StarFire (sistema de navegación)

StarFire es un GPS diferencial de área amplia desarrollado por los grupos de agricultura de precisión y NavCom de John Deere . StarFire transmite "información de corrección" adicional a través de frecuencias de banda L de satélite en todo el mundo, lo que permite que un receptor equipado con StarFire produzca mediciones de posición con una precisión de mucho menos de un metro, con una precisión típica durante un período de 24 horas de menos de 4,5 cm. StarFire es similar al sistema de aumento de área amplia (WAAS) de GPS diferencial de la FAA , pero considerablemente más preciso debido a una serie de técnicas que mejoran su procesamiento en el extremo del receptor.

StarFire surgió tras una reunión en 1994 entre los ingenieros de John Deere que intentaban trazar un rumbo para futuros desarrollos. En ese momento, varias empresas más pequeñas estaban intentando introducir sistemas de mapeo de rendimiento que combinaban un receptor GPS con un contador de granos, que producía mapas de un campo que mostraban su rendimiento. Los ingenieros pensaron que este era uno de los desarrollos más interesantes de la industria, pero la precisión del GPS, que en ese entonces todavía utilizaba la disponibilidad selectiva , era simplemente demasiado baja para producir un mapa útil. Los diversos proveedores se declararon en quiebra en los años siguientes.

En 1997 se formó un equipo para resolver el problema de proporcionar una posición GPS más precisa. Junto con los miembros del equipo de ingeniería de John Deere, también participó un pequeño proyecto de la Universidad de Stanford , junto con los ingenieros de la NASA en el Laboratorio de Propulsión a Chorro . ^[1] Decidieron producir un sistema dGPS que difería bastante de sistemas similares como WAAS .

En teoría, la señal GPS con la disponibilidad selectiva desactivada ofrece una precisión del orden de 3 m. En la práctica, la precisión típica es de unos 15 m.

De estos 12 m, unos 5 m se deben a la distorsión de las "ondulaciones" en la ionosfera , que introducen retrasos en la propagación que hacen que el satélite parezca estar más lejos de lo que está en realidad. Otros 3 a 4 m se deben a errores en los datos de efemérides del satélite , que se utilizan para calcular las posiciones de los satélites GPS, y a la desviación de los relojes atómicos internos del satélite .

El dGPS corrige estos errores comparando la posición medida con GPS con una referencia terrestre conocida y de alta precisión, y luego calculando la diferencia y transmitiéndola a los usuarios. Algunas de estas correcciones se aplican a cualquier ubicación (por ejemplo, las correcciones a los relojes y los datos de efemérides). En cambio, las olas cubren solo una cierta porción del cielo, por lo que una corrección medida en una estación terrestre solo es realmente útil para los receptores ubicados cerca. Para que las correcciones sean precisas en un área grande, se necesitaría desplegar muchas estaciones de referencia terrestre y transmitir una cantidad considerable de datos para ubicaciones finamente divididas. Por ejemplo, WAAS utiliza veinticinco estaciones en los EE. UU. continentales, desarrollando una cuadrícula espaciada 5x5 grados.

StarFire, en cambio, utiliza un receptor avanzado para corregir los efectos ionosféricos internamente. Para ello, captura la señal P(Y) que se emite en dos frecuencias, L1 y L2, y compara los efectos de la ionosfera en el tiempo de propagación de las dos. Utilizando esta información, los efectos ionosféricos se pueden calcular con un alto grado de precisión, lo que significa que el dGPS de StarFire puede compensar las variaciones en el retraso de propagación. La segunda señal P(Y) está cifrada y no puede ser utilizada directamente por receptores civiles, pero StarFire no utiliza los datos contenidos en la señal; en su lugar, solo compara la fase de las dos señales. Esto es costoso en términos de electrónica, ya que requiere un segundo sintonizador y una excelente estabilidad de la señal para ser útil, por lo que la solución similar a StarFire no se usa más ampliamente (al menos cuando se estaba creando).

Con la corrección ionosférica gestionada internamente, la señal dGPS de StarFire reduce considerablemente la cantidad de información que necesita transportar, que consiste en un conjunto de señales de corrección solo para los datos del satélite. Dado que estas correcciones son válidas a nivel mundial y solo hay 24 satélites en funcionamiento en cualquier momento, la cantidad total de información es bastante limitada. StarFire transmite estos datos a 300 bits por segundo, repitiéndose una vez por segundo. Las correcciones suelen ser válidas durante unos 20 minutos. Además de las efemérides y las correcciones de reloj, la señal también contiene información sobre el estado de cada satélite, lo que ofrece datos de calidad de servicio casi en tiempo real, con un retraso de unos 3 segundos en la actualización de las señales desde la estación terrestre.

