Ya sea que esté caminando por la naturaleza o conduciendo por una calle concurrida de la ciudad, el GNSS es un compañero confiable que lo guía con la máxima precisión. Aunque fuertemente impactado por la actividad ionosférica, los llamados errores ionosféricos. Ofrecemos una nueva solución para corregirlo: Qinertia con su modo Ionoshield.
Introducción al GNSS
El Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) se refiere a una constelación de satélites que proporcionan señales desde el espacio que transmiten datos de posicionamiento y temporización a los receptores GNSS. Agricultura, cartografía, transporte, navegación: la tecnología GNSS tiene una amplia gama de aplicaciones en todas las industrias y en la vida cotidiana.
Algunos de los sistemas GNSS más destacados en funcionamiento son:
- El Sistema de Posicionamiento Global o GPS, desarrollado por el Departamento de Defensa de EE. UU., es una red de satélites que orbitan alrededor de la Tierra. Actualmente hay 30 satélites GPS operativos. Estos satélites transmiten continuamente señales que contienen información sobre su ubicación y hora precisas.
- Los Sistemas Globales de Navegación por Satélite o GLONASS son un sistema de navegación por satélite desarrollado por Rusia. El sistema tenía una constelación inicial de 24 satélites.
- Galileo es el Sistema Global de Navegación por Satélite de la Unión Europea. Su objetivo es proporcionar un sistema de posicionamiento independiente para Europa y otras regiones.
- El sistema de navegación por satélite BeiDou o BDS es el GNSS de China. Inicialmente proporcionaba cobertura regional, pero con la finalización de la constelación BeiDou-3, ahora ofrece servicios de navegación global.
Errores atmosféricos
Una de las fuentes de error más importantes en el posicionamiento GNSS puede atribuirse a la atmósfera. Dado que los satélites y los receptores de señales GNSS están situados a gran distancia, la señal GNSS recorre miles de kilómetros entre el satélite y el receptor. Durante este trayecto, la señal atraviesa capas atmosféricas.
La ionosfera es la capa de la atmósfera situada entre 50 y 1000 km por encima de la Tierra. Esta capa exterior de la Tierra contiene partículas cargadas eléctricamente llamadas iones. Afectan significativamente a la transmisión de la señal GNSS, provocando su distorsión y retardo.
Dado que los errores atmosféricos son difíciles de predecir debido a su naturaleza cambiante, es difícil determinar su impacto preciso en las posiciones calculadas.
Los retrasos causados por la actividad ionosférica pueden variar en función de:
- La hora del día
- La estación del año
- Ubicación geográfica
- La actividad solar
Líneas de base
Los errores atmosféricos también dependen de la distancia entre la estación base de referencia y el receptor móvil. La distancia entre la estación base y el móvil se conoce como línea de base. Si los errores de la línea de base no se tienen en cuenta, provocan errores de posicionamiento significativos, especialmente en aplicaciones de línea de base larga.
La estación base se instala en una ubicación conocida con precisión. Estima los errores del GNSS y envía continuamente correcciones al receptor móvil.
A continuación, el receptor móvil utiliza estos datos para corregir todos los errores y calcular la posición exacta. Esto funciona bien cuando la estación base y el móvil están cerca.
Sabemos que cuando se colocan varios receptores uno al lado del otro en una zona abierta, tienden a tener errores similares. Tanto la estación base como los receptores móviles experimentan el mismo retardo debido a la ionosfera y, por tanto, tienen errores idénticos. Esto se conoce como error GNSS estándar.
Gracias a esta característica única, podemos calcular la distancia relativa entre los receptores con mayor precisión. Esto facilita a los sistemas la corrección de los errores atmosféricos.
¿Por qué es de particular interés ahora la línea de base larga?
Cuando la línea de base es larga, la actividad ionosférica introduce discrepancias significativas entre la estación base y el rover. A medida que aumenta la actividad solar, aumentan las fluctuaciones en la ionosfera.
Cada once años, el campo magnético del Sol se invierte por completo.
Esto conduce a una mayor actividad solar (pico entre 2023 y 2025). Muchos paquetes de software de corrección modernos ofrecen soluciones para tener en cuenta la línea de base larga y la actividad solar.
¿Cómo pueden los usuarios de GNSS minimizar los impactos del aumento de la actividad ionosférica?
Para reducir los impactos del aumento de la actividad ionosférica en las operaciones GNSS:
- Asegúrese de que sus sensores GNSS tengan el software más actualizado para obtener el mejor rendimiento en el seguimiento y el posicionamiento con GNSS.
