Receptores GNSS (GPS) y sus aplicaciones
Introducción
Antes que nada recordar que en todo momento hablamos de las señales civiles de los GNSS, por otra parte conviene saber que los sistemas de posicionamiento GNSS no son los únicos de los que dispone un dispositivo para conocer su posición (puede consultarlo con la qpp GNSSlogger), y así tenemos
- Activas
- GNSS (GPS, AGPS) - GPS Provider: la posición se determina en función de los satélites GNSS que recibe el dispositivo en cada momento
- NETWORK (AGPS, CellID, WiFi MACID) - NNLP Network Location Provider: la posición se determina en función de la celda de telefonía móvil a la que está asignado el dispositivo en cada momento (siempre está asignado a una si está encendido) y al punto de acceso WiFi al que está conectado, incluso la IP que tiene asignada el dispositivo o el router al que está conectado
- Pasivas
- (CellID, WiFi MACID): se recibe la localización de otras aplicaciones
- Estima
- El dispositivo en base a la ultima localización recibida en función de la información de los sensores de movimiento, etc. calcula la posición actual
Existen varias constelaciones de satélites de posicionamiento que se agrupan en su cobertura
- Globales:
- GP: GPS - Global de USA
- BD: Beidou - Global de China
- GL: GLONASS - Global de Rusia
- GL: Galileo - Global de Europa,
- Regionales
- QZ: QZSS - Regional de Japón
- IM: IRNSS - Regional India)
Las constelaciones tienen sistemas de aumentación para mejorar su precisión SBAS (satellite-based augmentation systems):
- Wide Area Augmentation System (WAAS) (USA)
- European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) (European Union)
- GPS-aided GEO augmented navigation (GAGAN) (India)
- Multi-functional Satellite Augmentation System (MSAS) (Japan)
- System for Differential Corrections and Monitoring (SDCM) (Russia)
- Satellite Navigation Augmentation System (SNAS) (China)
- Soluciόn de Aumentaciόn para Caribe, Centro y Sudamérica (SACCSA) (ICAO)
- Southern Positioning Augmentation Network (SouthPAN) (Australia / New Zealand)
Además del acceso a varias costelaciones y a sus sistemas de precisión aumentados, la necesitdad de mejorar la precisión de los sistemas de posicionamiento ha hecho que los satélites emitan sus señales de forma simultánea en dos bandas de frecuencias:
- L1 o banda L superior que es la banda originalmente utilizada y que está sobre los 1,6 GHz.
- L2 o banda L inferior, que es la banda que se ha añadido y que está sobre los 1,2 GHz
Esta posibilidad de recibir la misma señal por dos frecuencias separadas 400 MHz ha permitido aumentar la precisión en general y en entornos complejos en particular (p.e. entornos urbanos, bosques, etc.) además de corregir las distorsiones ionosféricas a las que están sometidas las señales de los GNSS y mejorar el tiempo que tarda un dispositivo hasta obtener la primera fijación (TTFF)
Hay que recordar que en general para las ondas electromagnéticas a mayor frecuencia mayor es la reflexión pero menor la penetración en obstáculos.
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| Fuente: Navixy |
En el caso de los GPS a la señal L1 (1.575,42 MHz) , se incorporó primero la L2 (1.227,6 MHz ) y posteriormente la L5 (1.176,45 MHz).
DIspositivos GNSS
En el mercado se encuentran receptores GNSS de tipo USB a precios muy bajos, en concreto en la franja de precios de 5 a 15 € (2024).
A estos dispositivos a veces se les llama "antenas GPS" o "antenas GNSS" pero realmente no son antenas, sino receptores de GNSS que incorporan las antenas necesarias, no hay que confundir con simples antenas de sistemas GNSS que son necesarias cuan se instalan en edificios, embarcacioens o vehículos.
Los receptores de GNSS se caracterizan por
- Las costelaciones de satélites que son capaces de recibir y decodificar.
- Las bandas que reciben de estos satélites
- Monobanda
- Duales
Todos estos dispositivos tienen conexión USB, incorporan la antena y utilizan los chips:
- U-box 7 (Mono, 56 Channels: GPS L1C/A, SBAS L1C/A, QZSS L1C/A, Galileo E1B/C1 / GLONASS L1OF)
- M8030/M8130 (Mono)
- BCM4778 ( dual)
- ALLYSTAR CYNOSURE ⅡI GNSS
- HD8120 (mono)
- HD8040 (dual
Hay dos modelos USB
- Conexión directa (Tipo llave o dongles)
- GPS/DGPS (VK-172, GN706 TOPGNSS y SRAGPS G71) que incorporan el chip U-Blox 7 que es capaz de sintonizar 1 sistema GNSS (Se elige cuando se compra aunque podría ser factible modificarlo reinstalando el firmware, pero no lo tengo comprobado).
