ࡱ> 9;89 $Ibjbj ^$El& D&2222222*,,,,,,$a !P22222PJ22eJJJ222*J2*JJFF2 ࢮ&4FF{0F/"4/"FJ<, Las Super Estaciones GEODESICAS GPS. El ASHTECH Z-12 cmo modelo estudio. Ing. A. Mrquez. Columbia University -New York, UCV-Caracas. Abstracto. Un repaso de Funcionalidades avanzadas en equipos GPS de calidad Geodsica y algunas pruebas de instituciones de alto renombre realizadas a los mismos. Se pretende con estas pginas, que el futuro usuario de sta tecnologa est alerta, y fuera de las especificaciones en el folleto del fabricante, sepa orientar la adquisicin de un sistema GPS con las ventajas que ameritan su inversin y encontrar un rendimiento que adecuado a la misma. Se presenta la prueba RF de interferencia en la Bahia de Rotterdan y la prueba de UNAVCO Academic Research Infrastructure ( ARI ). Introduccin. Para calificar cmo Super Estacin GPS, un sistema de ste tipo debe tener las siguientes funcionalidades: Observaciones de: Cdigo C/A, P, en L1 Cdigo P ( Y ) en L2. Fase en L1 y L2. Fase en Wide Lane Fase en Short Lane. Modalidad de Medicin: Esttica Esttica Rpida. Seudo Kinemtica. Kinemtica Kinemtica en Tiempo Real. Kinemtica en Tiempo Real con Calibracin al Vuelo ( OTF ). De todo lo sealado el Kinemtico en Tiempo Real con Calibracin al Vuelo significa la culminacin de todas las modalidades anteriores. Al momento, el Filtro Kalman de Ashtech es el dispositivo que aparentemente ha dado resultados ms satisfactorios en cualquier condicin de trabajo, y siendo ASHTECH una empresa lider en el desarrollo de sistemas GPS cmo el Z-12; equipo que de acuerdo a las pruebas realizadas en los diferentes Test surveys mundiales es el que ms robustamente se comporta, lo tomaremos cmo modelo estudio para la discusin de ste tipo de tecnologa. Hagamos un repaso en el tiempo para poder situarnos en el OTF. Desde 1983 que comenzaron a operar los primeros receptores GPS, tres fueron los incentivos principales de los fabricantes: reduccin de peso en los equipos, creacin de algoritmos y mtodos que contrarestaran los efectos de los venideros AS y SA, y minimizacin del tiempo de observacin en el campo. La disminucin de peso vino por la propia inercia tecnolgica y los sistemas que pesaban ms de cuarenta Kg. hoy da pesan menos de dos kilogramos. Por supuesto, ello vino acompaado de una reduccin de precio en los mismos y un incremento en la confiabilidad . Despus de Remondi, con la introduccin del Kinemtico, los tiempos de observacin para la misma precisin obtenida en modalidad Dinmica se vuelven una fraccin de los mismos. Introducido el Esttico Rpido con la Doble Frecuencia, supone la solucin de la ambiguedad en tiempos de varios minutos. Aparece el tiempo real, y las nuevas soluciones para resolver la ambiguedad al vuelo. Y es aqu donde Ashtech crea la diferencia. Mientras otros modelos utilizan correlacin de seal para solucinar la ambiguedad usando doble frecuencia, Ashtech utiliza un Filtro Predictor de Kalman, que obtiene la solucin del problema con una mejor relacin seal ruido que el resto de los fabricantes y en tiempo ms corto. El Sistema Z-12 establece el estandard para receptores geodsicos de alta precisin. El Z-12 permite trabajar incluso cuando el Anti-Spoofing est activado, es ah cuando el Z-Tracking se acciona en forma automtica y opera sin ninguna diferencia en cuanto a precisin o exactitud se refiera. De nuevo cuando el AS se desactiva el receptor vuelve