- Utilice varios sistemas GNSS como GPS, GLONASS, Galileo y Baidu, si están accesibles. Esto aumenta el número de observaciones utilizadas para el posicionamiento e introduce una gama más amplia de señales GNSS rastreadas. Más datos conducen a una mayor fiabilidad.
- En tareas de topografía de alta precisión, realice dos o más mediciones en diferentes momentos y en condiciones ionosféricas variables.
- Compruebe la influencia actual de la ionosfera en su zona utilizando varios proveedores de servicios de corrección GNSS.
- Elija un método de corrección GNSS que se ajuste a sus necesidades.
Correcciones de errores GNSS: RTK vs PPK
Imagine un mundo donde todo es perfecto: sin errores de los dispositivos que reciben señales, sin problemas de los satélites y sin interrupciones de la atmósfera. En este mundo ideal, el GNSS podría señalar ubicaciones con una precisión increíble.
Pero en realidad, hay errores que pueden ocurrir. Existe una forma de reducir estos errores. Esto es lo que hacen los diversos GPS diferenciales, o DGPS. El DGPS funciona utilizando información de múltiples receptores para estimar los errores y eliminarlos.
Las aplicaciones, como la topografía, requieren mayor precisión. Esto depende de la tecnología y las capacidades de corrección del receptor.
Se pueden aplicar varios métodos de corrección para manejar el error del lado del receptor:
- Cinemática en Tiempo Real (RTK)
- Post-Processed Kinematic (PPK)
Correcciones RTK
RTK utiliza un punto de referencia, como una estación base, que está cerca del dispositivo GPS del que queremos saber la ubicación (llamado rover).
Al saber dónde está la estación base y utilizar un algoritmo, RTK puede deshacerse de los errores que comparten tanto la estación base como el rover. Estos errores pueden provenir de los satélites y/o de la atmósfera.
Para corregir los errores de la atmósfera, el rover y la estación base deben enfrentarse a los mismos errores. Por eso tienen que estar cerca el uno del otro.
Gracias a RTK, el GPS puede tener una precisión de hasta 1 centímetro. Este método RTK es muy eficaz para obtener soluciones GPS precisas, especialmente para la topografía terrestre.
Correcciones PPK
PPK permite el postprocesamiento preciso de los datos GNSS para mejorar la calidad de la información de localización. Es especialmente valioso en escenarios con condiciones de señal GNSS desafiantes, proporcionando resultados más fiables y precisos.
Se utiliza ampliamente en aplicaciones como la cartografía con drones, los estudios geodésicos y la gestión de activos.
Ahora bien, la gran pregunta es: ¿qué método de corrección es el mejor? Esto depende de una serie de factores como la ubicación, la longitud de la línea de base, la actividad ionosférica, los requisitos de precisión, la fiabilidad y el presupuesto.
Métodos de corrección de errores GNSS RTK y PPK
Comparemos dos de los métodos de corrección más populares:
| Criterio | RTK | PPK |
|---|---|---|
| Corrección de datos | Proporciona corrección en vivo de los datos de ubicación recopilados. | Recopila primero todos los datos de ubicación y proporciona la corrección fuera del sitio. |
| Post-procesamiento | No requiere el post-procesamiento de los datos y, por lo tanto, no es necesario emplear un software de post-procesamiento. | Requiere software especializado. |
| Intensidad de la señal entre la estación base y el rover | Debe haber una conexión constante entre la estación base y el receptor móvil. La pérdida de señal conlleva la pérdida de datos y, por lo tanto, introduce más errores. | No requiere una gran intensidad de señal entre la estación base y el receptor móvil. |
| Entorno de trabajo | Funciona mejor en condiciones de cielo abierto, cuando no hay obstrucciones como árboles, edificios y montañas. Cuando hay elementos que bloquean las señales GNSS, es difícil mantener la fiabilidad de la precisión. | Mantiene una precisión de nivel decimétrico incluso en lugares con obstáculos (túneles, puentes, valles). Esto es posible utilizando artefactos algorítmicos como el procesamiento Backward-Forward. |
| Líneas de base | Funciona para líneas de base de hasta 30 km. | Evalúa y compensa los errores ionosféricos en caso de líneas de base más largas. |
| Recuperación de registros dañados | N/A | Puede recuperar un registro dañado afectado por una fuerte actividad solar utilizando el método de “línea de base larga a posteriori” |
| Actividad solar | No considera la actividad solar al calcular los datos. | Tiene en cuenta la actividad solar para decidir entre los modos de línea de base larga y corta. |