equipo como base y con el móvil se iban midiendo puntos en los que ya se acortaba su tiempo de medición a algo menos de un minuto, pero se podía apagar o perder el rastreo de satélites.

Un poco antes del siglo XXI se desarrolló el método RTK. A la pareja de base y móvil GPS se le añadió una radio UHF, con lo que ya había una comunicación entre ellos.

El sistema consistía en que la base transmitía sus observables al equipo móvil que con su software de gestión y medición era capaz de calcular en tiempo real y en segundos las coordenadas.

Fue toda una revolución en los finales del siglo XX ya que la estación total quedó relegada a los trabajos de interior o de mucha precisión. Con gran efectividad.y productividad se podían medir grandes extensiones de terreno. En una obra de varios equipos de topografía GPS, se compartía la base con lo que se unificaban las calibraciones, sistemas de coordenadas y se lograba una homogeneidad y supresión de errores. Bastaba con poner a un móvil el mismo canal y frecuencia de una radio compatible que la base. No obstante había que tener cuidado y comprobar que la base a la que se hacía conexión era la correcta ya que por la inmediaciones podía haber otra base emitiendo, conectarse equivocadamente y no tener coordenadas buenas.

Recuerdo en la venta de unos equipos para una urbanización de Paracuellos del Jarama en Madrid en las que nos decía que no funcionaban bien los GPS. Descubrimos que se solapaban con el gran numero de GPS que había en la construcción de la T4 del aeropuerto de Barajas.

En otra ocasión con dos parejas de GPS distintas separadas a más de 50 km también se confundían las señales. A la hora de los test preventa los configuraba con la misma frecuencia y en este caso estos modelos disponían de una radio de gran potencia. No imaginaba que a esas distancias se acoplarian.

Fueron momentos que se buscaba compatibilizar las dos clases de radios que había en el mercado SATEL y TRIMTALK para utilizar la misma base aunque fuera de distinta marca. Es algo ya superado. Por mi parte tuve una colaboración notable en lograr esto en una de las empresas comercializadoras en las que trabajé ya que era una ventaja competitiva y la posibilidad de colocar nuestros equipos en las obras. Eran los tiempos de cuando se construía todo y en todos los sitios en el primer decenio de este siglo.

Mas tarde se empezaron a universalizar los datos móviles, GPRS, 3G, 4G y ahora 5G en combinación con la instalación de las redes de estaciones de referencia GNSS tanto del instituto Geográfico Nacional como de algunas organismos autónomos y casas comercializaras. Ya no era necesario llevar un equipo base en trípode, bastaba con conectarse vía internet a estas bases y así obtener precisión centimétrica.

Se empezaron a adaptar las bases para equipos móviles y así tener dos equipos funcionales.

Y ahora tenemos la banda L a la que conectarse directamente si el hardware está habilitado. Su potencial es increíble porque tras un breve periodo de inicialización se tiene precisión centimérica en cualquier parte del mundo. En Trimble es conocido como RTX y está definido como un servicio de corrección GNSS el cual en tiempo real permite a los usuarios obtener posiciones geodésicas mediante correcciones mediante comunicación satelital o internet, en todo el mundo sin necesidad de infraestructura terrestre como redes celulares, radios o módems, y sin utilizar estación base.

Desarrollando el argumento, Trimble RTX utiliza datos satelitales y atmosféricos en tiempo real de una red mundial de estaciones de seguimiento continuo (CORS), junto con un modelo ionosférico altamente preciso y de complejos algoritmos para generar las correcciones diferenciales. Estas correcciones son luego transmitidas a los usuarios de receptores móviles GPS/GNSS a través de un sistema de satélites geoestacionarios y/o Internet, que son utilizadas para mejorar la precisión de sus mediciones en campo. Dichas correcciones son multiconstelación (GNSS), es decir aplican a los distintos sistemas disponibles a nivel global como GPS, Glonass, Galileo, BeiDou (Compass), entre otras de uso regional como QZSS (Japón).

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Los receptores GNSS, o como vulgarmente los conocemos GPS, a día de hoy son herramientas básicas en el coche de un topógrafo. Todo profesional de la captura de coordenadas con precisión que se precie de ello los conoce y utiliza con regularidad.

Pero un GPS no es solo un conjunto de plástico, placas electrónica, tornillos y metal que recibe señales de los satélites y por arte de magia o por unos seres pequeñitos muy listos que viven en su interior devuelven unas coordenadas y el valor de la precisión.

El sistema GNSS – GPS es un conjunto de satélites, estaciones de control, receptores, estaciones fijas de referencia y software que consigue obtener coordenadas con distintos grados de precisión en cualquier parte de La Tierra que no obstaculice la señal de los satélites.

