FUNDAMENTOS Y EVOLUCION

DE LA GEODESIA ESPACIAL

Santander 3 de Julio de 2014

Benjamín Piña Patón

ANTES




Medidas de ángulos y distancias.




Nivelació Nivelación gravimé gravimétrica.




Observaciones astronó astronómicas.


Punto Laplace
Nivelación
Base
Triangulación
Poligonación
Radiación

TRIÁ TRIÁNGULO DE POSICIÓ POSICIÓN P

90 − ϕ

H’

Z

ϕ

h

δ E’

E H N

A H P

Ф, Λ, A H D

α, β α, β, D α, β, D

SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERENCIA EN ESPAÑA

MEDIMOS SOBRE LA SUPERFÍ SUPERFÍCIE

REDUCIMOS SOBRE SUP. REFERENCIA

REDUCIMOS SOBRE SUP. REFERENCIA

SIGLO XIX











(ξ ,η ) = (0,0) ⇒ ϕ 0 = Φ 0 y λ0 = Λ 0

Definido por 8 parámetros: 6 que definen la posición en el espacio de un elipsoide de referencia y 2 para la forma y tamaño Existía tangencia Geoideelipsoide y “punto fundamental” Origen de longitudes en el Meridiano de Madrid Elipsoide de Struve Todos los países tenían uno, varios o incluso muchos datums

SIGLO XX

ED50 



Elipsoide de Hayford Su ““punto fundamental”” Potsdam • ξ0=3”35 y η0=1”78



Colocado mediante ξ2+η 2 =mínima



Origen de longitudes en Greenwich





1954, la AIG toma el relevo (RETRIG) produciendo sucesivas mejoras: ED77, ED79 y ED87 Oficial en España en 1970 (Decreto 2303/1970)

GEODÉSIA ESPACIAL

Órbitas más comunes

(NASDA, 1999)

Órbita geoestacionaria

(NASDA, 1999)

International Terrestrial Reference System 

El IERS (International Earth Rotation Service) es el órgano encargado de definir, realizar y promover el International Terrestrial Reference System (ITRS)



Tiene las características siguientes • • • •



Es geocéntrico, el centro de masas está definido por toda la Tierra incluyendo océanos y atmósfera La unidad de longitud es el metro S.I. y esta escala es consistente con el TCG mediante las adecuadas modelizaciones relativistas Su orientación fue proporcionada de forma inicial por el BIH (Bureau International de l'Heure) en la época 1984.0 (BTS84) Su evolución en el tiempo está garantizada mediante el uso de la condición de no rotación con respecto a cualquier movimiento tectónico sobre la superficie de la Tierra

Definido a partir de técnicas espaciales GPS, VLBI, SLR, DORIS… produciendo un nuevo sistema, más preciso cada cierto tiempo. Su marco se compone principalmente de coordenadas y velocidades

¿QUÉ SE MIDE?

RELOJES Tipo de reloj

Frecuencia de oscilació oscilación (GHz) GHz)

Estabilidad por dí día (∆f (∆f/f)

Tiempo para perder un segundo

Oscilador de Cristal de Cuarzo

0,05

10-9

300 años

Rubidio

6834682613

10-12

30.000 años

Cesio

9192631770

10-13

300.000 años

Máser de Hidrógeno

1420405751

10-15

3.000.000 años

EL INICIO

4 de octubre de 1957 la URSS lanza el primer satélite artificial:

el SPUTNIK I A partir de la recepción de la señal que este emitía, una simple portadora de 20 MHz, se podía, desde puntos conocidos en tierra, determinar la órbita del satélite. Cuando al Doctor F.T. Mc Clure se le ocurrió invertir el problema que se estaba resolviendo, se abrieron las puertas a una revolución tecnológica, que en aquellos momentos no se podía imaginar, y a la que hoy no vemos límite.

SATÉLITE

FECHA

ÓRBITA

MISIONES

(1 A) dos osciladores estables y dos transmisores de doble frecuencia, 162/216 MHz y 54/ 324 MHz.