a operar en modo de Codigo P. La diferencia en ambas modalidades no pasa en error de unas dcimas de milmetro, que es mayor que la error de postura en estaci'on de la antena. El Z-12 es el resultado de mejoras sustanciales en el mundialmente conocido P-12. Se cambi la seccion de RF, se implement el sistema DI-BIT, anti interferencias, en todo el rea digital del receptor, y se implementaron los ms nuevos y poderosos algoritmos conocidos para la medicin de fase. En presencia del AS ( que realmente es cmo estamos trabajando), su relacin seal-ruido est 13db. por encima de la de cualquier receptor del tipo P-Codeless, o receptores de correlacin. El receptor mide fase en toda la longitud de onda, tanto de L1 cmo de L2. La ganancia de 13 db en la relacin seal-ruido le permite las siguientes dos ventajas: La habilidad de rastrear todos los satlites con alta precisin en presencia de variaciones ionosfricas, lo cual no lo realizan los receptores de Correlacin Cruzada. En paises situados en el rea tropical donde los gradientes TEC son elevados a ciertas horas del dia, toman ventaja de sta alta relacin seal ruido. Los transientes en la adquisicin de satlites se reducen a segundos, mientras que los equipos competitivos necesitan esperar minutos para alcanzar una precisin similar. Mejora en las Observaciones Topogrfcas. El uso de Doble Frecuencia elimina los efectos del error ocasionado por refraccin ionosfrica, lo que significa que lineas medianas y largas pueden ser medidas con mucho mejor precisin. La medicin simultnea en las bandas L1 y L2, se traduce tambin en un tiempo de ocupacin smamente corto, lo que reduce gastos con las cuadrillas de campo. Precisin centimtrica con slo un minuto de observacin, ha sido comprobada en lineas de varios kilmetros, usando Esttico Rpido, incluso con el Z-Tracking activado. Debido a su sistema Digital Di-Bit, ste receptor es inmune a interferencias ocasionadas por radares, emisoras de radio, o lineas de alta tensin. El resultado es, el receptor ms robusto y de ms alta confiabilidad del mercado. Las pruebas realizadas por Ir. P. G. Sluiter y Ir. M.E.E. Haagmans, a receptores Ashtech Z-12, Leica SR299, Turbo Rogue y Trimble 4000SSE, demostraron que en presencia de interferencias radioelectricas en la Bahia de Rotterdam, donde existe una actividad alta de seales de radiofrecuencia, que slo el Ashtech Z-12 fu el nico receptor que en forma integral pudo funcionar con toda su precisin y en cualquier parte de la Baha. Veamos los resultados de la prueba en la siguiente tabla: Porcentage de los satlites visibles que cada Receptor pudo rastrear: Modelo del Receptor GeodsicoCerca de la Entrada de la Bahia de Rotterdam A 1 kilmietro de la entrada a la BahiaA 2 kilmetros de la entrada a la Bahia Ashtech Z-12 100%  100% 100%Leica SR299 0% 55%  67%Topcon Turbo-Rogue 0%  63% 88%Trimble 4000SSe 0% 0%  0% Fuente: (1) Sluiter, P.G. and Haagmans, M.E.E.: Comparative Test between Geodetic Y-Code GPS Receivers. Susceptibility to Radio Frecuency Interference. GPS Nieuwsbrief, May 1995 Notas: 1. Los ingenieros que trabajaron en ste proyecto en forma alguna interfirieron con las operaciones normales de los receptores, los resultados obtenidos fueron con receptores que respondian a las especificaciones originales de fbrica y fueron colocados directamente en los sitios de la prueba. 