StarFire se ha desarrollado en dos versiones. La primera, conocida retroactivamente como SF1 , ofrecía una precisión de 1 sigma de aproximadamente 1 m. Su error era de aproximadamente 15 a 30 cm, lo que significa que, si bien la posición mostrada (precisión absoluta) podía tener una diferencia de aproximadamente 1 m, podía devolverlo a centímetros de un punto medido previamente (precisión relativa). Esto era suficiente para la función prevista, la topografía de campo. Este sistema se ofreció por primera vez en 1998 y, desde su reemplazo, la señal SF1 aparentemente ahora se ofrece de forma gratuita.

El sistema más nuevo, SF2 , se introdujo en 2004. Mejora drásticamente la precisión, con una precisión absoluta de 1 sigma de aproximadamente 4,5 cm. En otras palabras, StarFire lo dejará a 4,5 cm de un punto geográfico particular el 65% del tiempo, y tendrá una precisión de menos de 10 cm alrededor del 95% del tiempo (2 sigma). La precisión relativa también ha mejorado, a aproximadamente 2,5 cm. Cabe destacar que la señal SF2 proporciona correcciones tanto para la constelación estadounidense GPS como para el sistema ruso GLONASS.

John Deere introdujo la señal SF3 en 2016, mejorando ligeramente la precisión y reduciendo el tiempo de respuesta en un 67 % en comparación con SF2. La empresa desplegó un total de 60 estaciones de referencia terrestres para generar la señal SF3. Al igual que con SF2, SF3 proporciona correcciones para los satélites GPS y GLONASS.

Incluso si la señal de corrección StarFire se pierde durante más de 20 minutos, las correcciones ionosféricas internas por sí solas dan como resultado una precisión de aproximadamente 3 m. Los receptores StarFire también reciben señales WAAS, ignorando sus datos ionosféricos y utilizando sus datos de efemérides y ajuste de reloj (menos detallados) para proporcionar una precisión de aproximadamente 50 cm. En comparación, los receptores GPS "normales" generalmente ofrecen una precisión de aproximadamente 15 m, y los que utilizan WAAS la mejoran a aproximadamente 3 m.

Cuando se implementó inicialmente, StarFire utilizó siete estaciones de referencia en el territorio continental de los EE. UU. Las correcciones generadas en estas estaciones se envían a dos estaciones de procesamiento redundantes (una ubicada junto a un sitio de referencia/monitoreo) y luego la señal resultante se transmite desde una estación de la costa este de los EE. UU. Todas las estaciones están conectadas a través de Internet , con líneas RDSI dedicadas y enlaces VSAT como respaldo. Las señales resultantes se transmitieron desde un canal Inmarsat III .

Más tarde se instalaron redes StarFire adicionales en Sudamérica, Australia y Europa, cada una de ellas operaba desde sus propias estaciones de referencia y enviaba datos a sus propios satélites. A medida que el uso del sistema se fue extendiendo, se tomó la decisión de unir las distintas redes de "área local" en una única red global. Hoy en día, la red StarFire utiliza veinticinco estaciones en todo el mundo, que calculan y transmiten datos desde las estaciones estadounidenses como antes. Los datos recopilados en estas estaciones no dependen de la ubicación, a diferencia de la mayoría de los dGPS, y el gran número de sitios se utiliza principalmente para la redundancia.

John Deere también vende un dGPS cinemático en tiempo real , StarFire RTK . RTK consiste en un pequeño receptor GPS montado en un trípode que utiliza señales StarFire para realizar sus propios cálculos dGPS relativos a un punto, normalmente la esquina de un campo. La unidad luego transmite estas correcciones a través de un enlace de radio a los receptores montados en el equipo. RTK ofrece una precisión absoluta de aproximadamente 2 cm y una precisión relativa en milímetros. Este tipo de precisión se utiliza para equipos completamente automatizados con sistemas de conducción automática.

• Aumento del GNSS
• Señales GPS

• Sistema StarFire de John Deere: WADGPS para agricultura de precisión
• Cómo conectar StarFire a la computadora: detalles de conexión y configuración
• Nada funciona como un sistema de agricultura de precisión Archivado el 14 de marzo de 2006 en Wayback Machine.