SISTEMI SATELLITARI GLOBALI DI NAVIGAZIONE (GNSS) · la ionosfera il ritardo troposferico puo’ essere valutato nella stazione di terra in funzione di temperatura, pressione e

1Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto

SISTEMI SATELLITARI GLOBALI DINAVIGAZIONE (GNSS)


INDICE UN PO’DI ME

LE ORIGINI

GNSS (Global Navigation Satellite System)

NAVSTAR GPS ( NAVigation Satellite Timing An RangingGlobal Positioning System)

GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System)

GALILEO

BEIDOU

IRNSS (Indian Regional Navigational Satellite System)

CONCLUSIONI


UN PO’ DI ME Brig. Gen. GA (r) BORDO ROBERTO 39,5 ANNI IN AERONAUTICA (1976-2015)

1976 –1982: HDM AERONAUTICA - LAUREA INGEGNERIA ELETTRONICA

1983-1986: CAPO SEZIONE TECNICA E MANUTENZIONE DEL PISQ

1986-2015: SEGRETARIATO GENERALE DELLA DIFESA E DIREZIONENAZIONALE DEGLI ARMAMENTI – CAPO SEZIONE / CAPO DIVISIONE NEISETTORI: AVIONICA, GUERRA ELETTRONICA, MISSILI, SIMULATORI DIVOLO, ARMAMENTO DI CADUTA, SISTEMI DI SUPPORTO E SALVATAGGIO

1998-2002: AGENZIA NAPMA (NL) IN VESTE DI CAPO SEZIONE RITORNIINDUSTRIALI DEL PROGRAMMA AWACS

2009-2013: AGENZIA NETMA (GE) COME RESPONSABILE DELSUPPORTO IN SERVIZIO DEL VELIVOLO EF2000

ATTUALMENTE PRESIDENTE SEZIONE A.A.A. VITERBO


LE ORIGINI (1/2) NAVIGAZIONE AEREA CLASSICA CON SISTEMI:

DI RADIO-ASSISTENZA CHE UTILIZZANO STAZIONI TRASMITTENTI POSTE A TERRA(DECCA, LORAN, OMEGA, ECC.), CHE INVIANO UN IMPULSO RADIO DA UNAPOSTAZIONE “MASTER”, SEGUITO DA IMPULSI DA ALTRE STAZIONI “SLAVE”.SULLA BASE DEL RITARDO TRA LA RICEZIONE E LA TRASMISSIONE DEL SEGNALEPRESSO LE STAZIONI “SLAVE”, IL RICEVITORE DETERMINA LA DISTANZA DAOGNUNA DELLE STAZIONI “SLAVE” E, QUINDI, UN CALCOLO DELLA POSIZIONE

INERZIALI ED ASTRONOMICI, CHE CONSENTONO DI EFFETTUATE LANAVIGAZIONE CON IL SOLO IMPIEGO DEGLI APPARATI DI BORDO

NEL 1967 NASCE “TRANSIT”, PRIMO SISTEMA SATELLITARE (6 SATELLITI) PERNAVIGAZIONE AEREA CREATO DALL’ESERCITO USA – INIZIALMENTE PERAVIAZIONE MILITARE E QUASI SUBITO RESO DISPONIBILE ALL’AVIAZIONECIVILE. FUNZIONAMENTO BASATO SULL’EFFETTO DOPPLER: I SATELLITI SI SPOSTAVANO

SU ORBITE NOTE E TRASMETTEVANO I LORO SEGNALI SU UNA FREQUENZASPECIFICA. LA FREQUENZE RITRASMESSE DAI RICEVITORI DIFFERIVANO DAQUELLE NOMINALI A CAUSA DELLO SPOSTAMENTO DEI SATELLITI RISPETTO AIRICEVITORI. MONITORANDO QUESTE VARIAZIONI DI FREQUENZA SU UN BREVEINTERVALLO DI TEMPO I RICEVITORI POTEVANO DETERMINARE LA PROPRIAPOSIZIONE


LE ORIGINI (2/2)

MISURE NAVIGAZIONALI AFFETTE DA ERRORI NONOSTANTE LE CORREZIONIINTRODUCIBILI NELLA ELABORAZIONE DEI SEGNALI IN RICEZIONE(ACCETTABILI PER ALCUNI SCOPI, MA NON PER SCOPI MILITARI)

FINO AGLI INIZI DEGLI ANNI ‘70 LO SPAZIO AEREO ASSEGNATO ALLANAVIGAZIONE AEREA E’ LIMITATO

LE MUTATE SITUAZIONI COMMERCIALE E GEO-POLITICA COMPORTONO UNSENSIBILE INCREMENTO DEL NUMERO DEI VETTORI AEREICONTEMPORANEAMENTE IN MOVIMENTO NELLO SPAZIO AEREO ED UNCONSIDEREVOLE MIGLIORAMENTO DELLE LORO CARATTERISTICHETECNICHE