2. Desde que se realiz sta prueba en Mayo de 1995, muchos fabricantes han mejorado algunas secciones de sus receptores, cmo es el caso del Ashtech Z-12 que increment 30 veces su inmunidad al ruido e interferencia. La fuente de interferencia en sta prueba fu una Repetidora Multicanal que trabaja en la frecuencia de 1240 Mhz. Otra variacin de sta prueba fu la colocacin sobre una terraza a unos 80 m. de los receptores de un generador de barrido RF que en cierta forma simulaba seales externas, fuente de interferencias. El generador de barrido cubri la regin de bandas L1 y L2 desde 1100 a 1725 Mhz. en pasos discretos y las interferencias se evaluaron cmo en Banda: 10 Mhz. a los lados de L1 y L2, Cerca de la Banda: de 10 a 50 Mhz. de L1 y L2, y fuera de Banda: el resto de la frecuencias barridas. La intensidad se fu incrementando en forma secuencial y sirvi cmo monitor de lo mismo un Analizador de Espectro que fu colocado en el mismo sitio de las antenas. Evaluacin de Resultados: El criterio se determin por la perdida en cada receptor de uno, dos o tres satlites, pero realmente lo que prevaleci fu la perdida de tres satlites que dejaba el receptor sin capacidad para calcular la posicin. La inspeccin de datos se realiz en forma visual con la pantalla del receptor y por el anlisis de los mismos almacenados en su memoria interna . Discusin: Idealmente L1 se debera perder slo cuando se interfiere en L1, en forma independiente de las frecuencias fuera de su banda, pero no sucedi as. En algunos receptores se produce prdida de L1 cuando la seal RF est barriendo la regin de L2. En general ms cercano al cenro de banda L2, se necesita menos intensidad de seal para interferir la recepcin de satlites. Receptor Ashtech Z-12 El rendimiento obtenido se acerca a una situacin ideal. La sintona de portadoras se puede describir de la siguiente forma: L1: Fu afectada solamente por la interferencia EN BANDA ej. 10 Mhz a los lados del centro de banda. L2: Similarmente a L1 slo fu afectada por seales EN BANDA y cuando se interfera L1. Debemos hacer notar que entre 5 a 10 Db. antes de la perdida, la fase se recuperaba sin ocasionar deslizamientos de ciclo en la portadora. Leica SR299 En cierta extensin las interferencias afectaron su rendimiento. A menudo las interferencias en la banda L2, pararon el rastreo de la banda L1 dando la siguiente imagen: L1: Afectada por interferencias de 12 Mhz. en ambos lados de L1 y tambin +40 Mhz y 15 Mhz. relativos a L2. L2: Se pierde el rastreo al igual que en L1 pero antes, cuando se interfera L2. En unos cuantos casos, el desenganche se produjo en el minuto siguiente despus que se haba parado la interferencia. Turbo Rogue Este fu el nico receptor afectado por las seales fuera de banda, aclarando que con seales de interferencia a nivel alto. Parece existir en el mismo una fuerte inter relacin entre el rastreo de fase de las dos frecuencias. L1: Afectado por interferencia en 15 Mhz. a ambos lados de la banda L1. Adicionalmente las interferencias de todas las bandas lo afectaron, especialmente en el rastreo de satlites bajos. L2: Se pierde simultneamente con L1 en un rango alto de frecuencias de interferencia, que operaban 100 Mhz. en los extremos de las banda L2. Los resultados de ste receptor fueron difciles de analizar, ya que la fase sufri de varios saltos, que generaba errores entre 4 y 20 cm. En varias ocasiones el receptor tom varios minutos para volver a rastrear seales y