Sistema TRANSIT

Lo que en lenguaje geodésico se denomina genéricamente «Sistema DOPPLER» realmente es el sistema NNSS (Navy Navigation Satellite System) que utiliza los satélites norteamericanos de la constelación TRANSIT (aunque puede recibirse señales de otros satélites, como los GEOS) sobre los que se realizan mediciones de desplazamiento Doppler. El bloque ex‐soviético tiene un sistema equivalente llamado TSICADA.

La constelación dispone de un mínimo de seis satélites activos, con un peso de solo 61 [kg], en orbitas polares casi circulares de 1100 [km] de altitud, por lo que el periodo es de 107 minutos, esto representa que en una estación terrestre pueden recibirse señales de un satélite cada hora y tres cuartos, durante los quince minutos que separan el orto del ocaso local si pasa por el cenit; menos tiempo si culmina a menos altura de horizonte.

Los satélites TRANSIT transmiten en dos portadoras, 150 y 400 [Mhz], para determinar y poder corregir el retardo ionosférica según sabemos. Para la corrección del troposférico se confía a registros meteorológicos hechos en la estación, y un modelo atmosférico. Sobre las portadoras se envía información por modulación sobre estados de tiempo de relojes, órbitas y otras.

El sistema funciona midiendo el desplazamiento o corrimiento Doppler (Doppler shift) que es la variación aparente en el valor de la frecuencia en función de la velocidad de acercamiento o alejamiento de la fuente emisora.

El efecto Doppler‐Fizeau fue descubierto en el siglo XIX. Cuando la fuente emisora de un tren de ondas, sean ópticas, acústicas o radioeléctricas, disminuye su distancia a un observador, la frecuencia recibida es aparentemente mayor que la real. Si la fuente se aleja, la frecuencia es menor, y si la distancia permanece constante, la frecuencia coincide.

La fórmula,

ΔF = Vr/ V0

Relaciona la variación de la frecuencia ΔF con la velocidad radial Vr alejamiento o acercamiento respecto al observador de la fuente emisora, y la velocidad de propagación de la onda VO.

Los receptores para el sistema TRANSIT reciben durante un periodo o bloque la señal emitida por un satélite, sobre cuya frecuencia nominal, tras ser comparada con la del oscilador local, se establece una diferencia o cuenta Doppler.

Figura. Cuenta Doppler

La diferencia de frecuencias entre dos cuentas Doppler permite calcular una diferencia concreta de distancia entre ambas posiciones del satélite y el receptor. Se conoce la diferencia de distancia, pero no la distancia en sí, lo que posiciona al observador en un hiperboloide de revolución con focos en las posiciones (conocidas por las efemérides transmitidas) del satélite en los dos momentos de observación.

Tras suficientes pasos, las soluciones convergen y la situación es calculable con precisiones bastante elevadas. Un paso de satélite ofrece de 10 a 15 mediciones útiles con intervalos de 30 [seg]. Se puede observar hasta 15 pasos aceptables cada día.

Desde luego, la situación de un punto aislado (single point positioning) puede tener errores de orden decamétrico, pero si el posicionamiento en dos puntos diferentes a la vez, donde dos receptores hacen registros simultáneos a los mismos satélites, como ciertos errores son comunes a ambos, la situación de ambos tendrá quizá 10 [m] de error absoluto por ejemplo: el posicionamiento relativo de uno respecto a otro, será mucho mejor, con precisiones del orden de 1 [m], porque hay una serie de errores que afectan por igual a ambos receptores sin perjudicar su situación relativa. Esta técnica se llama translocación.

Para el cálculo se obtiene la posición del satélite extrapolando en las efemérides transmitidas por el satélite con precisiones de 10 a 20 [m] (basadas en las observaciones desde las 4 estaciones de la red OPNET, en territorio estadounidense).

Aún puede mejorarse el cálculo usando a posteriori, en vez de la extrapolación citada, las efemérides precisas resultantes de la observación por la red TRANET de control (20 estaciones distribuidas por toda la Tierra), puestas a disposición de ciertos usuarios por el NSWC (Nacional Surface Wcapons Center) con precisiones de 2 a 3 [m]. El posicionamiento relativo así calculado ofrece precisión de algunos decímetros.

Hay una técnica, llamada arco corto en la que se consideran como incolitas en las ecuaciones de observación hasta 6 factores de corrección de los parámetros orbítales (si solo se consideran 3, se llama semi arco corto). Con ello se alcanza una precisión superior.