¿Qué es lo que realmente hace que un receptor GPS topográfico obtenga coordenadas?

Lo que realmente le hace reconocible es la antena, ya que es lo que hace su diseño. Las antenas más utilizadas son las del tipo parche que no es más que un pequeño cuadrado de cerámica en medio de un plano de tierra. Tienen algunas variaciones que dan solución a la recepción, exclusión de valores extraños, multipaths y ahora que sigan funcionando aun estando inclinados.

Para recibir todas las bandas y señales de las múltiples constelaciones de satélites las antenas son construidas con varias placas apiladas que buscan recoger todas las frecuencias posibles.

Los satélites para optimizar la energía que consumen en su funcionamiento para enviar las frecuencias lo hacen a la menor potencia posible, con lo que llegan a los receptores siendo muy débil. Para ello la tecnología con la que está conformado el GPS lleva amplificadores de bajo ruido que actualmente logran que incluso se pueda medir en zonas de espesa cobertura forestal.

El spoofing o suplantación de identidad es un elemento que con el desarrollo de la guerra electrónica hay que tener en cuenta con lo que se emplean filtros hardware para evitar estas interferencias.

El Sol es otro inconveniente para el buen funcionamiento de un GPS, su actividad en forma de tormentas solares provoca anomalías en las señales de los satélites que llegan incluso a inutilizarlos. En las construcción de los nuevos GPS inteligentes se mitigan estos efectos. No obstante desde aquí invito a su consideración visitando alguna web o suscribiéndose a las alerta porque puede arruinar jornadas de trabajo.

Mascara de elevación, plano de tierra, variación del plano de tierra y centro de fase también son importantes en el diseño y construcción de una antena ya que podrán permitir el rechazo de las señales rebotadas (multipath) y las mediciones inclinadas.

Lo que más se aprecia a la vista de un receptor GNSS es su diseño, siendo redondo, cuadrado, como una bala, zanahoria,.. Los fabricantes han intentado dar solución con estas formas al desafío en su uso intenso en terrenos abruptos donde se puede enganchar con la vegetación, ser incomodo para subir o bajar un talud,.. Todo ello en conjunción con el alojamiento de las baterías, la placa bluetooth, cámaras, radios y módulos WIFI. Un reto que busca la mayor miniaturización del conjunto y hacerlo lo más cómodo, liviano y competitivo en el mercado sin perder su eficacia.

El «envase» de los componentes de la antena tiene que salvaguardarlos de caídas, polvo, agua, humedad y las vibraciones del golpeo continuo en la materialización de los puntos con el jalón. Así en las hojas de características de un modelo de calidad el fabricante indica la altura de caída, el numero de veces que se puede caer en una superficie dura de hormigón y los niveles de protección y vibración que soporta.

El número de canales que posee una placa GPS es una de sus características necesaria, aunque no es tan importante la cantidad como su calidad.

A nivel genérico cada canal es ocupado por una frecuencia de las que proporciona un satélite.

Desde el punto de vista del marketing ha habido una competición por indicar el número de canales más alto, para dar la sensación que es mejor. No obstante hay otros condicionantes como su capacidad mutlconstelación, mitigación de multipath, interferencias y corrección de los efectos ionosféricos.

A mayor capacidad de tener en cuenta estos parámetros mayor costo es el del sistema. Hay soluciones de coste bajo que utilizan tecnología antigua o bien no tienen capacidad de mitigar las características anteriores aunque indiquen un gran número de canales.

La placa es el corazón del sistema GNSS, la que hace funcionar la posibilidad de obtener coordenada con precisión en la marca que se está ubicando. La placa base está compuesta de un ASIC (application-specific integrated circuit), IMU en la mas nuevas junto con elementos microelectrónicos para la medición de la aceleración e inclinación.

Las placas por tradición han sido construidas por un número limitado de fabricantes para sus equipos o bien las vendían en formato OEM a terceros integradores. Hoy en día un número mayor de integradores están construyendo sus propias placas.

El circuito integrado de aplicaciones específicas es muy pequeño, actualmente mide 10×10 milimetros y dispone de millones de puertas que cada vez son más por la ley de Moore. El coste de fabricación del circuito integrado es bastante alto, con lo que los fabricantes de prestigio disponen de la ultima versión con mayores capacidades.

Para desarrollar las puertas con una gran potencia y el menor coste de energía posible se utilizan lenguajes de programación muy avanzados, siendo también una seña de identidad para los fabricantes que invierten en investigación y desarrollo para disponer de los receptores GNSS con la tecnología más innovadora.

Los motores gps o de posicionamiento tienen que estar habilitados para discernir la coincidencia de señales y generar una replica local con la que se ha transmitido. Una replica de la portadora y el código transmitido que debe debe de estar alineada en tiempo y frecuencia con la recibida.