en una ocasin hubo que apagarlo para que se recuperara. En algunas ocasiones ms el receptor perdi el rastreo dentro del minuto despus que la interferencia haba terminado. Asimismo, ste fu el receptor al que ms afectarn las interferencias con satlites bajos; entre 15 y 20 grados de elevacin. Trimble 4000SSe Este receptor fu afectado notablemente por interferencias que incluso tenian niveles de potencia muy bajos. L1 sufri considerablemente cuando se interfera cerca de la banda L2. L1: Se perda el rastreo con interferencias de 20 Mhz en ambos extremos de L1 y con 30 Mhz. en los extremos de L2. L2: Similar a las prdidas en L1, pero a niveles de potencia muy bajos, cuando interfera cerca del centro de la banda L2. Son Estas Pruebas de Interferencia Realisticas ? Muchas personas o instituciones, podran argumentar, que los niveles de Radiofrecuencia del generador de barrido de la prueba, podran ser algo altos para las condiciones normales de trabajo, pero si observamos el mundo que nos rodea, en aeropuertos, plantas elctricas, refinerias y oleoductos con telecontrol, celulares y repetidoras de los mismos, podemos ver la gran cantidad de antenas y torres que nos situan en condiciones muy similares al caso estudio aqu descrito, lo que confirma que las pruebas se pueden presentar en el mundo real como "hecho in facto" del que no pudisemos escapar. Diagrama de precisiones obtenidas con la estacin Ashtech Z-12  EMBED MSGraph.Chart.5 \s  Prueba UNAVCO. La UNAVCO es una asociacin de universidades de primera categoria de todo el mundo, creada por la National Science Fundation y ARI ( Academic Research Infrastructure ) para la compra y adquisicin de equipos GPS con fines de investigacin. Los equipos que se probaron debieron satisfacer los siguientes requerimientos en su diseo: (1) Medicin de fase en toda la longitud de onda en L1 y L2, y sin restriccin operativa con el A/S activado o desactivado. (2) Medicin de Seudorango en L1 y L2. Los fabricantes que participaron fueron ASHTECH Z-12 , LEICA, ALLEN OSBORNE y TRIMBLE. La idea en la prueba era encontrar el receptor que mejor llenara las expectativas de los investigadores en las diferentes ramas envueltas en la disciplina. A fin de garantizar operaciones en forma ptimas de los equipos, los diferentes vendedores fueron invitados a participar en forma directa en las pruebas. El diseo de las mismas provino de las ideas aportadas por el usuario final, a fin de llenar los requerimientos de un largo nmero de ellos. La pruebas en las lineas de corta media y larga distancia se procesaron con el software BERNESE-GPS. Al menos que se especifique lo contrario, la rata de poca fu de 30 segundos y la mscara de elevacin de 15 grados. Algunos receptores cmo el Turbo Rogue necesitaron de manipulacin extra en los datos, por sus restricciones de 20 grados en la mscara de elevacin si el A/S est activado. Las pruebas realizadas fueron la siguientes: Prueba en Linea Cero. Prueba en Lineas Cortas. Pruebas en Lineas Medias y Largas. Resultados QC.( Control de Calidad ) Pruebas de Consumo. Velocidad de Descarga de Datos. Prueba Kinematica en Tiempo Real. Pruebas de Antena. 1.- La prueba con Lnea de Longitud Cero. Para sta prueba se conectaron dos receptores del mismo tipo a una T divisora de la seal de antena, despus del amplificador de bajo ruido. El propsito de la misma fu examinar el rendimiento interno del sistema sin peturbacin de ninguna seal externa. Los receptores se operaron durante 20 horas por cinco dias y los resultados obtenidos en todos ellos fueron mejores que un milimetro. 