- GPS+ BAIDOU ó GPS+GLONASS o BAIDU+GLONASS es un modelo anterior al siguiente que permite 3 GNSS en lugar de 2. el resto de caracteristicas parecen iguales
- GPS/DGPS + BAIDOU + GLONASS - tambien aquí ( G72 de sragps ) que incorpora el chip U-BOX M8130 que es capar de recibir hasta 3 GNSS, genera la salida con Protocolo NMEA 0183 y es compatible con Google Earth que admite esta entrada. Parece que hay software
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| G72 de SRAGPS |
- Cables USB (Tipo ratón, ojo no confundirlos con las antenas de GNSS que son aparentemente similares, se diferencian por el tipo de conector del cable)
- GPS receptor modelo VK162, unicamente recibe GPS
- GPS/DGPS y Galileo con Beidou o GLONASS receptor modelo QU33N de QUESCAN, incorpora el chip UBX-M8030, NEO-M8N, que permite la recepción simultánea de hasta tres sistemas GNSS (GPS/DGPS y Galileo junto con Beidou o GLONASS). Salidas NMEA y UBX. Permite usar U-center para windows y en principio debe funcionar con Google Earth Variante con iman de stoton desde donde se puede descargar software para windows, con almuhadilla TOpGNSS y para barcos de Quescan
- GPS GLONASS GALILEO BEIDOU QZSS SBAS , Modelo BU-353N5 de Global Sat incorpora el chip M8030KT (ojo solo permite 3 sistemas de forma simultánea), hasta 75 canales simultaneos sensibilidad -165 dBm , imán, conexión USB , protocolo NMEA 0183. Drivers para LINUX, Windows y MAc, y programa Infotolls pra Windows
No se fie de las apariencias y compruebe las características del mismo antes de comprar uno por otro
Todo un mundo por descubrir para disponer la ubicación exacta de nuestro equipo y una señal horaria de precisión atómica, e igual todo en una pantalla de embarcación.
Nos queda un tiempo pendiente y es el hecho de que los dispositivos móviles incorporan sistemas GNSS muy potentes que reciben varias costelaciones de satélites y que terminamos arriconándolos cuando los dejamos de usar, pero eso es tema para otra entrada: GPSD: un demonio GPS
Aplicaciones de los GNSS
La aplicación principal de los satélites GNSS es la geolocalización, es decir fijar las coordenadas geográficas del receptor (latitud, longitud y altitud) y de forma derivada la velocidad y dirección en el caso de que este se mueva, y la ruta o track.Pero también sirve como patrón de tiempo y de frecuencia, hay que recordar que ambas magnitudes están relacionadas. Así es posible usar su señal para obtener un patron de frecuencia fijo o variable para medidas de laboratorio o para emisores y receptores de RF. La precisión de frecuencia de estos sistemas la fija los relojes atómicos de haz de cesio que llevan a bordo los satélite GPS y que se acercan a 1x10-12 ó 0,000001 ppm. Por lo general geenran una señal de salida es una onda cuadrada CMOS de 3,3 V con una impedancia de fuente de 50 Ω.
Veamos algunos ejemplos de dispositivos patrones de frecuencia basados en GPS que se denominan GPSDO ("GPS Disciplined Oscillator") podemos tener en nuestra mesa por entre 70 y 200€:
Patron de frecuencia fijo
- GPS CSG 10 MHz por menos de 70€
- GPSDO DXPATROL (CT1DMK) 10 MHz con precisión de 0,05ppb por unos 120 MHz, dispositivo basado en U-Blox 7N (Informa en pantalla de de hora, numerod e satelites y coordenadas)
Por ejemplo el SDR de AisSpy admite una entrada externa de 10 MHz para estabilizar su oscilador
Interferencias a los sistemas GNSS (GPS)
Los conflictos internacionales provocan que alguno de los bandos o ambos bandos tengan interés en degradar las señales de GNSS en general y del GPS en particular.
Dado que no se puede medir directamente el jamming (interferencia intencionada ) de los sistemas GNSS lo que se hace es comprobar el NIC (Navigation integrity category) de los mensajes del sistema ADS-B.
Existen varias iniciativas que monitorizan estas acciones
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| Mapa de GPSJAM a 5-4-2024 generado a partir de las señales de los sistemas ADS-B Exchange |
La localización de los dispositivos móviles
El hecho de que los teléfonos móviles tengan activos los receptores GNSS y que por defecto se permita comprtir dicha localización con el fabricante del hardware/software hace que en todo momento los teléfonos que son dispositivos únicos estén localizados a nivel global lo cual tiene muchas aplicaciones. Desactivar esta opción o el GPS solamente reducen el problema
Los teléfonos móviles tambien están localizados por las celdas a las que se enganchan los teléfonos para tener cobertura de telefonia o de datos.
Por últimos los teléfonos también están localizados por los puntos de acceso a los que se conectan para tener Wi-Fi
Por último se pueden usar los sensores inerciales y la brujula para determinar las posibles localizaciones de un movil que no disponga de ninnguno de los tres sistemas anteriores en funcionamiento e incluso Bluethoot
Estos tres sistemas de forma separada o conjuntan son un potente sistema de localización de los dispositivos.
Referencias
- Seguimiento GPS de doble frecuencia: precisión y fiabilidad en la telemática
- Widespread GPS disruptions show Tel Aviv motorists in Beirut amid fears of Iran strike, The Times of israel, 4-4-2024
- Cómo espiar masivamente a nivel Geo-estratégico con el Wi-Fi Positioning Systems (WPS) de tu iPhone o tu Android
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