: SISTEMI SATELLITARI PER

LA NAVIGAZIONE

C. Montanino

PUNTI ESSENZIALI DELLA NAVIGAZIONE

• Scelta, in un opportuno sistema di riferimento, di una traiettoria.

• Determinazione della situazione attuale, in determinati istanti.

• Confronto fra la situazione attuale e quella programmata, misura delle deviazioni.

• Calcolo, a partire dalle deviazioni, delle correzioni idonee a riportare la situazione nei limiti di quella programmata.

Le possibilità, gli sviluppi.

• misure angolari

• misure di velocità

• misure di distanza

Misure angolari

• nessun sistema sviluppato

Il satellite viene utilizzato come un astro le cui effemeridi

sono note

Il satellite viene utilizzato come un astro le cui effemeridi

sono note

Misure di velocità

• Sistema TRANSIT

Si rileva lo shift Doppler dovuto al moto del satellite, e

da questo si risale alla differenza di distanza

satellite-ricevitore in un tempo noto

Si rileva lo shift Doppler dovuto al moto del satellite, e

da questo si risale alla differenza di distanza

satellite-ricevitore in un tempo noto

Misura di distanze

• Progetto DIOSCURI-AEROSAT

• Progetto NAVSAT

• Progetti TIMATION e 621 B, confluiti nel sistema NAVSTAR-GPS

• Sistema GLONASS

ad or b it a sincr ona(geost az ionar i)

ad or b it a asincr ona(or b it ant i)

sat ellit i

La distanza si ricava

dalla misura

del tempo che il

segnale impiega

per giungere

al ricevitore

La distanza si ricava

dalla misura

del tempo che il

segnale impiega

per giungere

al ricevitore

NAVSTAR - GPS

NAVigation System for Time And Ranging

Global Positioning System

• copertura globale

• elevata precisione

• invulnerabilità dai disturbi

• continuità del servizio

• capacità illimitata di utenti

• impiego passivo da parte dell’utente

NAVSTAR-GPS Principio di funzionamento

( X - X1 )2 + ( Y - Y1 )2 + ( Z - Z1 )2 = R12

( X - X2 )2 + ( Y - Y2 )2 + ( Z - Z2 )2 = R22

( X - X3 )2 + ( Y - Y3 )2 + ( Z - Z3 )2 = R32

( X - X1 )2 + ( Y - Y1 )2 + ( Z - Z1 )2 = ( R1 - D )2

( X - X2 )2 + ( Y - Y2 )2 + ( Z - Z2 )2 = ( R2 - D )2

( X - X3 )2 + ( Y - Y3 )2 + ( Z - Z3 )2 = ( R3 - D )2

( X - X4 )2 + ( Y - Y4 )2 + ( Z - Z4 )2 = ( R4 - D )2

Errore nel tempo dt

errore nella distanza D

D = c dt

NAVSTAR - GPSCostituzione del sistema

Master Control Station Monitor Station

Ground Antenna

Trasmissione Dati

Misure telemetriche

Registrazione segnali

Caricamento dati

Codice, segnale di navigazione

Utilizzatore

Satellite

NAVSTAR - GPSSegmento spaziale

• 24 satelliti attualmente operativi• 6 piani orbitali inclinati di 55° sull’equatore• altezza delle orbite 20.200 km• periodo orbitale di circa 12 ore• frequenze in banda L : L1 - f = 1.575,42 MHz L2 - f = 1.227,60 MHz

Questa costellazione garantisce che almeno

quattro satelliti siano visibili da qualsiasi punto della terra

Questa costellazione garantisce che almeno

quattro satelliti siano visibili da qualsiasi punto della terra

NAVSTAR - GPSCaratteristiche del segnale

• Codice C/A, applicato alla portante L1, periodo 1 millisecondo

• Codice P, applicato ad entrambe le portanti, periodo 7 giorni

Messaggio emesso su due frequenze

Contiene informazioni su orario, effemeridi, stato del sistema

Frequenze modulate con codici binari pseudo casuali:

• identificazione del satellite

• misura del tempo

• accesso riservato

• protezione da disturbi

• identificazione del satellite

• misura del tempo

• accesso riservato

• protezione da disturbi

NAVSTAR - GPSSegmento di controllo - MCS

una stazione principale di controlloMaster Control Station - M C S

• funzioni di controllo, analisi e pianificazione delle prestazioni dell'intero sistema.

