Los sistemas GNSS se apoyan en la idea de considerar la posición de los satélites como puntos de coordenadas conocidas y a partir de ellos georeferenciar el receptor sobre un marco de referencia. Esto exige la definición de las orbitas GNSS, de un marco de referencia, y el conocimiento de la posición del satélite (efemérides). La precisión en la determinación de las orbitas GNSS influirá en la precisión de las coordenadas obtenidas, por lo que la precisión exigible no será la misma en todos los campos de la Geomática, Topografía o Geodesia.

Las coordenadas obtenidas de los satélites GPS a partir de las efemérides transmitidas son coordenadas cartesianas geocéntricas en el sistema WGS84, coordenadas ECEF. Determinar las coordenadas del satélite requiere determinar su movimiento, para ello se deberá estudiar el caso ideal de órbitas normales y luego se analizarán las perturbaciones que sufren las órbitas de los satélites GNSS.

La teoría de órbitas de satélites se apoya en la ley de gravitación universal de Newton y tres leyes que determinó Kepler (1571-1630):

Ley de gravitación universal: Un objeto material del universo atrae a otro objeto material con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa, si consideramos la masa de la Tierra concentrada en su centro de masas, la no existencia de atmósfera y sólo sometida a la fuerza gravitatoria.

Primera ley de Kepler: Los planetas describen órbitas elípticas, estando el Sol en uno de sus focos. Su aplicación en GNSS es que determina la forma de la elipse, y la Tierra ocupa uno de los focos. Vendrá dada por su semieje mayor y la excentricidad, los satélites GPS describen orbitas prácticamente circulares de muy pequeña excentricidad.

Segunda ley: Los elementos espaciales en su recorrido por la elipse, barren áreas iguales en tiempos iguales. Esta ley determina el vector posición de los satélites GNSS. Las orbitas GNSS elípticas se mueven rápido en el perigeo y lento en el apogeo. El Perigeo es el punto más cercano a la Tierra del satélite, el Apogeo es el punto más alejado del satélite respecto a la Tierra.

Tercera ley: Los cuadrados de los periodos de revolución son proporcionales a los cubos de las distancia medias de los planetas al Sol. La velocidad del satélite disminuye con la altura.

Consideradas tanto las leyes de Kepler como la ley de Gravitación, teniendo en cuenta los efectos que sufren estas orbitas GNSS por perturbaciones gravitacionales, presión, e irregularidades del campo gravitatorio, y con estas consideraciones, se tendrán las órbitas teóricas, el almanaque, y las efemérides u órbitas reales.

En esta presentación se estudian las orbitas GNSS, elementos keplerianos, almanaque, movimiento perturbado, efemérides (radiodifundidas y precisas)…