

Los sistemas GNSS diferenciales ( DGNSS ), incluido el GPS diferencial ( DGPS ), complementan y mejoran los datos de posición disponibles de los sistemas globales de navegación por satélite (GNSS), como el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) estadounidense y otros sistemas similares. Un DGPS puede aumentar la precisión de los datos de posición aproximadamente mil veces, de unos 15 metros (49 pies) a 1–3 centímetros ( 1 / 2–1 + 1/4 pulgadas ) . [ 1 ]
Un sistema DGPS consta de redes de estaciones de referencia terrestres de posición fija. Cada estación de referencia calcula la diferencia entre su posición conocida, de alta precisión, y su posición derivada por satélite, de menor precisión. Las estaciones transmiten estos datos localmente, generalmente mediante transmisores terrestres de corto alcance. Los receptores móviles los utilizan para corregir su posición en la misma magnitud, mejorando así su precisión. La corrección directa de las estimaciones de posición se denomina corrección en el espacio de observación .

La Guardia Costera de los Estados Unidos (USCG) operaba anteriormente el DGPS en los Estados Unidos en frecuencias de radio de onda larga entre 285 kHz y 325 kHz cerca de las principales vías fluviales y puertos. Se suspendió en marzo de 2022. [ 2 ] El DGPS de la USCG se conocía como NDGPS (DGPS Nacional) y era administrado conjuntamente por la Guardia Costera y el Cuerpo de Ingenieros del Ejército . Consistía en sitios de transmisión ubicados en las zonas interiores y costeras de los Estados Unidos, incluyendo Alaska, Hawái y Puerto Rico. La Guardia Costera Canadiense (CCG) [ 3 ] también operaba un sistema DGPS independiente, pero suspendió su uso el 15 de diciembre de 2022. Otros países tienen su propio DGPS.
Un sistema similar que transmite correcciones desde satélites en órbita en lugar de transmisores terrestres se denomina sistema de aumento basado en satélites . Aunque inicialmente se propuso con el nombre de DGPS de área amplia (WADGPS), en realidad es un sistema que difunde correcciones del espacio de estados, incluyendo componentes independientes de la ubicación (reloj del satélite, efemérides, estado, etc.) y dependientes de la ubicación (retardo ionosférico). [ 4 ]
Historia
Cuando el GPS se puso en servicio por primera vez, el ejército estadounidense estaba preocupado por la posibilidad de que las fuerzas enemigas usaran las señales GPS disponibles globalmente para guiar sus propios sistemas de armas. Originalmente, el gobierno pensó que la señal de "adquisición gruesa" (C/A) daría solo unos 100 metros (330 pies ) , pero con diseños de receptores mejorados, la precisión real fue de 20 a 30 metros (66 a 98 pies ) . [ 5 ] A partir de marzo de 1990, [ 6 ] : 11 para evitar proporcionar una precisión tan inesperada, la señal C/A transmitida en la frecuencia L1 ( 1575,42 MHz ) se degradó deliberadamente desplazando su señal de reloj en una cantidad aleatoria, equivalente a unos 100 metros (330 pies ) de distancia. Esta técnica, conocida como Disponibilidad Selectiva , o SA por sus siglas en inglés, degradó seriamente la utilidad de la señal GPS para usuarios no militares. Los usuarios de receptores GPS de doble frecuencia, que también recibían la frecuencia L2 ( 1227,6 MHz ), podían obtener una guía más precisa , pero la transmisión L2, destinada a uso militar, estaba encriptada y solo estaba disponible para usuarios autorizados con las claves de descifrado.
Esto supuso un problema para los usuarios civiles que dependían de sistemas de radionavegación terrestres como LORAN , VOR y NDB , cuyo mantenimiento costaba millones de dólares anuales. La llegada de un sistema global de navegación por satélite (GNSS) podría proporcionar una precisión y un rendimiento mucho mejores a una fracción del coste. Sin embargo, la precisión inherente al SA era demasiado baja para que esto resultara viable. Las fuerzas armadas recibieron múltiples solicitudes de la Administración Federal de Aviación (FAA) , la Guardia Costera de los Estados Unidos (USCG) y el Departamento de Transporte de los Estados Unidos (DOT) para que se dejara de utilizar el SA y se permitiera el uso civil del GNSS, pero se mantuvieron firmes en su objeción por motivos de seguridad.
