Por Markus Brandl, Xiaoming Chen, Herbert Landau, Carlos Rodriguez-Solano y Ulrich Weinbach
Este artículo actualiza una característica de julio de 2012 en GPS World, «Posicionamiento GNSS extendido en tiempo Real: Una Nueva Generación de Redes de precisión centimétrica.»
El servicio de corrección RTX Trimble CenterPoint, que permite un posicionamiento absoluto a nivel de centímetros en todo el mundo sin necesidad de infraestructura de estación de referencia RTK, ahora está disponible para muchos usuarios, incluidos integradores de equipos profesionales de alta precisión y productos de consumo, como en el sector de la automoción. El acceso se proporciona a través de una biblioteca de software compatible con cualquier dispositivo GNSS. Las correcciones ahora contienen información detallada de integridad para aplicaciones críticas para la seguridad.
La infraestructura RTX se compone de aproximadamente 120 estaciones de referencia RTX distribuidas globalmente. Los receptores de estas estaciones transmiten los datos de medición a 1 Hz a los centros de servidores RTX, donde se calculan los datos de corrección. Para fines de redundancia, se operan varios servidores en los Estados Unidos y Europa. Una arquitectura a prueba de fallos que evita cualquier punto único de fallo en la cadena de procesamiento ha producido una disponibilidad muy alta de correcciones. Hoy en día, el sistema es compatible con los satélites GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou y QZSS. Es un sistema de frecuencias múltiples que soporta dos o más frecuencias para cada sistema satelital.
El flujo de corrección está disponible para los usuarios que utilizan señales de banda L transmitidas a través de satélites geoestacionarios y conexiones IP. El flujo de datos RTX transmitido en banda L utiliza un ancho de banda de 600-2400 baudios y un formato de datos altamente comprimido con una resolución de 1 milímetro, con una latencia media de 8 segundos en modo de banda L y 5 segundos en modo IP. El flujo de datos se cifra a través de un Estándar de cifrado Avanzado (AES) con una longitud de clave de 256 bits para garantizar una transmisión segura. La integridad de la transmisión de datos está garantizada con una comprobación de redundancia cíclica de 32 bits adjunta a cada mensaje. El flujo de corrección RTX proporciona información sobre la posición del satélite, el reloj del satélite, los modelos ionosféricos y troposféricos, y los sesgos de código y fase.
La determinación de la órbita se realiza en tiempo real utilizando un enfoque dinámico reducido con modelos dinámicos y explotando la precisión de las mediciones de fase después de la fijación de ambigüedades. Sobre la base de las órbitas calculadas, los relojes satelitales se estiman en 1 Hz, donde se realiza la fijación de ambigüedad de enteros para los diferentes sistemas satelitales.
A continuación, se calcula un modelo ionosférico global de una sola capa y se representa a través de armónicos esféricos. Actualmente hay dos áreas con una red más densa que la red global; estas cubren Europa y los Estados Unidos continentales con más de 1,000 estaciones base. Utilizando estas estaciones, se calculan los modelos ionosféricos y troposféricos regionales, que luego proporcionan una convergencia rápida (servicio RTX-Fast).
La información de posición y reloj del satélite tiene una precisión de centímetros y permite al cliente calcular el posicionamiento preciso de puntos (PPP) con resolución de ambigüedad de fase portadora. La tabla 1 muestra la precisión del servicio.
Tabla 1. Precisión de las correcciones RTX de más de tres años (junio de 2015 a julio de 2018) de cálculo de residuos en la red europea RTX–Fast. (Datos de la tabla: autores)
Una vez resueltas las ambigüedades, la solución de posición tiene una precisión de unos pocos centímetros. El servicio estándar RTX global proporciona tiempos de convergencia de 7 minutos a 20 centímetros (cm) de error horizontal (95%) y a 2,5 cm (95%) en 13 minutos, como se muestra en la Figura 2. El servicio regional RTX-Fast (EE.UU., Europa) proporciona tiempos de convergencia de menos de un minuto con precisión centimétrica. El tiempo de convergencia de inicio cálido es de aproximadamente 13 segundos.
