El error de multitrayectoria es un problema común en los sistemas de posicionamiento basados en satélites, como los sistemas globales de navegación por satélite (GNSS). Específicamente, ocurre cuando las señales de un satélite llegan al receptor tomando múltiples trayectorias. Como resultado, estas señales causan imprecisiones en los datos de posicionamiento. Para abordar esto, los ingenieros e investigadores deben comprender y mitigar el error de multitrayectoria para mejorar la precisión de los sistemas GNSS utilizados en la navegación, la topografía y las aplicaciones científicas.
Además, se refiere a las imprecisiones en el posicionamiento GNSS que surgen cuando las señales de los satélites se reflejan o dispersan en las superficies cercanas, como edificios, árboles o el suelo.
En lugar de recibir una sola señal directa del satélite, el receptor GNSS detecta múltiples señales que viajan por diferentes trayectorias antes de llegar a la antena. En consecuencia, la interferencia entre estas señales conduce a errores en la posición calculada.
Los principales aspectos del error multitrayecto son:
- Reflexión de la señal: Las señales reflejadas rebotan en las superficies antes de llegar al receptor, lo que provoca discrepancias en la temporización de la señal y en los cálculos de posicionamiento.
- Dispersión de la señal: Las señales dispersas se extienden después de golpear superficies irregulares, lo que complica aún más la recepción y la medición de datos precisos.
- Diferencia de trayectoria: Las diferentes longitudes de las trayectorias de la señal dan lugar a diferencias en el tiempo de recorrido de la señal, lo que contribuye a errores de posicionamiento.
3 causas del error multitrayecto
El error de multitrayectoria está influenciado por varios factores ambientales y técnicos. Comprender estas causas ayuda a desarrollar estrategias eficaces para minimizar su impacto en la precisión del GNSS.
1 – Superficies reflectantes
Un ejemplo de superficies reflectantes son las superficies duras, como edificios, pavimentos y masas de agua, que pueden hacer que las señales de los satélites se reflejen. Estas reflexiones llegan al receptor junto con la señal directa, lo que provoca errores en la medición del tiempo de recorrido de la señal.
Entornos urbanos
En ciudades con edificios e infraestructuras densas, el error multitrayecto es más pronunciado debido al mayor número de superficies reflectantes. Esto puede afectar gravemente a la precisión de los sistemas de posicionamiento en entornos urbanos.
Cuerpos de agua
Grandes masas de agua, como lagos y océanos, pueden reflejar las señales GNSS, lo que provoca un error de multitrayectoria. La naturaleza reflectante de las superficies de agua puede causar una interferencia de señal compleja.
2 – Irregularidades de la superficie
Irregularidades de la superficie: las superficies irregulares o desiguales pueden dispersar las señales GNSS en múltiples direcciones. Estas señales dispersas pueden mezclarse con las señales directas, creando errores en el cálculo de la posición.
Características del terreno
Las características naturales como colinas, árboles y afloramientos rocosos pueden dispersar y reflejar las señales GNSS, lo que contribuye al error de multitrayectoria. Las irregularidades en el terreno afectan la propagación y recepción de la señal.
Estructuras artificiales
Estructuras como antenas, vallas y superficies de vehículos también pueden causar dispersión y reflexión de la señal. Estas estructuras introducen caminos adicionales para que la señal viaje, aumentando el potencial de error de trayectorias múltiples.
3 – Condiciones atmosféricas
Las variaciones en las condiciones atmosféricas, como la temperatura y la humedad, pueden afectar la propagación de las señales GNSS. Estas condiciones pueden influir indirectamente en el error de multitrayectoria al alterar las características de las señales reflejadas o dispersas.
Variaciones de temperatura
Los cambios de temperatura pueden afectar la densidad y la composición de la atmósfera, lo que influye en la propagación y la reflexión de las señales GNSS.
Niveles de humedad
La alta humedad puede causar cambios en el índice de refracción de la atmósfera, lo que afecta la trayectoria de la señal y contribuye al error de trayectorias múltiples.
Estrategias de mitigación para el error de trayectorias múltiples
Se emplean varias técnicas y tecnologías para reducir el impacto del error de multitrayectoria en la precisión del posicionamiento GNSS. La implementación de estas estrategias puede mejorar significativamente la fiabilidad de los sistemas de navegación.
Tecnología de receptor avanzada
Los receptores GNSS modernos están equipados con capacidades avanzadas de procesamiento de señales para identificar y mitigar la interferencia de multitrayectoria. Estos receptores utilizan algoritmos para distinguir entre señales directas y reflejadas.
Algoritmos de detección de trayectorias múltiples
Los receptores utilizan algoritmos para detectar y filtrar las señales de trayectorias múltiples. Estos algoritmos analizan las características de las señales entrantes para separar las señales directas de las reflejadas.
Técnicas de procesamiento de señales
Las técnicas avanzadas de procesamiento de señales, como el filtrado adaptativo y el análisis de correlación, ayudan a reducir los efectos del error multitrayecto (rechazo multitrayecto). Estas técnicas mejoran la precisión del posicionamiento al mejorar la calidad de las señales recibidas.
Diseño de la antena
El diseño y la ubicación de las antenas GNSS juegan un papel crucial en la minimización del error de multitrayectoria. Las antenas con diseños específicos pueden reducir la sensibilidad a las señales reflejadas.
Planos de tierra
El uso de planos de tierra o superficies reflectantes alrededor de la antena puede ayudar a mejorar la recepción de la señal al reducir el impacto de los reflejos de las superficies cercanas.
Colocación de la antena
La colocación adecuada de las antenas GNSS, lejos de superficies reflectantes y fuentes potenciales de interferencia, ayuda a reducir el error de multitrayectoria. Asegurar una línea de visión clara hacia el cielo minimiza las posibilidades de reflexiones y dispersiones de la señal.
Técnicas de levantamiento y procesamiento de datos
En aplicaciones de topografía y científicas, se pueden utilizar técnicas de post-procesamiento para corregir los errores de trayectorias múltiples. Estas técnicas implican el análisis de los datos recogidos a lo largo del tiempo para identificar y corregir los errores causados por los efectos de trayectorias múltiples.
Correcciones de post-procesamiento
Las herramientas y los algoritmos de software de post-procesamiento pueden analizar los datos GNSS registrados para identificar y corregir los errores de multitrayectoria. Estas correcciones mejoran la precisión de los resultados de posicionamiento y medición.
Uso de estaciones de referencia
Las estaciones de referencia con ubicaciones fijas pueden proporcionar datos de corrección para ajustar los errores de trayectorias múltiples en las mediciones GNSS. Esta técnica se utiliza comúnmente en aplicaciones de alta precisión.
El error de trayectorias múltiples es un desafío importante en el posicionamiento GNSS que surge de la reflexión y dispersión de las señales de los satélites. Al comprender las causas del error de trayectorias múltiples e implementar estrategias de mitigación eficaces, es posible mejorar la precisión y la fiabilidad de los sistemas GNSS.
La tecnología avanzada del receptor, el diseño adecuado de la antena y las técnicas de procesamiento de datos desempeñan un papel clave para abordar la interferencia de trayectorias múltiples, garantizando que las aplicaciones de navegación y posicionamiento logren un rendimiento óptimo en diversos entornos.