Durante la primera mitad de la década de 1980, varias agencias trabajaron para desarrollar una solución al "problema" de la señal SA. Dado que la señal SA cambiaba lentamente, el efecto de su desviación en el posicionamiento era relativamente constante; es decir, si la desviación era de "100 metros al este", esta se mantendría en un área relativamente amplia. Esto sugería que transmitir esta desviación a los receptores GPS locales podría eliminar los efectos de la señal SA, lo que resultaría en mediciones más cercanas al rendimiento teórico del GPS, alrededor de 15 metros (49 pies) . Además, otra fuente importante de errores en la determinación de la posición GPS se debe a los retrasos en la transmisión en la ionosfera , que también podían medirse y corregirse durante la transmisión. Esto ofrecía una mejora en la precisión a unos 5 metros (16 pies) , más que suficiente para la mayoría de las necesidades civiles.
La Guardia Costera de Estados Unidos fue una de las principales impulsoras del DGPS, experimentando con el sistema de forma cada vez más generalizada a finales de la década de 1980 y principios de la de 1990. Estas señales se transmiten en frecuencias marinas de onda larga , que podían recibirse con radioteléfonos existentes y enviarse a receptores GPS debidamente equipados. Casi todos los principales fabricantes de GPS ofrecían unidades con entradas DGPS, no solo para las señales de la Guardia Costera, sino también para aeronaves en bandas de radio VHF o AM comerciales .
Las señales DGPS de "calidad de producción" comenzaron a enviarse de forma limitada en 1996, y la red se expandió rápidamente para cubrir la mayoría de los puertos de escala de EE. UU., así como la vía marítima del San Lorenzo en asociación con la Guardia Costera canadiense . Se establecieron planes para expandir el sistema por todo EE. UU., pero esto no sería fácil. La calidad de las correcciones DGPS generalmente disminuía con la distancia, y los grandes transmisores capaces de cubrir grandes áreas tienden a agruparse cerca de las ciudades. Esto significaba que las áreas menos pobladas, especialmente en el medio oeste y Alaska, tendrían poca cobertura de GPS terrestre. En noviembre de 2013, el DGPS nacional de la USCG constaba de 85 sitios de transmisión que proporcionaban cobertura dual a casi toda la costa de EE. UU. y las vías navegables interiores, incluyendo Alaska, Hawái y Puerto Rico. Además, el sistema proporcionaba cobertura simple o dual a la mayor parte de la parte interior de los Estados Unidos. [ 7 ] En cambio, la FAA (y otros) comenzaron a estudiar la transmisión de las señales a través de todo el hemisferio desde satélites de comunicaciones en órbita geoestacionaria. Esto dio lugar al Sistema de Aumentación de Área Amplia (WAAS) y sistemas similares, aunque generalmente no se les denomina DGPS ni "DGPS de área amplia". El WAAS ofrece una precisión similar a la de las redes DGPS terrestres de la Guardia Costera de EE. UU., y se ha debatido si estas últimas se desactivarán una vez que el WAAS esté completamente operativo.
A mediados de la década de 1990, quedó claro que el sistema SA ya no era útil para su propósito original. El DGPS lo volvería ineficaz sobre Estados Unidos, donde se consideraba más necesario. Además, durante la Guerra del Golfo de 1990-1991, el sistema SA se había desactivado temporalmente porque las tropas aliadas utilizaban receptores GPS comerciales. [ 8 ] Esto demostró que mantener el sistema SA desactivado podía ser útil para Estados Unidos. [ 9 ] En el año 2000, una orden ejecutiva del presidente Bill Clinton lo desactivó permanentemente. [ 10 ]
Sin embargo, para entonces el DGPS había evolucionado hasta convertirse en un sistema capaz de proporcionar mayor precisión que la que incluso una señal GPS sin SA podía ofrecer por sí sola. Existen otras fuentes de error que comparten las mismas características que la SA, ya que son las mismas en grandes áreas y durante periodos de tiempo "razonables". Estas incluyen los efectos ionosféricos mencionados anteriormente, así como errores en los datos de efemérides de posición de los satélites y la deriva del reloj de los mismos. Dependiendo de la cantidad de datos que se envían en la señal de corrección DGPS, la corrección de estos efectos puede reducir significativamente el error; las mejores implementaciones ofrecen precisiones inferiores a 10 centímetros (3,9 pulgadas) .