LA SICUREZZA DEL VOLO DIVENTA OGGETTO DI ATTENZIONE SPECIFICA

NECESSITA’ DI SISTEMI DI NAVIGAZIONE DI ALTA PRECISIONE, AFFIDABILITA’ED EFFICIENZA

NASCONO I PRIMI SISTEMI GNSS


GNSS - DEFINIZIONE

IL GNSS (GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM) E’UN SISTEMA SATELLITARE DI GEO-LOCALIZZAZIONEE NAVIGAZIONE A COPETURA GLOBALE CHECONSENTE AD APPOSITI RICEVITORI ELETTRONICIDI DETERMINARE LE PROPRIE COORDINATEGEOGRAFICHE (LONGITUDINE, LATITUDINE,ALTITUDINE) SU UN QUALUNQUE PUNTO DELLASUPERFICIE TERRESTRE O DELL’ATMOSFERA, CONERRORI DI POCHISSIMI METRI, ELABORANDOSEGNALI A RADIOFREQUENZA TRASMESSI IN LINEADI VISTA DAI SATELLITI


GNSS - COMPOSIZIONE

SEGMENTO SPAZIALEINSIEME DI SATELLITI DISPOSTI IN MODO OPPORTUNO INTORNO ALLATERRA CHE TRASMETTONO COSTANTEMENTE I SEGNALI AIRICEVITORI DEGLI UTENTI ED ALLE STAZIONI DI CONTROLLO A TERRA.

SEGMENTO DI CONTROLLOSTAZIONI A TERRA CHE RICEVONO I SEGNALI TRASMESSI DAISATELLITI, PROVVEDONO A MONITORARE COSTANTEMENTE L'ORBITAE AD IMPOSTARE LE NECESSARIE CORREZIONI DI ROTTA (OGNISATELLITE HA DEI PICCOLI MOTORI PER QUESTO). INOLTRE,TRASMETTONO LE “EFFIMERIDI” DI OGNI SATELLITE PER LESUCCESSIVE 24 ORE ED INVIANO DATI AGLI UTENTI

SEGMENTO UTENTETUTTI I RICEVITORI (DI BORDO, DEI NAVIGATORI STRADALI, DEIPALMARI PER ESCURSIONISMO, DEI TELEFONINI, DEI TABLET, DEGLISTRUMENTI PER RILIEVO TOPOGRAFICO, ECC.) DEL SEGNALE CHEUSIAMO PER LOCALIZZARE LA NOSTRA POSIZIONE.AL SEGMENTO UTENTE NON E’ RICHIESTA CAPACITA’ DITRASMISSIONE.

TUTTI I SISTEMI DI POSIZIONAMENTO SATELLITARE SONO FORMATI DA:


GNSS – FUNZIONAMENTO (1/2)

IL SATELLITE TRASMETTE UN SEGNALE RADIO CHE CONTIENE LAPOSIZIONE DEL SATELLITE E L’ORA DI TRASMISSIONE DEL SEGNALE,RICAVATA DA UN OROLOGIO ATOMICO, AL FINE DI MANTENERE LASINCRONIZZAZIONE CON GLI ALTRI SATELLITI DELLACOSTELLAZIONE. INOLTRE, RICEVONO E MEMORIZZANO I SEGNALIRITRASMESSI DALLE STAZIONI DI CONTROLLO, MANTENGONO UNSEGNALE DI TEMPO ED ESEGUONO CORREZIONI DELLA LOROORBITA

IL RICEVITORE CONFRONTA IL TEMPO DELLA TRASMISSIONE CONQUELLO MISURATO DA UN PROPRIO OROLOGIO INTERNO,RICAVANDO IL TEMPO IMPIEGATO DAL SEGNALE RADIO PERARRIVARE DAL SATELLITE E, QUINDI, LA DISTANZA

OGNI MISURA DI DISTANZA, INDIPENDENTEMENTE DAL SISTEMAUSATO, INDIVIDUA UNA SFERA CHE HA PER CENTRO UN SATELLITE.DALL’INTERSEZIONE DI QUESTE SFERE SI OTTIENE ILPOSIZIONAMENTO IN TEMPO REALE


GNSS – FUNZIONAMENTO (2/2)

NEL CASO DI RICEVITORI IN MOVIMENTO RAPIDO, LA POSIZIONE DELRICEVITORE CAMBIA MENTRE I SEGNALI RADIO SATELLITARI VENGONORICEVUTI

I SEGNALI RADIO RITARDANO LEGGERMENTE MENTRE ATTRAVERSANO IVARI STRATI DELLA TROPOSFERA (0 – 9 KM) E DELLA IONOSFERA (50 KM÷1.000 KM), DETERMINADO DEGLI ERRORI DEL RICEVITORE NELCALCOLO DELLA PROPRIA POSIZIONE. ALTRA COMPONETEDELL’ERRORE E’ IL MOVIMENTO RELATIVO TRA IL SATELLITE ED ILRICEVITORE (VARIA L’ANGOLO TRA RICEVITORE E SATELLITE E, QUINDI,LA DISTANZA PERCORSA DAL SEGNALE ATTRAVERSO LA IONOSFERA)

PRINCIPALI METODI DI RIDUZIONE DEGLI ERRORI DA PARTE DEIRICEVITORI: USO DI COMBINAZIONI DI SEGNALI DA PIU’ SATELLITI (MAGGIORE E’ IL

NUMERO DI SEGNALI, MIGLIORE E’ LA PRECISIONE NEL CALCOLODELLA POSIZIONE) E VARI “CORRELATORI”,

TECNICHE DI FILTRAGGIO (ES. FILTRO DI KALMAN) PER UNIRE I DATIAFFETTI DA “RUMORE”, PARZIALI E COSTANTEMENTE VARIABILI INUNA SINGOLA STIMA DI POSIZIONE, TEMPO E VELOCITA’