2.- Pruebas de Linea de Base Corta. En la prueba de linea de base corta, los receptores se probaron cmo tpicamente se hace en un levantamiento GPS de alta precisin. Se pretendi probar el rendimiento de la antena, preamplificador, cables y receptor. Cada uno de ellos se instal a una distancia aproximadamente de 5 metros de su estacin base. Los errores obtenidos en los resultados fueron menores de 2 mm en vertical y 1 mm en horizontal. 3.- Resultados QC. ( Control de Calidad ) Los receptores se operaron con mscaras de elevacin desde cero grados hasta quince grados y se contaron los deslizamientos de ciclo para cada uno de ellos. Algunos de los receptores se comportaron mejor que otros. Los datos fueron procesados con el Bernesse y con el software suplido por el fabricante. En algunos sistemas el Bernesse no consigui la precisin del fabricante, ya que Bernesse no tiene suavizacin de fase para el carrier y por lo tanto los seudorangosa obtenidos fueron diferentes. 4.- Pruebas de consumo de energa. Los receptores se chequearon por consumo de energa con el display encendido, y con el display apagado. Aunque no hubo diferencias notables, algunos receptores con el display encendido consuman mucho ms. Tambin se cheque la recuperacin automtica del sistema por reencendido y el cierre automtico de archivos. 5.- Velocidad de descarga de datos. Esta prueba aunque simple es de bastante importancia cuando el volumen de datos a descargar es grande. Se cheque integridad por errores de transmisin, recuperacin de la linea por ruidos en la misma, y control remoto de descarga. 6.- Pruebas de Kinemtico en Tiempo Real. Se estableci una red de puntos fuera de las instalaciones del observatorio de Boulder-Colorado y se probaron los receptores que ofrecen ste dispositivo. El hecho de que el nivel de precisin en sta modalidad est en el orden del centmetro hace que stos equipos sean muy atractivos para gran cantidad de aplicaciones cientficas. 7.- Pruebas de Antena. Las antenas se probaron en la cmara aenoica de UNAVCO operada por BALL Aerospace. Se les traz a todas su centro de fase y se analiz la distorsin angular del mismo. Tambin se probaron las antenas especiales de Ashtech ( Choque ring ) anti refleccin y se les realizaron pruebas tendientes a comprobar los deslizamientos de L1 y L2 ocasionados por el ruido ionosfrico. Reconocimientos.- Estas pruebas fueron financiadas por la National Science Fundation a travs UNAVCO. Conclusiones.- A pesar de que todos los receptores estuvieron dentro de las expectativas de la prueba, fu el Z-12 de ASHTECH el que en forma integral mostr ms rendimiento en cada uno de los test realizados. Los pocos deslizamientos de ciclo, nivel de ruido, recuperacin por perdida de satlites en forma Kinemtica, velocidad de descarga de datos y otras, y sin ser el ms liviano de peso, lo escogieron cmo el receptor ms conveniente para la comunidad NAVCO, al igual que lo adopt el Servicio de Guarda Costas Norteamericano cmo estacin de referencia para cada uno de sus Radio faros. Nota.- Los documentos originales de stas pruebas se encuentran a la disposicin de cualquier organizacin gubernamental o privada que los solicite. Scu"Y##k%u%&''((**"/3/013333333333337556469:d<<#>O>G@k@AABB3DJDEE*F,F-F$>O>"?G@H@k@k@:AAAABBB2D3DJDEEE,F-F?