Además del despliegue continuo de los sistemas patrocinados por la Guardia Costera de EE. UU. y la FAA, varios proveedores han creado servicios comerciales de DGPS, vendiendo su señal (o receptores) a usuarios que requieren mayor precisión que los 15 metros que ofrece el GPS estándar. Casi todos los dispositivos GPS comerciales, incluso los portátiles, ofrecen ahora entradas de datos DGPS, y muchos también son compatibles directamente con WAAS. En cierta medida, el DGPS se ha convertido en una parte integral de la mayoría de las operaciones GPS.
Estaciones

Una estación de referencia calcula correcciones diferenciales para su propia ubicación y hora. Los datos de corrección consisten en el error en la posición calculada de la estación y/o el error en la pseudodistancia medida calculada para cada satélite. Los datos de corrección se distribuyen a los usuarios mediante radio u otro método.
Receptores
El usuario adquiere el flujo de datos de corrección DGPS (a menudo mediante un receptor de radio independiente; consulte la sección «Redes» más adelante para obtener información sobre la transmisión de datos DGPS) desde una estación cercana y lo combina con las observaciones GPS. Los usuarios pueden estar a una distancia de hasta 200 millas náuticas (370 km) de la estación.
Tiempo real básico
El uso básico del DGPS consiste en una configuración sencilla donde los datos de corrección se aplican a las mediciones en tiempo real. Su uso más común es en la navegación de vehículos en movimiento, como aeronaves y barcos que se aproximan.
- Si las correcciones son del tipo pseudodistancia, el receptor las aplica a las pseudodistancias aparentes antes de calcular la posición. Se requiere un soporte especial por parte del receptor para aceptar este tipo de corrección.
- Si las correcciones son de tipo posición, la corrección se aplica después de que el receptor calcule la posición utilizando el procedimiento normal.
En ambos casos, el cálculo es sencillo.
Cinemática en tiempo real
La cinemática en tiempo real es un método más avanzado. En lugar de realizar mediciones básicas de pseudodistancia (fase del código), tanto la estación como el receptor toman mediciones de fase de la onda portadora del GPS para obtener una estimación de mayor resolución de la pseudodistancia. Por lo tanto, los datos de corrección también tienen mayor resolución. Se utiliza con mayor frecuencia en topografía .
Exactitud
Algunos componentes del error de pseudodistancia o posición (ambos en el espacio de observación ) varían con la distancia: específicamente, aquellos introducidos por errores en las efemérides de los satélites y distorsiones ionosféricas y troposféricas . Por esta razón, la precisión del DGPS disminuye con la distancia a la estación de referencia. El problema puede agravarse si el usuario y la estación carecen de visibilidad mutua, es decir, si no pueden ver los mismos satélites; esto es especialmente problemático si la corrección se basa en la posición.
El error de posicionamiento aumenta aproximadamente de forma lineal con respecto a la distancia desde el lugar de transmisión.
- El Plan Federal de Radionavegación de los Estados Unidos y la Recomendación de la IALA sobre el rendimiento y la monitorización de los servicios DGNSS en la banda de 283,5 a 325 kHz citan la estimación del Departamento de Transporte de los Estados Unidos de 1993 sobre el crecimiento del error de 0,67 metros por cada 100 kilómetros (3,5 pies/100 millas) desde el sitio de transmisión. [ 11 ]
- Las mediciones de precisión a través del Atlántico, en Portugal, sugieren una degradación de tan solo 0,22 m/100 km (1,2 pies/100 millas) . [ 12 ]
Redes
DGPS puede referirse a cualquier tipo de sistema de aumento diferencial. Los datos de corrección se pueden transmitir al receptor mediante estaciones de radio terrestres (Sistema de Aumento Terrestre (GBAS)), satélite e incluso a través de Internet. Muchos aeropuertos cuentan con un servicio de radio VHF de corto alcance, generalmente conocido como GBAS o LAAS, para aeronaves que se aproximan. Antiguamente existían numerosos sistemas de radiodifusión terrestres a nivel nacional: según la Guardia Costera de EE. UU., 47 países operaban sistemas similares al NDGPS (Sistema Nacional de Posicionamiento Global Diferencial) de EE. UU. Puede consultarse una lista en la Base de Datos Mundial de DGPS para Dxers. [ 13 ]
Redes terrestres de área extensa
Red Europea de DGPS
La red europea de DGPS ha sido desarrollada principalmente por las administraciones marítimas de Finlandia y Suecia con el fin de mejorar la seguridad en el archipiélago situado entre ambos países.