GNSS – PRINCIPIO DI LOCALIZZAZIONE (1/2)

SE SI CONOSCE SOLO LADISTANZA D DA UN SATELLITE, ILRICEVITORE PUÒ TROVARSI IN UNPUNTO QUALSIASI DELLA SFERA DIRAGGIO D CENTRATA SULSATELLITE

SE SONO NOTE LE DISTANZE D1 ED2 DA DUE SATELLITI, ILRICEVITORE PUÒ TROVARSI IN UNPUNTO QUALSIASI DELLACIRCONFERENZA INTERSEZIONE


GNSS – PRINCIPIO DI LOCALIZZAZIONE (2/2)

SE SONO NOTE LE DISTANZE D1, D2 E D3DA TRE SATELLITI, IL RICEVITORE PUÒTROVARSI IN UNO DEI DUE PUNTIOTTENUTI COME INTERSEZIONE

PER RISOLVERE L’AMBIGUITA’ ED AVEREUN’IDENTIFICAZIONE UNIVOCA BISOGNACONOSCERE LE DISTANZE DELRICEVITORE DA QUATTRO SATELLITI


GNSS - CALCOLO DELLA DISTANZA

Utente

Note: - ∆t0 tiene conto dell’errore temporale del ricevitore, delle

ambiguità atmosferiche e degli errori degli orologisatellitari (noti come “parametri di distorsione”, chedifferenziano il range geometrico dallo pseudorange)

- il valore di ∆t0 = 0ms all’inizio della trasmissione delsegnale satellitare e, al momento della ricezione, èdiverso a seconda del sistema GNSS considerato. Per ilGPS è ∆t0 = 67,3ms (satellite allo zenith del ricevitore) +3,33µs/km

NOTA:Essendo i satelliti in movimento, leloro coordinate spaziali sonofunzione del tempo. Se anche ilricevitore si muove, anche le suecoordinate sono funzione del tempo

Di = Range geometrico – Può essere misurato attraverso misure di fase o di codice


GNSS – STRUTTURA DEL SEGNALE

Sr

PORTANTE

CODICE

DATI

fc specifica del sistema

fp specifica del sistema

fd = 50 Hz

Ogni satellite può essereunivocamente determinatotramite il codice trasmesso

- Misure di codice: almeno 4 satelliti- Misure di fase: almeno 5 satelliti


GNSS – PROPAGAZIONE DEL SEGNALE

I SEGNALI SATELLITARI GNSS VIAGGIANOINIZIALMENTE ALLA VELOCITA’ DELLA LUCE (≈300.000 Km/S nel vuoto)

NELL’ATTRAVERSARE L’ATMOSFERA IL SEGNALERALLENTA LA SUA VELOCITA’. STIMARE IL RITARDOCHE NE DERIVA E’ ESSENZIALE PER ILPOSIZIONAMENTO

GLI STRATI DELL’ATMOSFERA CHE HANNOMAGGIOR INFLUENZA SULLA PROPAGAZIONEDEL SEGNALE GNSS SONO LA TROPOSFERA ELA IONOSFERA

IL RITARDO TROPOSFERICO PUO’ ESSEREVALUTATO NELLA STAZIONE DI TERRA INFUNZIONE DI TEMPERATURA, PRESSIONE EUMIDITA’

IL RITARDO IONOSFERICO VARIA MOLTO CON LAFREQUENZA, PER CUI PUÒ ESSERE STIMATO INMANIERA PIÙ EFFICACE SE IL SEGNALE E’TRASMESSO CONTEMPORANEAMENTE SU DUEFREQUENZE DIVERSE (IN RICEZIONE OCCORREUN RICEVITORE A DOPPIA FREQUENZA)


GNSS – CAUSE DI ERRORE (1/3)

PROPAGAZIONE IONOSFERICA QUANDO IL SEGNALE DEL SATELLITE

PASSA ATTRAVERSO LA IONOSFERAPUÒ ESSERE RALLENTATO.

POSSIBILI CAUSE SONO:− STATO DI IONIZZAZIONE DELLA

IONOSFERA (ORA, MACCHIE SOLARI,ECC.),

− UMIDITÀ ATMOSFERICA− ELEVAZIONE DEL SATELLITE

RISPETTO AL RICEVITORE IL RITARDO INTRODUCE UN ERRORE

NEL CALCOLO DELLA POSIZIONE ACAUSA DELLA VARIAZIONE DIVELOCITÀ DEL SEGNALE

IL RITARDO PUÒ ESSERE CORRETTOCONOSCENDO LA VELOCITÀ MEDIA, OPPURECOMBINANDO LE LETTURE DEL TEMPO DIPROPAGAZIONE DEI SEGNALI TRASMESSI ALLEDUE FREQUENZE f1 ED f2

ALTA ELEVAZIONE

BASSA ELEVAZIONE

D2 > D1

D2

D1


GNSS – CAUSE DI ERRORE (2/3) MULTIPATH

GENERATO DALLA CONTEMPORANEA RICEZIONEDEL SEGNALE SATELLITARE ED ALTRI SEGNALIRIFLESSI DA SUPERFICI CIRCOSTANTI L’ANTENNARICEVENTE (SUPERFICI D’ACQUA, EDIFICI, ALBERI,ECC.), TIPICAMENTE A DISTANZE NON SUPERIOREAI 30m