Figura 2. Convergencia global de RTX de las 52 estaciones distribuidas globalmente que cubren un mes de datos. (Imagen: Trimble)
Las precisiones especificadas se pueden lograr con el hardware de posicionamiento GNSS Trimble preciso. Para la integración en dispositivos no Trimbles, se ofrece una biblioteca de software RTX, que brinda al usuario acceso en tiempo real a los datos individuales en el flujo de corrección RTX. Para el uso de esta biblioteca en sistemas críticos para la seguridad, como los sistemas avanzados asistidos por conducción (ADAS) o la conducción semiautomática, esta biblioteca fue certificada para seguir la norma ASIL-B ISO 26262 y la norma ASPICE para automóviles. Esta biblioteca está disponible para una fácil integración en aplicaciones de terceros.
Además de la solución RTX en tiempo real, una solución de posprocesamiento basada en la web está disponible para uso público de forma gratuita. Es posible cargar archivos Trimble o RINEX estáticos en el servidor, procesar los datos de medición y recuperar una posición precisa en varios marcos de coordenadas.
La integridad del servicio se supervisa continuamente en estaciones independientes de las redes de seguimiento RTX en Europa y EE. La integridad del servicio se proporciona en el dominio de datos de corrección. La parte de monitoreo de integridad del sistema RTX minimiza el riesgo debido a eventos como maniobras satelitales no planificadas o efemérides de transmisión incorrecta; anomalías de señales satelitales o relojes; tormentas ionosféricas; o problemas en la transmisión del flujo de corrección RTX.
Las estaciones de monitoreo calculan los residuos de observación de fase (con corrección de ambigüedad) utilizando las mediciones de la estación y las correcciones RTX recibidas. Estos residuos representan los errores reales de las correcciones vistos por las estaciones de monitoreo en la línea de visión (Tabla 1). Los umbrales en los que las correcciones se consideran defectuosas son los siguientes: 0,5 m + QI (indicador de calidad) para correcciones de órbita + reloj y modelos troposféricos regionales, y 1,0 m + QI para modelos ionosféricos regionales.
El monitoreo de integridad consta de dos pasos (Figura 1): una comprobación previa a la transmisión, donde se detectan y filtran correcciones potencialmente defectuosas antes de salir del servidor informático, y una comprobación posterior a la transmisión, donde se detectan errores adicionales en el canal de transmisión y se emiten alarmas a los usuarios.
Figura 1. Generación y transmisión de correcciones globales y regionales de RTX, incluida la supervisión de la integridad previa y posterior a la emisión. (Imagen: Trimble)
Las alarmas y los indicadores de integridad se insertan constantemente en el flujo de corrección y en la salida de la biblioteca cliente RTX. La información de integridad notifica a los clientes de la presencia de monitoreo de integridad y proporciona alertas oportunas en caso de violaciones de integridad de datos de corrección detectadas. Los objetivos de límite de tiempo de alerta son de 17 segundos para la transmisión en banda L y de 13 segundos para la transmisión IP para el servicio RTX.
Las correcciones RTX incluyen indicadores de calidad. En particular, el indicador de calidad del reloj satelital incluye una bandera «DoNotUse» para indicar posibles problemas con el satélite dado. Esta bandera impide el uso del satélite para el posicionamiento cuando lo recibe el usuario. Los indicadores de calidad de las correcciones son de hecho una primera capa de integridad. En 2017, se agregó el monitoreo de integridad previo a la transmisión para actuar como una segunda capa. En 2019, con la adición del monitoreo de integridad posterior a la emisión, se agregó una tercera capa de integridad al flujo de datos de corrección RTX.
El sistema RTX proporciona acceso a correcciones de nivel de centímetros que permiten el posicionamiento de centímetros a nivel global. Los servicios RTX-Fast están disponibles en Europa y los EE.UU. con monitoreo de integridad previo y posterior a la transmisión que se está implementando actualmente.
Los autores son ingenieros de Trimble Terrasat GmbH, Alemania.