En el Reino Unido e Irlanda, el sistema se implementó como una ayuda a la navegación marítima para llenar el vacío dejado por la desaparición del Sistema Decca Navigator en 2000. Con una red de 12 transmisores ubicados alrededor de la costa y tres estaciones de control, fue establecido en 1998 por las respectivas Autoridades Generales de Faros (GLA) de los países : Trinity House, que abarca Inglaterra , Gales y las Islas del Canal ; la Junta de Faros del Norte, que abarca Escocia y la Isla de Man; y los Comisionados de Faros Irlandeses , que abarcan toda Irlanda . Transmitiendo en la banda de 300 kHz, el sistema se sometió a pruebas y se agregaron dos transmisores adicionales antes de que el sistema fuera declarado operativo en 2002. [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] El sistema fue desmantelado en marzo de 2022. [ 17 ]
Effective Solutions proporciona detalles y un mapa de los transmisores de baliza diferencial europeos. [ 18 ]
Sistema Nacional de Protección de Datos de Salud (NDGPS) de Estados Unidos
El Departamento de Transporte de los Estados Unidos , junto con la Administración Federal de Carreteras , la Administración Federal de Ferrocarriles y el Servicio Geodésico Nacional, designó a la Guardia Costera de los Estados Unidos como la agencia encargada del mantenimiento de la red nacional estadounidense de GPS diferencial (NDGPS). El sistema es una ampliación del anterior GPS diferencial marítimo (MDGPS), que la Guardia Costera inició a finales de la década de 1980 y completó en marzo de 1999. El MDGPS cubría únicamente las aguas costeras, los Grandes Lagos y las vías navegables interiores del río Misisipi, mientras que el NDGPS amplía esta cobertura para incluir el territorio continental de los Estados Unidos. [ 19 ] La unidad centralizada de mando y control es el Centro de Navegación de la Guardia Costera de los Estados Unidos, con sede en Alexandria, Virginia. [ 20 ] Actualmente existen 85 estaciones NDGPS en la red estadounidense, administradas por el Centro de Navegación del Departamento de Seguridad Nacional de los Estados Unidos.
En 2015, la Guardia Costera de los Estados Unidos (USCG) y el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos (USACE) solicitaron comentarios sobre la eliminación gradual planificada del DGPS de EE. UU. [ 21 ] En respuesta a los comentarios recibidos, un aviso posterior del Registro Federal de 2016 anunció que 46 estaciones permanecerían en servicio y "disponibles para los usuarios en las regiones marítimas y costeras". [ 22 ] A pesar de esta decisión, el USACE desmanteló sus 7 sitios restantes y, en marzo de 2018, la USCG anunció que desmantelaría sus estaciones restantes para 2020. [ 23 ] A partir de junio de 2020, todo el servicio NDGPS se ha suspendido ya que ya no se considera necesario debido a la eliminación de la disponibilidad selectiva en 2000 [ 24 ] y también a la introducción de una nueva generación de satélites GPS . [ 25 ]
DGPS canadiense
El sistema canadiense era similar al estadounidense y se utilizaba principalmente para fines marítimos, abarcando las costas del Atlántico y del Pacífico, así como los Grandes Lagos y la vía marítima del San Lorenzo . Se suspendió el servicio el 15 de diciembre de 2022. [ 26 ]
Australia
Australia opera dos redes DGPS: una es principalmente para navegación marítima, transmitiendo su señal en la banda de onda larga; [ 27 ] otra se utiliza para levantamientos terrestres y navegación terrestre, y tiene correcciones transmitidas en la banda de radio FM comercial.