L’EFFETTO E’ TANTO PIÙ RILEVANTE QUANTO PIÙ E’BASSO L’ANGOLO DI INCIDENZA DEI SEGNALIRIFLESSI

L’EFFETTO IMMEDIATO E’ LA DETERMINAZIONE DIUNA FALSA MISURA IN QUANTO IL RICEVITORERILEVA PIÙ DISTANZE DIFFERENTI RELATIVE ALLOSTESSO SATELLITE

DA UN PUNTO DI VISTA ANALITICO, L’EFFETTO SIEVIDENZIA IN UN SENSIBILE PEGGIORAMENTO DELRAPPORTO S/R

L’EFFETTO PUÒ ESSERE RIDOTTO USANDO DELLEANTENNE GPS SPECIALI CIRCOLARI PIATTE (CHOKERING) IN GRADO DI EVITARE CHE I SEGNALIRIFLESSI A BASSA ELEVAZIONE RAGGIUNGANOL’ANTENNA DEL RICEVITORE


GNSS – CAUSE DI ERRORE (3/3)

DILUITION OF PRECISION (DOP)GDOP – GEOMETRIC DOP

MISURA LA DEGRADAZIONE DELSEGNALE NELLA POSIZIONE 3D E NELTEMPO (GDOP2 = PDOP2 + TDOP2)

PDOP - POSITIONAL DOPMISURA LA DEGRADAZIONE DELSEGNALE NELLA POSIZIONE 3D

VDOP - VERTICAL DOPMISURA LA DEGRADAZIONE DELSEGNALE NELLA DIREZIONEVERTICALE.

HDOP - HORIZONTAL DOPMISURA LA DEGRADAZIONE DELSEGNALE NELLA DIREZIONEORIZZONTALE

TDOP – TIME DOPMISURA LA DEGRADAZIONE NELLASINCRONIZZAZIONE


GNSS – APPLICAZIONI NAVIGAZIONE AEREA, MARITTIMA E TERRESTRE

AUSILIO ALL’ARMAMENTO DI PRECISIONE (ES. GUIDA MISSILI EBOMBE)

SERVIZIO DI RICERCA E SOCCORSO

GEOFISICA

APPLICAZIONI TOPOGRAFICHE E CATASTALI

MACHINE AUTOMATION (ES. MOVIMENTO TERRA EDAGRICOLTURA)

MONITORAGGIO FAUNA

ANTIFURTO

ECC.


GNSS – SISTEMI PRINCIPALI

USA: NAVSTAR GPS, PIENAMENTE OPERATIVO DAL 1994

RUSSIA: GLONASS, PIENAMENTE OPERATIVO DAL 2011

UE: GALILEO, IN SERVIZIO DAL 2016 - PIENA OPERATIVITA’DAL 2020

INDIA: IRNSS, OPERATIVO DAL 2016

CINA: BEIDOU, OPERATIVO LOCALMENTE – OPERATIVITA’GLOBALE DAL 2020


NEL 1973 IL GOVERNO USA VARA IL PROGRAMMA SATELLITARENAVSTAR GPS (NAVigation Satellite System Time And Ranging) EGARANTISCE I RELATIVI STANZIAMENTI

1994

NAVSTAR GPS


GPS – STRUTTURA DEL SEGNALE (1/3)

I QUATTRO OSCILLATORI A BORDO FORNISCONO UN SEGNALEELETTROMAGNETICO CONTINUO CON FREQUENZA FONDAMENTALEf0 = 10,23 MHz (clock)

A PARTIRE DALLA f0 SI OTTENGONO LE TRE FREQUENZE DELLE ONDEPORTANTI

f1 = 154 x f0 = 1.575,42 MHz λ1 = 19 cm (Banda di frequenza L1)

f2 = 154 x f0 = 1.227,602 MHz λ2 = 24 cm (Banda di frequenza L2)

f3 = 118 x f0 = 1.207,14 MHz (Banda di frequenza L5 – Per servizi SOF,Safety Of Life)

TRAMITE LE DUE PORTANTI f1 ED f2,VENGONO INVIATI ALL’UTENTE TRETIPI DI CODICI BINARI PSEUDO-CASUALI: CA (Coarse Acquisition), PE(Precision Encrypted), D (Data) AL CODICE CA E’ ASSOCIATO IL TRASPORTO DEL SEGNALE PER LA

LOCALIZZAZIONE GROSSOLANA ED IL SEGNALE DI TEMPO

AL CODICE PE E’ ASSOCIATO IL TRASPORTO PER LA LOCALIZZAZIONE DIPRECISIONE

AL CODICE D E’ ASSOCIATO IL TRASPORTO DEI DATI DI NAVIGAZIONE



Sr


CODICE CA TRASMESSO SOLO SULLA PORTANTE f1

SEQUENZA “PSEUDO-RANDOM” (PRN) DI bit GENERATA CONFREQUENZA DI 1,023 MHz

OGNI SATELLITE TRASMETTE UN PROPRIO CODICEIDENTIFICATIVO BINARIO DI 1.023 bit (chips), EMESSI A 1.023b/ms PER FAVORIRE UN RAPIDO AGGANCIO SUL RICEVITORE

