Cuando hablamos de precisión GNSS, la mayoría de los usuarios piensan en satélites, correcciones o calidad del receptor. Pero uno de los factores más ignorados, y sin embargo cruciales, reside en el primer eslabón de la cadena de señal: la antena.

La calibración de la antena desempeña un papel vital en la eliminación de errores sistémicos, especialmente en la topografía centimétrica. En este blog, exploraremos cómo se calibran las antenas GNSS, qué papel desempeña la certificación NGS (Servicio Geodésico Nacional, por sus siglas en inglés) y por qué este proceso es más importante de lo que muchos creen.

1. ¿Qué es la calibración de la antena GNSS?

En cualquier sistema GNSS, las antenas reciben señales de los satélites a través de un punto conocido como centro de fase, un punto electromagnético donde se mide eficazmente la señal. Sin embargo, este centro de fase no es fijo ni está marcado físicamente en la antena, y varía ligeramente según el ángulo de llegada de la señal.

Para corregir estos sesgos y lograr un posicionamiento preciso, se aplica la calibración de la antena. Esta consta de dos componentes clave:

Desplazamiento del centro de fase (PCO, Phase Center Offset):

Un desplazamiento tridimensional fijo entre el punto de referencia de la antena (normalmente el punto de montaje mecánico) y el centro de fase eléctrico promedio. Se define en las direcciones Norte, Este y Arriba.

Variación del centro de fase (PCV, Phase Center Variation):

Un conjunto de correcciones que modelan cómo cambia el centro de fase en función de los ángulos de acimut y elevación de la señal.

Estas correcciones ayudan a garantizar que los cálculos de posicionamiento consideren las características físicas reales de cada antena, lo cual es especialmente importante en aplicaciones de alta precisión como el control geodésico, la topografía estática y el despliegue de estaciones base.

2. ¿Qué es NGS y por qué es confiable para la calibración de antenas GNSS?

El Servicio Geodésico Nacional (NGS), una división de la NOAA (Administración Nacional Oceánica y Atmosférica), es responsable del mantenimiento del Sistema Nacional de Referencia Espacial (NSRS) en Estados Unidos. Como parte de sus responsabilidades, NGS proporciona calibraciones de laboratorio estandarizadas para antenas GNSS, garantizando modelos de comportamiento de antena fiables, trazables y consistentes.

NGS opera un sistema de calibración robótico que genera valores precisos de PCO y PCV para diversos modelos de antenas GNSS. Estos valores se publican en formatos oficiales (como ANTEX y ANTINFO) y están disponibles públicamente para su uso en software GNSS y sistemas de posprocesamiento.

Al adoptar modelos de antena calibrados por NGS, los profesionales e instituciones de topografía pueden alinearse con los estándares nacionales y mejorar la precisión de posicionamiento en los flujos de trabajo que lo requieren.

3. ¿Cómo realiza NGS la calibración de antenas?

El proceso de calibración de antenas de NGS se lleva a cabo en condiciones controladas, generalmente en un entorno sin trayectorias múltiples o en una cámara anecoica. El procedimiento generalmente sigue estos pasos:

3.1 Montaje e instalación:

La antena de prueba se monta junto a una antena de referencia cuyo comportamiento es bien conocido.

3.2. Simulación de las direcciones de la señal:

Un sistema robótico gira la antena de prueba en varios ángulos de azimut y elevación para simular las trayectorias de la señal satelital.

3.3. Medición diferencial:

Se realizan mediciones entre las antenas de prueba y de referencia para capturar el comportamiento del centro de fase.

3.4. Procesamiento de datos:

A partir de estas mediciones, el sistema calcula los valores de PCO y PCV para cada frecuencia GNSS.

3.5. Generación del archivo de calibración:

Los resultados se almacenan en formatos estandarizados, principalmente ANTEX (.atx) y ANTINFO (.txt), que pueden importarse a software de procesamiento.

Estos valores de calibración permiten a los usuarios corregir las variaciones inducidas por la antena y mejorar la precisión y la consistencia de las coordenadas derivadas de GNSS.

4. Por qué son importantes las antenas certificadas por NGS en ciertos casos de uso

Las antenas calibradas por NGS se utilizan ampliamente en flujos de trabajo que requieren trazabilidad y una menor incertidumbre de medición. Algunos ejemplos incluyen el establecimiento de redes geodésicas, la implementación de CORS, los estudios de infraestructura a gran escala y las aplicaciones científicas.

Al utilizarse junto con archivos de calibración, estas antenas permiten que el software modele con mayor precisión el comportamiento de la señal, lo que ayuda a reducir el error de posición causado por un sesgo de antena no corregido.

En algunos entornos públicos o regulados, se prefiere o requiere el uso de antenas con datos de calibración publicados para mantener la compatibilidad e interoperabilidad entre conjuntos de datos.

Si bien no todas las aplicaciones requieren calibración por NGS, el acceso a datos de corrección estandarizados puede mejorar la validez de los resultados de posicionamiento, especialmente en entornos estáticos y posprocesados.

5. Cómo acceder a los archivos de calibración de antenas de NGS

NGS mantiene una base de datos pública de modelos de calibración de antenas:

https://www.ngs.noaa.gov/ANTCAL/#

Seleccione el fabricante/marca en la barra superior, por ejemplo, "SIT -SingularXYZ Intelligent Technology". A continuación, encontrará una lista de los modelos de antena que necesita.

Descargue los archivos de calibración del modelo correspondiente:

• ANTINFO (.txt): Archivo resumen que muestra los valores básicos de PCO y PCV

• ANTEX (.atx): Archivo detallado con modelos de corrección direccional y de frecuencia específica

Estos modelos de calibración están disponibles públicamente y pueden aplicarse durante el posprocesamiento o integrarse en configuraciones de estaciones base RTK.

La calibración de antenas desempeña un papel fundamental en el trabajo GNSS de alta precisión. Al comprender cómo el comportamiento del centro de fase afecta los resultados de las mediciones y aplicar modelos de calibración estandarizados, los profesionales de la topografía pueden mejorar la consistencia, la trazabilidad y la precisión de sus resultados de posicionamiento.

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