@XYCDEFGHIJKLNOPQRSTUVWZ\]^_`abcdefghijklRoot Entry  Fࢮ<Data 0WordDocument ^ObjectPoolࢮࢮ_891147280FࢮࢮOle PIC LBook   !"#$%'*+,-./123457L0:  [  "$"#,##0_);\("$"#,##0\)"$"#,##0_);[Red]\("$"#,##0\) "$"#,##0.00_);\("$"#,##0.00\)%""$"#,##0.00_);[Red]\("$"#,##0.00\)5*2_("$"* #,##0_);_("$"* \(#,##0\);_("$"* "-"_);_(@_),))_(* #,##0_);_(* \(#,##0\);_(* "-"_);_(@_)=,:_("$"* #,##0.00_);_("$"* \(#,##0.00\);_("$"* "-"??_);_(@_)4+1_(* #,##0.00_);_(* \(#,##0.00\);_(* "-"??_);_(@_)1<Arial1<Arial1<Arial=F` @X  8R3:&$STU1st Qtr2nd Qtr3rd QtrFase Z1Q??Q?Fase Z2Q?Mb?Zd;O?WYJ = n >X4]F  A@@?33Q  1st QtrQQE43Q  2nd QtrQQE43Q  3rd QtrQQE43QQQE4D FAHR 3OHR 3#! ! !  43*N#!  4%b73O&Q cm.23   4'43" :d$%3O&Q43     444%^V3O&Q "Observable RMS en centimetros.'44   FMicrosoft Graph 5.0GBiff5MSGraph.Chart.59qMETA  BPRINTMCompObj &cObjInfo(0:"     3 ``iݜ*o?H6A^BbzbO/(fvEE>j(9jJ2 """)))000___UUUMMMBBB999 ```( +9%I;/]E:IS+!!lYQGj2ga1aS {Cg..&YQFh.IRj#SjJu3lJA7e ,N, QdoV YC6r3w_GqC-}zn#&s[ Rp$L 6n{DuqVJ4H2Aph6B"}3%6Z\H"BMXR ӕ$sVo<gX .YLg:}ߚ=VCq8SeFMjLZc"LeN?Pppiiiwwwfxю7Tvpxd?2}Dx#$_`,19م>w؁V!0ȳypQit|45'  "ArialT-"Arial--"Systemn-'- 3-'- 3-'- /- "-  $Xl- $XXAl2lX$ll22l "-WDlX 2W2Wl2l 2 2-$Xl "-$XXAl2lX$ll22l "-XXX2 Fase Z12 /Fase Z2 "-@@- @@$u- $nn``- ``$unuu@0- @0$Tb `-  `$bb`H- `H$TbbTT`- `$2A- $AA- $2AA22@@- @@$;;'';- $''  '``- ``$;' ;@0- @0$WWDDW `-  `$DD''D`H- `H$WD';W`- `$tt``t- $``DD`- $t`DWt- "- "-XAXXUXUXUXUsXsUbXbURXRUAXAU  2 M0 2 >0.02 2 >0.04 2 }>0.06 2 l>0.08 2 [D0.1 2 K>0.12 2 :>0.14- "- ;n---'---  :n  2 rcm. ---'---  / "- X XX2 Fase Z12 /Fase Z2---'--- 3----'--- % 62 Observable RMS en centimetros.   ---'--- 3---'--- 3- - --'- 3' 3 '  'er 5:vP      ``iݜ*o?H6A^BbzbO/(fvEE>j(9jJ2 """)))000___UUUMMMBBB999 ```( +9%I;/]E:IS+!!lYQGj2ga1aS {Cg..&YQFh.IRj#SjJu3lJA7e ,N, QdoV YC6r3w_GqC-}zn#&s[ Rp$L 6n{DuqVJ4H2Aph6B"}3%6Z\H"BMXR ӕ$sVo<gX .YLg:}ߚ=VCq8SeFMjLZc"LeN?Pppiiiwwwfxю7Tvpxd?2}Dx#$_`,19م>w؁V!0ȳypQit|45'  "Arial-"ArialT--"Systemn-'- -'- -'- - "-  $0EE90- $E99E$99009 "-7E2E9E5E0E7722995500-$0EE90 "-$E99E$99009 "-EEEKEKEK2 SFase Z1 2 SFase Z2  "-@@- @@$tE- $E??EE``- ``$t?tt@0- @0$77 8E7 `-  `$E88EE`H- `H$7 88 7 `- `$TTE- $TETETE- $T7@@- @@$E- $E;;EE``- ``$;z@0- @0$22E2 `-  `$EEE`H- `H$22`- `$OOE- $OEOEOE- $O2- "- "-E EEnn88 2 10 2 0.02  2 0.04  2 0.06  2 Z0.08  2 $0.1  2 0.12  2 0.14 - "- dI---'---  gL  2 pRcm. ---'---   "- E EEKEKEK2 SFase Z1 2 SFase Z2 ---'--- ----'--- s 62 .#Observable RMS en centimetros.!  #   % ---'--- ---'--- - - --'- '  '  'ZOh+'0 $ @ L Xdlt|* La Super Estacin GPS ASHTECH Z-12rd  Luis PerezeuisZ12ASHTAntonio Marquez2toMicrosoft Word 9.0i@F#@ @  91Table[/"SummaryInformation()DocumentSummaryInformation80DCompObj6kZ՜.+,0 hp|   ayF * La Super Estacin GPS ASHTECH Z-12 Ttulo  FDocumento Microsoft Word MSWordDocWord.Document.89q i0@0 Normal_HmH sH tH FA@F Fuente de prrafo predeter.$E^ 9>~p >~p ?>~p T΂>~p#(5$E)RSabu$8Ebwy C U V AC#$VWmz !2?@L\ j!k!v!""###$$$%%&&&&&&&&&'()!+"+2++^,,,,--i/j//////////////////718111133555556:6Q6t6666666c8d888#:$:O:";G<H<k<:====>>>2@3@J@AAA,B-B9M9L;T;;;;;<<<(<{>>>>1?8?p@w@@@!A(A2A6A9A=A>AHAAAABB B BBBBBBhCrC&E//&E Luis Perez#C:\WINDOWS\ESCRIT~2\WINWORD\Z12.DOC Luis PerezC:\WINWORD\Z12.DOC Luis PerezC:\WINWORD\Z12.DOC Luis PerezC:\WINWORD\Z12.DOC Luis PerezC:\WINWORD\Z12.DOC Luis PerezC:\WINWORD\Z12ASHT.DOCIng. 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