IL CODICE E’ RIPETUTO 20 VOLTE. QUESTO GRUPPO, CHEDURA 20 ms, COSTITUISCE UN bit DI INFORMAZIONE (DATO)

LA POLARITA’ DEI chips VIENE CAMBIATA A SECONDA DELDATO DA TRASMETTERE

POICHÉ I DATI SONO TRASMESSI A 50 bit/s (20 ms/bit), PERTRASMETTERE LE INFORMAZIONI SUDDETTE SONONECESSARI 12,5 MINUTI

IL CODICE C/A E’ “OPEN SOURCE” ED E’ IMPIEGATO INAPPLICAZIONI CIVILI

CODICE PE TRASMESSO SULLE PORTANTI f1 ED f2 SEQUENZA “PSEUDO-RANDOM” DI bit GENERATA CON

FREQUENZA DI 10,23 MHz (VELOCITA DI GENERAZIONE 10VOLTE SUPERIORE A QUELLA DEL CODICE CA)

MAGGIORE PRECISIONE NELLA LOCALIZZAZIONE EPOSIZIONAMENTO

PER USI MILITARI (CODICE SEGRETATO)



GPS – IL LANCIO

https://www.webnews.it/2018/12/24/spacex-lancia-satellite-gps-militare-video/


GPS – SEGMENTO SPAZIALE (1/2)

COSTELLAZIONE SATELLITARE

24 SATELLITI OPERATIVI + 7 SATELLITI DI SCORTA(APPARTENENTI A CINQUE DIVERSE GENERAZIONI) –ALMENO 4 SATELLITI SEMPRE IN LINEA DI VISTA

6 PIANI ORBITALI, CON INCLINAZIONE DI 55°RISPETTOALL’EQUATORE

4 SATELLITI PER ORBITA (ESTENDIBILI A 5)

SISTEMA ORBITALE DI RIFERIMENTO: WGS84 (WORDGEODETIC SYSTEM 1984 – MODELLO MATEMATICO CHEAPPROSSIMA LA SUPERFICIE TERRESTRE)

DISTRIBUZIONE SIMMETRICA DEI SATELLITI (MAGGIOREPRECISIONE)

OGNI SATELLITE VISIBILE PER ALMENO 5h ALTITUDINE ORBITA: 20.180 KM PERIODO ORBITALE: 11h 58m COPERTURA GLOBALE H24 PER 365 GIORNI ALL’ANNO,

IN QUALUNQUE CONDIZIONE METEO


GPS – SEGMENTO SPAZIALE (2/2)

CARATTERISTICHE DEI SATELLITI

MASSA IN ORBITA: ≈ 1.000 KG

DIMENSIONI: 2m (7m INCLUSI I PANNELLI)

VELOCITA’ ORBITALE: ≈ 3,86 Km/s (≈ 19,000 Km/h)

VITA MEDIA: ≈ 15 ANNI (SATELLITI DI ULTIMAGENERAZIONE)

4 OROLOGI ATOMICI (2 AL CESIO + 2 AL RUBIDIO)ERRORE: 1 SECONDO OGNI 30.000÷1.000.000ANNI

POTENZA TRASMESSA DAL SATELLITE ≈ 22W(POTENZA PERVENUTA AI RICEVITORI ≈ 5*10-16 W5 DIECIMILIONESIMI DI MILIARDO)


GPS – SEGMENTO DI CONTROLLO

OSSERVAZIONE MOVIMENTO SATELLITI + CALCOLO E CORREZIONE DELLE ORBITE PREDIZIONE ORBITA SATELLITI PER LE SEGUENTI 24 ORE (INFORMAZIONE DISPONIBILE

PER I RICEVITORI) MONITORAGGIO GUASTI E SINCRONIZZAZIONE OROLOGI ATOMICI DEI SATELLITI RITRASMISSIONE I DATI ORBITALI PRECISI DI OGNI SATELLITE (EFFEMERIDI) E

RITRASMISSIONE DEI DATI ORBITALI APPROSSIMATI DI TUTTI I SATELLITI (ALMANACCO) RITRASMISSIONE INFORMAZIONI SULLO STATO DI SALUTE DEI SATELLITI, SUGLI ERRORI DI

CLOCK, SULLA PROPAGAZIONE IONOSFERICA, ECC. POSSIBILITÀ ATTUAZIONE “SELECTIVE AVAILABILITY” (DISTORSIONE DEL SEGNALE PER

DEGRADARE L’ACCURATEZZA DI POSIZIONE NEGLI USI CIVILI)

COMPOSIZIONE

1 STAZIONE DI CONTROLLOPRINCIPALE (COLORADO SPRINGS)

5 STAZIONI DI MONITORAGGIO

4 ANTENNE TERRESTRI

6 STAZIONI DI MONITORAGGIO NGA(National Geospatial - IntelligenceAgency) CONTROLLATE DAL DOD


GPS – SEGMENTO UTENTE COMPRENDE CHIUNQUE USI UN RICEVITORE GPS PER

RICEVERE IL SEGNALE GPS E DETERMINARE LA SUAPOSIZIONE E/O IL TEMPO.