TRANSIT (USA)

698 – 725 Km i = 90,1º (Polar)

1959 1.100 Km. T = 107 m.

Fue operativo en 1962, con el 5 A1 pero falló la misión l 5 B N3 fracasó en el lanzamiento y un Kg de plutonio 238 del reactor se dispersó por la atmósfera. Transit 5, a partir de 1967 se puso a disposición de uso civil y los satélites se llaman NAVSAT

OBSERVACIONES

Esférico D = 0,9 m P = 120 Kg Prisma octogonal D = 0,51m h = 0,38 m P = 61 Kg,

SATÉLITE

FECHA

ÓRBITA

ANNA IB (USA)

1962

Casi circular 1077–1182 Km i = 50,14º T = 107,84 m

Reflector para ser fotografiado Radiotransmisor Secor Sistema Doppler

Casi esférico D = 1,22 m P = 161 Kg

1964

Elíptica 217-403 Km i = 49º T = 91,93 m

Magnetómetro para la medición magnética de la superficie terrestre. Se determina el coeficiente de Gauss.

Elíptico 1,80 X 1,2 m P = 400 Kg

COSMOS 26-49 (URSS)

BEACON EXPLORER A-B-C (USA)

1964

B Elíptica 889 – 1081 Km i = 79,69º C 941- 1317 Km

MISIONES

360 reflectores láser de silicio, PRIMERA MEDICIÓN DESDE LA TIERRA. El C tenía un oscilador ultraestable para mediciones Doppler. Midió irregularidades orbitales, deduciendo así el campo gravitacional.

OBSERVACIONES

Prisma octogonal D = 0,46 m h = 0,30 m P = 52,5 Kg Pc = 60 Kg

SATÉLITE FECHA

GEOS - 1 (USA)

PAGEOS (USA)

D–1A DIAPASON (FRANCIA)

1965

ÓRBITA

Elíptica. 1115 – 2227 Km i = 59º

MISIONES Baliza óptica para ser fotografiada. 440 prismas de cuarzo como reflectores láseres. Transmisor de señales para efecto Doppler. Antena para transmisión de datos.

1966

Casi circular 4198 – 4286 Km i = 87º

La superficie del satélite, que reflejaba la luz solar, era visible desde la Tierra, con el resplandor de la estrella Polar, pudiéndose fotografiar. Ha hecho posible mediciones del globo terrestres.

1966

Elíptica 500 – 2700 Km i = 34,1ª T = 117 m

Oscilador de alta estabilidad. Estudio sistemático por efecto Doppler, en dos frecuencias, 149,70 y 399,920 MHz

OBSERVACIONES

Primer satélite exclusivamente geodésico. Octogonal. D = 1,2 m h = 0,8 m P = 175 Kg

Brazo estabilizador

Globo de plástico D = 30 m Recubierto de Al.

Cilíndrico. D = 0,5 m h = 0,2 m P = 19 Kg + 4 paneles solares adosados de 0,42 m X 0,21 m

SATÉLITE

FECHA

ÓRBITA

COSMOS 1067

1978

1154–1211 Km i = 83º T = 109 m

1312

1981

149 – 1499 Km i = 82,6º

1983

1497–1524 Km i = 73,6º

1520 (URSS)

INTERCOSMOS 20 21 22 (URSS) GEOSAT (USA)

1979

465 – 510 Km i = 74,05º

1981

473– 514 Km i = 74,04º

1982

800–895 Km i = 81,22º

1989

a = 25478 Km e = 0,0006 i = 65,2º T = 11,25 h

MISIONES

Reflectores láseres. Satélites utilizados por los soviéticos, junto con los LAGEOS americanos y STARLETTE franceses.

• Estudio de la superficie terrestre y los océanos. Reflectores láseres, se investigó la resistencia de la atmósfera sobre el Altímetro radar para satélite cartografiar la superficie terrestre y los océanos. (seguimiento de fenómenos como “El Niño”).