• calcolo delle effemeridi e della deriva degli orologi• mantenimento del tempo di riferimento

NAVSTAR - GPSSegmento di controllo - MS , GA

cinque stazioni di monitoraggio Monitor Station - M S

• registrano le informazioni trasmesse dai satelliti• le trasmettono alla stazione principale

tre antenne di trasmissione da terraGround Antennas - G A

• con misure telemetriche rilevano la posizione dei satelliti• ritrasmettono ai satelliti i dati elaborati dalla MCS

NAVSTAR - GPSSegmento utilizzatore

• Ricevitori GPS con l’equipaggiamento associato.

RPU

ReceiverProcessorUnit

FMI

Flexible Modular Interface

AEU

Antenna Electronic Unit

CDU

Control Display Unit

NAVSTAR - GPSPrestazioni del sistema

Accuratezzaorizzontale

Accuratezzaverticale

Errore sullavelocità

SPS 100 m 300 m 0,1 m/s

PPS 17,7 m 27,7 m 0,1 m/s

Nel servizio SPS, destinato agli utenti civili, il segnale è

degradato per mezzo di due dispositivi :

SA : Selective Availability

A-S : Anti-Spoofing

Nel servizio SPS, destinato agli utenti civili, il segnale è

degradato per mezzo di due dispositivi :

SA : Selective Availability

A-S : Anti-Spoofing

NAVSTAR - GPSErrori del sistema

• deriva dell’orologio del satellite• imprecisioni nelle effemeridi del satellite• ritardi per la diffrazione ionosferica del segnale• ritardi per l’attraversamento dell’atmosfera• imprecisioni nel funzionamento del ricevitore• imprecisione dell’orologio del ricevitore• slittamenti dovuti alla dinamica del vettore

• incertezza del luogo di posizione

GLONASSConfronto con il NAVSTAR - GPS

ANALOGIE• principio di

funzionamento• schema costitutivo• tipo di costellazione• banda di frequenza• codifica del segnale

DIFFERENZE• orario di riferimento• datum geodetico di

riferimento• effemeridi aggiornate

ogni 30 minuti• trasmissione su

frequenze diverse per ogni satellite

GLObalnaya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistema

I ricevitori GPS non sono generalmente compatibili con il segnale GLONASS, e

viceversa

I ricevitori GPS non sono generalmente compatibili con il segnale GLONASS, e

viceversa

Il futuro :un sistema satellitare primario

RNP2 RNP1 AVV. CAT. I

Accuratezzaorizzontale

0.4 NM 0.4 NM 16 m

Accuratezzaverticale

-- -- 4 m

Limite di allarme 2 NM 1 NM 40 m

Tempo di allarme 15 sec 15 sec 6 sec

Sistemaprimario

accuratezza

continuità

disponibilitàintegrità

Il GPS e il GLONASSsituazione attuale

integrità

continuità

disponibilità

accuratezza

• i segnali possono essere degradati

• gli allarmi sono diramati con eccessivo ritardo

• le prestazioni non sono garantite con qualità costante nelle 24 ore

Il GNSS

È un futuro sistema di navigazione satellitare, basato sul potenziamento degli attuali sistemi GPS e GLONASS.

Il potenziamento sarà attuato per mezzo di una serie di progetti regionali, quello europeo è il progetto EGNOS

Si prevede che nel 2004-2005 sarà possibile effettuare anche avvicinamenti di precisione con il solo impiego del GNSS

GNSS

BIBLIOGRAFIAP.D. Boffa , Sistemi per la radionavigazione , ed. Siderea F. Francescotti , Avionica , ed. AviolibriL. Iodice , Il GNSS , su Volabilità, RAI-ENACG. Lucarelli , Navigazione satellitare , ed. GianniniV. Piazzi , Sistemi radioelettrici di navigazione, vol V , A.A.R. Trebbi , Strumenti e navigazione , ed. Aviabooks