FUNZIONI PRINCIPALI DEL RICEVITORE SONO: ACQUISIZIONE FREQUENZA DOPPLER E RICERCA FASE

DEL SEGNALE CODICE PER OGNI SATELLITE INSEGUIMENTO E AGGANCIAMENTO DEL CODICE E DELLA

FASE DELLLE PORTANTI NAVIGAZIONE: USO FASE E CODICE DELLE PORTANTI PER

IL CALCOLO DELLA POSIZIONE DEL RICEVITORE

FRA LE APPLICAZIONI TIPICHE DEL SEGMENTO UTENTI CISONO RICEVITORI PER: NAVIGAZIONE AEREA, MARITTIMA E TERRESTRE RILIEVI TOPOGRAFICI MONITORAGGIO DI EVENTI MONITORAGGIO FAUNA ECC.


GPS – PARAMETRI DOP


GPS – VISIBILITA’ E DOP (1/2)

VISIBILITA’


GPS – VISIBILITA’ E DOP (2/2)


GPS ASSISTITO

Il tempo di decodifica di un frame del messaggio di navigazione (contenenteun set di effemeridi) = 30 s – Tempo elevato per ottenere la posizione quandosi accende un ricevitore GPS Informazioni sulle effemeridi disponibili in 1 sec.

Determina solamente i codici di inseguimento e le fasi delle portanti

I dati ricevuti sono usati dal ricevitore per ridurre la sue finestre di ricerca dei codici e delle fasi delle portanti, minimizzando i tempi di acquisizione


GLONASS - RUSSIA 27 SATELLITI (24 OPERATIVI + 3 DI RISERVA) DISTRIBUITI SU 3

PIANI ORBITALI INCLINATI DI 65°RISPETTO ALL’EQUATORE

DISPONIBILITA’ MINIMA DI 5 SATELLITI H24 OVUNQUE SULLATERRA

VITA SATELLITI: 10 ANNI (ULTIMA GENERAZIONE)

ALTITUDINE ORBITA: 19.130KM

PERIODO DI RIVOLUZIONE: = 11h e 16m

SISTEMA DI RIFERIMENTO SPAZIALE: PZ-90

3 FREQUENZE DI TRASMISSIONE DEL SEGNALE SATELLITARE− f1 = 1.602MHz + K*0,5625MHz (BANDA G1)− f2 = 1.246MHz + K*0,4375MHz (BANDA G2)− f3 = 1.201,5MHz + K*0,4375MHz (BANDA G3)− K COSTANTE PROPRIA DI OGNI SATELLITE (VALORE DI K

UGUALE PER SATELLITI CHE STANNO AGLI ANTIPODI, NONTRACCIABILI CONTEMPORANEAMENTE)

− 2 CODICI (SP E HP, RISPETTIVAMENTE LIBERO E CRIPTATO)


GLONASS – VISIBILITA’ + DOP

VISIBILITA’


GLONASS + GPSVISIBILITA’


GALILEO - UNIONE EUROPEA


GALILEO – IL LANCIOhttps://www.youtube.com/watch?v=Ohxt-B5CjTE

https://www.youtube.com/watch?v=Ohxt-B5CjTEhttps://www.youtube.com/watch?v=NS4uDVZH6fshttp://www.anagnia.com/video/lancio-di-ariane-5-es-galileo-foc-m7-satellitehttp://www.askanews.it/video/2018/07/25/spazio-4-nuovi-satelliti-completano-la-costellazione-di-galileo-20180724_video_18073720/

https://www.youtube.com/watch?v=Ohxt-B5CjTE


GALILEO – COMPONENTE GLOBALE (1/2)

COSTELLAZIONE 30 SATELLITI IN ORBITA MEO (27 OPERATIVI + 3

RISERVE ATTIVE)

VITA OPERATIVA: ≈ 10 ANNI

3 PIANI ORBITALI CON 56°DI INCLINAZIONERISPETTO ALL’EQUATORE

ALTITUDINE ORBITA: 23.616 KM

PERIODO DI RIVOLUZIONE: 14h 5m

5 FREQUENZE DI TRASMISSIONE− f1 = 1.575,42 MHz (BANDA E1)− f2 = 1.278,75 MHz (BANDA E6)− f3 = 1.191,795 MHz (BANDA E5)− f4 = 1.176,45 MHz (BANDA E5a)− f5 = 1.207,14 MHz (BANDA E5b)

Nota: le bande di frequenza E1 e E5b corrispondonorispettivamente alle bande L1 e L5 del GPS,garantendo la interoperabilità dei due sistemi


GALILEO – COMPONENTE GLOBALE (2/2)

SEGMENTO TERRESTRE 1 RETE GLOBALE DI 20 GSS

(GROUND SENSOR STATIONS)

2 GCC (GROUND CONTROLCENTRES) DI GALILEO REALIZZATISU TERRITORIO EUROPEO

15 STAZIONI DI UP-LINK

INTERFACCIA CON I “CENTRI DISERVIZIO” (COMMERCIALI, SAR …)

INTERFACCIA CON RETIREGIONALI DI INTEGRITA’


GALILEO – COMPONENTE REGIONALE

LA COMPONENTE REGIONALE INCLUDE:

SEGMENTI NON EUROPEI, SPECIFICAMENTE MIRATI AFORNIRE I DATI DI INTEGRITA’ A LIVELLO REGIONALE

IL SISTEMA EGNOS (PADRE DI GALILEO), CHE FORNISCE IDATI DI INTEGRITA’ E LE CORREZIONI DIFFERENZIALI PER ISISTEMI GPS E GLONASS, A LIVELLO REGIONALE