OBSERVACIONES

D = 1,6 m P = 700 Kg

P = 2200 Kg

D = 1,5 m h = 1,8 m P = 550 Kg

PP==636 Kg 1500 Kg Estabilizador con bloque de 50 Kg y brazo de 7 m

SATÉLITE

EGP (JAPÓN)

FECHA

ÓRBITA

1986

Circular h= 1500 Km

MISIONES

OBSERVACIONES

318 espejos para Esférico reflejar la luz solar. 120 reflectores angulares D = 2,1 m para rayo láser desde la P = 685 Tierra.

LAGEOS –2 (ITALIA)

1988

Circular h = 6000 Km I = 52º

426 espejos de Silicio. Esférico Aplicaciones geodinámicas

D = 0,6 m P = 410 Kg

2134 retroreflectores ópticos para medidas láser.

Esférico D = 0,65 m P = 1415 Kg

a = 25478 Km ETALON (URSS)

1989

e = 0,0006 i = 65,2º T = 11,25 h

SATÉLITE

FECHA

ÓRBITA

MISIONES

OBSERVACIONES

D-1 C 561 – 1231 Km

DIADEME D-1 C; D-1 D

1967

(FRANCIA)

i = 40º D-1 D 590 – 1811 Km

Oscilador de alta Como el estabilidad como el Diapasón Reflectores Diapasón láser en paneles P = 23 Kg unidos al satélite.

i = 39,4º

CHINA – 2 (CHINA)

Elíptica 1971

268 – 1830 Km

i = 69,9º

Detección de radiación cósmica. Medición del campo magnético.

Segundo satélite lanzado por China. Primera misión Esférico D=1m P = 221 Kg

GEOS – 3 (USA)

Casi circular 1975

818 – 858 Km

i = 115º

Altímetro radar. Reflectores de láser. Sistema para efecto Doppler. Con Seasat mejoraron los modelos de Geoide.

Prisma octogonal D = 3,20 m h = 0,81 m P = 342 Kg Brazo estabilizador de 6 m

GPS 24 SATELITES 6 ORBITAS INCLINACION 55º 3 SATELITES DE RESERVA h = 20.180 km T = 12 h SIDEREAS

GPS 1º SATÉLITE EN 1978 CONSTELACIÓN COMPLETA EN 1994

TIPOS DE SATÉLITES 24 satélites en 6 planos orbitales. Órbitas casi circulares h = 20100 Km. (no quedan) Periodo T = 12 h s. P = 800 Kg Portadoras en la Banda L: Vida útil ≅ 5 años L1 = 1575,42 MHz (λ λ = 19,05 cm) Osciladores : L2 = 1227,23 MHz (λ λ = 24,45 cm) Cuarzo y Rubidio. Tiempo GPS (GPST) Desviación con TAI de 19 s. Coincide con UTC el 6-1-1980. Unidad = segundo (SI) II, II-A, II-R, II-F Unidad derivada : semana = 604800 s P = 2000 Kg GPST – UTC ≅ 7 s/10 años. Correcciones 1s Vida útil ≅ 7,5 años

1974 – 1978

BLOQUE I

BLOQUE II

Sistema de referencia: W G S 84 Rubidio y Cesio. Osciladores:

Efemérides Keplerianas a, e, i, ω, α, M

TIPOS DE SATÉLITES BLOQUE IIA: 1990 a 1997, hay 8 operativos. Transmiten dos códigos C/A y P(Y) BLOQUE IIR: 1997 a 2004, hay 12 operativos. BLOQUE IIR(M): IIR(M): 2005 a 2009, hay 7 operativos. Nueva señal de uso civil, la L2C 2 Nuevas señales de uso militar BLOQUE IIF: 2010 a 2013, hay 4 operativos. Nueva frecuencia L5 con nueva señal de uso civil Relojes de Rubidio y Cesio. Posibilidad de reprogramaciones en órbita.

BLOQUE III: En fase de desarrollo Nueva señal de uso civil L1C Sistemas SLR

MEDIDA DE SEUDODISTANCIAS

MEDIDA DE FASE

GPS: Errores

D.G.P.S. •TIEMPO REAL •POSPROCESO •INVERTIDO

D.G.P.S.