El servicio DGPS marino de 16 estaciones terrestres que cubrían la costa australiana se suspendió a partir del 1 de julio de 2020. [ 28 ] Se mencionó que las capacidades mejoradas del GPS multicanal y las fuentes de señal de múltiples proveedores (GPS, GLONASS , Galileo y BeiDou ) proporcionaban una mayor precisión de navegación que la que se podía obtener con GPS + DGPS. Un sistema de aumento basado en satélites australiano (SBAS), la Red de Aumento de Posicionamiento del Sur (SouthPAN), ofrece un posicionamiento de mayor precisión para los usuarios de GNSS. [ 29 ]
Redes satelitales
Los satélites QZSS operan un "sistema de aumento de nivel submétrico" (SLAS). Transmite errores de pseudodistancia e información sobre el estado del satélite medida por 13 estaciones terrestres. Complementa a GPS, GLONASS, QZSS (el propio satélite), BeiDou y Galileo. Utiliza la banda GPS L1, por lo que los receptores existentes solo requieren una modificación del firmware para poder usarlo. [ 30 ]
Internet
El protocolo NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol ) es un protocolo estándar de Internet para el intercambio de datos de corrección GPS, especialmente los relacionados con DGPS. Servidores gratuitos y de pago proporcionan acceso a datos de corrección en tiempo real mediante este protocolo. [ 31 ] Algunos de ellos ofrecen funciones avanzadas, como la estación de referencia virtual , donde se combinan las correcciones de varias estaciones cercanas para proporcionar una mejor estimación de los errores en la ubicación solicitada. Los servidores NTRIP se utilizan ampliamente en trabajos de cinemática en tiempo real . [ 32 ]
Métodos relacionados
Procesamiento posterior
El postprocesamiento se utiliza con GPS diferencial para obtener posiciones precisas de puntos desconocidos relacionándolos con puntos conocidos, como marcadores topográficos .
Las mediciones GPS se almacenan en los receptores GPS y posteriormente se transfieren a un ordenador que ejecuta el software de posprocesamiento GPS. El software calcula las líneas base utilizando datos de medición simultáneos de dos o más receptores GPS.
Las líneas de base representan una línea tridimensional trazada entre los dos puntos que ocupa cada par de antenas GPS. Las mediciones procesadas posteriormente permiten un posicionamiento más preciso, ya que la mayoría de los errores del GPS afectan a cada receptor de forma casi igual y, por lo tanto, pueden compensarse en los cálculos.
Cuasi-DGPS
La mejora del posicionamiento GPS no requiere mediciones simultáneas de dos o más receptores, sino que también puede lograrse mediante el uso especial de un solo dispositivo. En la década de 1990, cuando incluso los receptores portátiles eran bastante caros, se desarrollaron algunos métodos de GPS cuasi-diferencial, utilizando el receptor para realizar giros rápidos de posiciones o recorridos de 3 a 10 puntos de medición .
Véase también
- RTCM SC-104 : un estándar para la transferencia de datos dGPS a un receptor GPS.
- GPS asistido (A-GPS): sistema utilizado principalmente en dispositivos celulares equipados con GPS para mejorar el rendimiento de arranque.
- Aumento del GNSS
- Mejora del GNSS
- Centro de fase
Referencias
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- ↑ "Tecnologías" . Lista NTRIP .
Enlaces externos
- Página de información de SiReNT archivada el 5 de mayo de 2018 en Wayback Machine .
- Hoja informativa del NDGPS de EE. UU.
- Sistema nacional DGPS del Centro de Navegación de la Guardia Costera de EE. UU.
- Mapas de cobertura de la Guardia Costera de EE. UU.
- Información del DGPS de la Guardia Costera canadiense (en inglés)
- Información del DGPS de la Guardia Costera canadiense (en francés)
- Estudio de productos sobre receptores RTK DGPS para uso (principalmente) hidrográfico.
- Software de decodificación DGPS
- Enlaces, bases de datos y recursos útiles del DGPS
- Base de datos mundial de estaciones de referencia DGPS de IALA en un mapa interactivo. Archivada el 17/07/2015 en Wayback Machine.
- Ingeniería geomática
- Sistema de Posicionamiento Global
- Localización inalámbrica