GALILEO – COMPONENTE LOCALE

MIRA A MIGLIORARE LOCALMENTE: ACCURATEZZA INTEGRITA’ DISPONIBILITA’ (COMPRESO IL TEMPO DI

ACQUISIZIONE E RIACQUISIZIONE)

E’ POSSIBILE INCREMENTARE LOCALMENTE IL SERVIZIODI GALILEO AGGIUNGENDO: DATI COMMERCIALI POSIZIONAMENTO MIGLIORATI CON UNITA’ MOBILI

GSMC (Global System for Mobile Communications) EUMTS (Universal Mobile Telecommunications System)

PSEUDOLITI (contrazione di "pseudo-satellite“ -trasmettitori GPS installati a terra, prevalentemente inmodo stabile)


GALILEO – SEGMENTO UTENTE

RICEVITORI GALILEO NON ANCORA DISPONIBILI – PRIMOBREADBOARD DI RICEVITORE GALILEO SVILUPPATOIN FRANCIA DA THALES NAVIGATION E IN ITALIA DALABEN (una breadbord, detta anche basettasperimentale, è uno strumento utilizzato per creareprototipi di circuiti elettronici senza saldature)

RICEVITORI INTEGRATI GPS/GALILEO

RICEVITORI INTEGRATI CON UNITA’ MOBILI GMSC E UMTS


GALILEO – SERVIZI

OS – Open Service: PER APPLICAZIONI RIVOLTE AD UN VASTOMERCATO DI MASSA ED A MERCATI PROFESSIONALI

CS – Commercial Service: COME PER OS, MA CONINFORMAZIONI CRIPTATE PER SERVIZI COMMERCIALI AVALORE AGGIUNTO

SOL – Safety Of Life: PER APPLICAZIONI AERONAUTICHE,MARITTIME E TERRESTRI CRITICHE DAL PUNTO DI VISTADELLA SICUREZZA

SAR – Search And Rescue: RICEZIONE DI MESSAGGI DIEMERGENZA PER RICERCA E SOCCORSO

PRS – Public Regulated Service: FORNISCE, IN CASO DI CRISI,CONTINUITA’ DI SERVIZIO A GRUPPI DI UTENTI PUBBLICIAUTORIZZATI


BEIDOU - CINA

COPERTURA ATTUALECOPERTURA

ATTUALE

https://it.wikipedia.org/wiki/File:Beidou_Navigation_Satellite_System_2012.png

https://it.wikipedia.org/wiki/File:Beidou_Navigation_Satellite_System_2012.png


BEIDOU – IL PROGRAMMA BEIDOU (BIG DIPPER – ORSA MAGGIORE) NASCE PER USO MILITARE - NEL

2014 APERTURA AD USO COMMERCIALE

3 FASI:

BEIDOU 1 (COMPLETATO NEL 2005) SISTEMA REGIONALE CON 3 SATELLITI IN ORBITA GEOSTAZIONARIA COPERTURA E PRECISIONE LIMITATA

BEIDOU 2 (COMPLETATO NEL 2012) SISTEMA REGIONALE CON 20 SATELLITI, 3 IN ORBITA GEOSTAZIONARIA + 17 IN

ORBITA GEOSINCRONA COPERTURA ELEVATA E PRECISIONE ACCURATA PHASE-OUT BEIDOU 1

BEIDOU 3 (COMPLETAMENTO NEL 2020) SISTEMA GLOBALE CON 35 SATELLITI (32 OPERATIVI + 3 DI RISERVA), 5 IN ORBITA

GEOSTAZIONARIA, 3 IN ORBITA GEOSINCRONA INCLINATA E 27 IN ORBITE MEDIEDISTRIBUITE SU TRE PIANI

25 SATELLITI IN ORBITA A FINE 2018 FREQUENZE DELLE PORTANTI SEGNALI DI NAVIGAZIONE: 1,1÷1,6 GHz COPERTURA TOTALE E PRECISIONE MOLTO ACCURATA

(posizione: 10m, velocità: 0,2m/s, sincronizzazione temporale: 50ns) PHASE-OUT BEIDOU 2 DUE TIPI DI SERVIZIO: S (Standard, per tutti gli utenti), E P (Precision, criptato e

disponibile solamente per “entità” autorizzate)


IRNSS - INDIA INIZIALMENTE, L’INDIA SI AVVALE

DEL NAVSTAR GPS AMERICANO,IL CUI ACCESSO NON E’GARANTITO IN CASO DISITUAZIONI OSTILI

APPROVAZIONE GOVERNATIVA,NEL 2006, PER LO SVILUPPO DIUN SISTEMA AUTONOMOLOCALE DI NAVIGAZIONE

NASCE IRNSS (INDIANREGIONAL NAVIGATIONALSATELLITE SYSTEM)