GLONASS Totalmente operativa

GLONASS-K

GLONASSM

GLONASS 24 Saté Satélites en órbita media

3 Planos orbitales, h ≈ 19.100 km. 3 Saté Satélites de reserva Saté Satélites de 3 tipos: Saté Satélites Cosmos: 1967 a 1982 ya no están operativos. 1ª Generació Generación: 1985 ya no están operativos. 2ª Generació Generación: GLONASS-M, a partir de 2003 -Relojes atómicos de cesio mejorados. -Ultimo lanzamiento 2013 3ª Generació Generación: GLONASS-K, a partir de 2011 -Incorporan otra frecuencia, L3 -Sistema SAR (complementan COSPAS-SARSAT) 4ª Generació Generación: GLONASS-K2, a partir de 2015

GLONASS

Sistema de Referencia propio: PZ – 90 Elipsoide: SGS – 90 (Soviet Geoditic Sysstem 1990) Sistema de Tiempos: UTC de Moscú

3 Portadoras en la banda L: L1 (1592.9 - 1610 MHz ) y L2 (1237.8 – 1256.8 MHz ) Desde 2014, L3 (1190.3 – 1212.23 MHz ) Cada Satélite emite en su propia frecuencia dentro de cada banda, intervalo 0.5625MHz

GALILEO OPERATIVO EN SU TOTALIDAD EN 2020

 30 SATÉ SATÉLITES  27 0PERATIVOS, 3 DE RECAMBIO  T = 14 HORAS, h= 23.222 km  3 PLANOS ORBITALES  56º INCLINACIÓN CON RESPECTO AL ECUADOR  SEMIEJE MAYOR MEDIO

29.601 km.

 4 RELOJES 2 Máser de hidrógeno + 2 de Rubidio

 3 SEÑ SEÑALES EN FRECUENCIAS DISTINTAS  E5 (dividida en 2 E5a y E5b), E6, E1

Primera fase: Ocupación frecuencias. (Baja en 2012)  GIOVE-A  GIOVE-B

28-12-2005 (Rubidio) 27- 4-2008 (Rubidio+ Máser de H)

IOV: Validación Orbital.

 4 satélites, lanzamientos por parejas en octubre de 2011 y 2012

Primera prueba de posicionamiento (12(12-3-2013)  Longitud, Latitud y altura h. Exactitud entre 10 y 15 m

 4 satélites y 2 estaciones de tierra, Fucino (Italia) y Oberpfaffenhofen (Alemania)

 Comprobaciones en 2013 de sincronización de tiempos UTC-GST Exactitud de 9 10-9 segundos.

Implementació Implementación

el 2727-5-2013 por primera vez de GTRF. GTRF

 Vinculado al IGS08 y consistente con ITRF2008

 Para 2015 lanzamiento de otros 14 saté satélites  Totalmente operativa en 2020

2 Centros de control. control  Fucino (Italia). Datos de navegación  Oberpfaffenholen (Alemania). Control satélites 2 Centros de seguimiento. seguimiento  Kiruna (Suecia)  Kourou (Guyana)  Telemetría, Seguimiento….  Datos de navegación GIOVE-A

Lanzamiento 28-12-05

COMPASS-BIDOU OPERATIVO EN SU TOTALIDAD EN 2020

COMPASS - BIDOU 5 GEO, Saté Satélites geoestacionarios

h ≈ 35.786 km. 27 MEO, Saté Satélites en órbita media

h ≈ 21.528 km. 3 IGSO, Geosynchronous Satellite Orbit

i= 55º, h ≈ 35.786 km. 2014, ya hay lanzados 5 GEO, 4 MEO, 5 IGSO Sistema de Referencia propio: CGCS2000 (China Geodetic Coordinate System) Sistema de Tiempos propio: Inicio el 1 de enero de 2006 en UTC

3 Frecuencias: 1561.098, 1207.14 y 1268.52 MHz Servicios abiertos y restringidos