Debido al incremento de satélites, potencia y velocidad en el procesamiento, la componente ASIC de la placa GPS ha tenido que evolucionar. Una progresión en reducir su tamaño y aumentar su operabilidad. Es por ello que puede haber receptores más antiguos que aunque puedan ser multiconstelación no son capaces de gestionar todo el potencial de las señales actuales.

Quien realmente hace la corrección en las mediciones aplicando los sesgos de código, reloj y orbita con los diferenciales RTK y PPP el el motor GPS en conjunción con el ASIC

Es necesaria una alta capacidad de procesamiento de la alta cantidad de señales de los satélites, para ello los motores GPS tienen que estar preparados para ello ya que actualmente se hacen cálculos de diez posiciones por segundo (10 hz). Incluso los receptores de alta gama son capaces de hacer cálculos mayores. Disponer de un buen motor GPS diferencia al GPS y para los de bajo coste es todo un desafío.

En el campo de los profesionales hay un error de concepto en el que se piensa que los equipos GPS que hacen referencia traen directamente las coordenadas, cuando lo que traen son posiciones del estado del reloj, orbita, datos de modelo ionosférico. Es el software de campo el que hace este cálculo con los parámetros anteriores.

La tecnología geoespacial avanza y con ello los GPS móviles. Decir lo que posee un receptor móvil actualmente es hablar de cámaras integradas, bluetooth, wifi, modem 4G, iMU, giróscopos electrónicos y acelerómetros.

El articulo lo he escrito basándome en el propio de la revista digital XYHT https://www.xyht.com/gnsslocation-tech/part-one-whats-inside-your-gnss-rover/

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300, 500 o más de 1000 canales son el número de canales GNSS que indican las especificaciones de los nuevos receptores que salen al mercado. ¿Por qué tantos canales si en órbita solo hay unos 120 satélites y no se reciben todos al estar repartidos para asegurar tener coordenadas por todo el globo terráqueo? ¿Es una marca de competición para distinguirse en las licitaciones públicas? ¿Un argumento de venta?

El número de canales de un receptor GNSS ha ido creciendo en función de la puesta en órbita de más satélites y entrar en el juego estratégico otros países con sus constelaciones para disponer de coordenadas en cualquier punto de La Tierra.

Hace más de treinta años el número de canales que tenía un receptor si tenía una correlación directa con los satélites que podía recibir. De los satélites para uso civil solo se recibía la señal L1 C/A Y prácticamente solo existía la constelación GPS de Estados Unidos con unos pocos satélites que no aseguraban coordenadas a lo largo de todo el día. Por ejemplo el receptor Trimble GEO3 sólo disponía de ocho canales.

Incipiente era la constelación rusa Glonass y los costes para que pudieran entrar en el cálculo uno o dos de sus satélites con los GPS eran muy altos. En España los profesionales empezaron a usar receptores con GPS y Glonass a partir del año 2000.

Por ser GPS la primera constelación en servicio, al sistema vulgarmente se le ha conocido bajo ese nombre. A partir de disponer de Glonass lo mas correcto es llamarlo GNSS (Sistema Global de navegación por satélite)

El sistema fue mejorando, con investigación y tecnología patentada para ser argumento de venta los receptores comenzaban a incluir el rastreo de la señal L2 reservada a uso militar. El rango de canales de los receptores más antiguos se quedaba corto y había que añadir más canales a los que iban saliendo al mercado.

Sobre el cielo empezaron a circular más satélites de la constelación GPS, se desarrolló la GLONASS y entraron en servicio los de Galileo (europea), Beidu (China), QZSS (Japón) y NavIC (India). No se puede olvidar las constelaciones SBAS muy usadas en GIS y que aseguraban una precisión submétrica en sus zonas geográficas de actuación cuando por cuestiones de la ausencia de NTRIP – VRS, no se podía conseguir RTK.

Más constelaciones, más satélites y por lo tanto más señales de rastreo. En el horizonte a lo largo del día «son visibles» entre cuarenta y sesenta satélites. De cada satélites se pueden rastrear cinco señales con lo que son necesarios al menos 200 o 300 canales en un receptor.

Esta evolución no significa que receptores antiguos si su tecnología y firmware están preparados, sean inservibles por tener menos canales. Recibir más señales y más constelaciones garantiza algo más disponer de coordenadas con precisión en entornos desafiantes por su naturaleza, vegetación, construcciones y orografía.

Fuente: https://geospatial.trimble.com/en/resources/blog/gnss-receiver-channels-and-satellite-tracking?utm_medium=social&utm_source=linkedin&utm_campaign=social-post

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