SVILUPPO E PRODUZIONECOMPLETAMENTE IN INDIA


IRNSS - COMPOSIZIONE

SEGMENTO SPAZIALE: 7 SATELLITI (3 IN ORBITA GEOSTAZIONARIA E 4 IN ORBITA

GEOSINCRONA INCLINATA DI 29° RISPETTO AL PIANOEQUATORIALE

LA DISPOSIZIONE ORBITALE CONSENTE A TUTTI E 7 ISATELLITI DI ESSERE SEMPRE VISIBILI DALLE STAZIONI DICONTROLLO

MASSA SATELLITE: 1.330 Kg

SEGMENTO TERRESTRE: 1 CENTRO DI CONTROLLO PRINCIPALE (MCC - Master

Control Center) CHE DETERMINA LE POSIZIONI DI TUTTI ISATELLITI, EFFETTUA LE CORREZIONI DEGLI ERRORIDEGLI OROLOGI E QUELLI DOVUTI ALLA IONOSFERA

STAZIONI DI TERRA PER TRACCIARE E CALCOLARE LEORBITE, MONITORARE LE CONDIZIONI DEI SATELLITI EDEMETTERE I COMANDI RADIO PER I SATELLITI


IRNSS – QUALCHE DATO

FREQUENZE PORTANTI DEI SEGNALI DI NAVIGAZIONE: 2÷4 GHz

ACCURATEZZA DATI DI POSIZIONE: 20m IN INDIA ED IN UNINTORNO DI 1.500 Km

DUE TIPI DI SERVIZIO:

RS (Restriestricted Service), CRIPTATO E DISPONIBILESOLAMENTE PER “ENTITÀ” AUTORIZZATE

SPS (Standard Positioning Service), PER TUTTI GLI UTENTI

MOLTI ICDs (Interface Control DocumentS) FORNITI GRATUITAMENTECON LO SCOPO DI FACILITARE LA RICERCA ED AIUTARE L’USOCOMMERCIALE DEL SISTEMA


IRNSS - COPERTURA

AREA DI SERVIZIO PRIMARIA MASSIMA PRECISIONE

AREA DI SERVIZIO ESTESAPRECISIONE MENO ACCURATA

https://it.wikipedia.org/wiki/File:IRNSS_Coverage.png

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GNSS – ALLOCAZIONE SPETTRO


GNSS – TABELLA COMPARATIVASISTEMA GPS GLONASS GALILEO BEIDOU IRNSS

PROPRIETA’ USA RUSSIA UNIONEEUROPEA CINA INDIA

SISTEMA DIRIFERIMENTO GEODETICO

(DATUM)

WGS84 PZ-60 WGS84 ----- ------

ERRORE MINIMO 2 cm 5 m 1 m 10 m 20 m

ALTITUDINEORBITALE 20.180 km 19.130 km 23.616 km 21.150 km 36.000 km

PERIODO ORBITALE 11 h 58 min 11 h 16 min 14 h 5 min 12 h 38 min 23 h 56 min

SATELLITI IN ORBITA 31 27 24 25 7

SATELLITI PREVISTI 24 24 30 (2020) 35 (2020) 7

STATO OPERATIVO OPERATIVO OPERATIVO OPERATIVO OPERATIVO

COPERTURA ATTIVA GLOBALE GLOBALE GLOBALE LOCALE

GLOBALE 2020 LOCALE

Dati aggiornati a fine dicembre 2018


GNSS – CONCLUSIONI

I SISTEMI GNSS SI SONO DIMOSTRATI AUSILIO INDISPENSABILE ALLANAVIGAZIONE DI PRECISIONE ED IN ALTRI INNUMEREVOLI AMBITI

ISISTEMI GNSS SONO CAPACI DI OPERARE IN MODALITA’ “STAND-ALONE”,MA ……


GNSS

GRAZIE PER L’ATTENZIONE


GSS – SISTEMA DI RIFERIMENTO WGS-84


GNSS – SISTEMI ORBITALI


GNSS – DEFINIZIONE ORBITE

ORBITA GEOSINCRONA: QUALSIASI ORBITA SINCRONAATTORNO ALLA TERRA. I SATELLITI IN ORBITA GEOSINCRONASONO CARATTERIZZATI DA UN PERIODO ORBITALE PARI ALGIORNO SIDERALE TERRESTRE (TEMPO IMPIEGATO DALLATERRA PER ESEGUIRE UN’INTERA ROTAZIONE ATTORNO ALPROPRIO ASSE). I SATELLITI IN ORBITA GEOSINCRONA NONMANTENGONO SEMPRE, NECESSARIAMENTE, LA MEDESIMAPOSIZIONE NEL CIELO DELLA TERRA.

ORBITA GEOSTAZIONARIA (GEO - GEOSTATIONARY EARTHORBIT): UNA QUALSIASI ORBITA CIRCOLARE ED EQUATORIALESITUATA AD UN’ALTEZZA TALE CHE IL PERIODO DI RIVOLUZIONEDI UN SATELLITE CHE LA PERCORRE COINCIDE CON ILPERIODO DI ROTAZIONE DELLA TERRA INTORNO AL SOLE. ISATELLITI IN ORBITA GEOSTAZIONARIA MANTENGONO SEMPRELA STESSA POSIZIONE RELATIVA RISPETTO ALLA SUPERFICIEPLANETARIA APPARENDO COSÌ FERMI PER UN OSSERVATORE ATERRA.


GNSS – SATELLITI COMMERCIALI

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SISTEMI SATELLITARI GLOBALI DI NAVIGAZIONE (GNSS) · la ionosfera il ritardo troposferico puo’ essere valutato nella stazione di terra in funzione di temperatura, pressione e