: SISTEMI SATELLITARI PER LA NAVIGAZIONE

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SISTEMI SATELLITARI PERLA NAVIGAZIONE
C. Montanino
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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.

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Le possibilità, gli sviluppi.

• misure angolari
• misure di velocità
• misure di distanza

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Misure angolari
Il satellite viene utilizzato come un astro le
cui effemeridi sono note

• nessun sistema sviluppato

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Misure di velocità
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

• Sistema TRANSIT

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Misura di distanze
La distanza si ricava dalla misura del tempo che
il segnale impiega per giungere al ricevitore

• Progetto NAVSAT
• Progetti TIMATION e 621 B, confluiti nel sistema
  NAVSTAR-GPS
• Sistema GLONASS

• Progetto
• DIOSCURI-AEROSAT

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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 dellutente

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NAVSTAR-GPS Principio di funzionamento
Errore nel tempo dt ? ? errore nella distanza
D D c ? dt
( 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
( 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
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NAVSTAR - GPSCostituzione del sistema
Satellite
Misure telemetriche Registrazione segnali
Codice, segnale di navigazione
Caricamento dati
Utilizzatore
Trasmissione Dati
Monitor Station Ground Antenna
Master Control Station
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NAVSTAR - GPSSegmento spaziale

• 24 satelliti attualmente operativi
• 6 piani orbitali inclinati di 55 sullequatore
• 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
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NAVSTAR - GPSCaratteristiche del segnale
Messaggio emesso su due frequenze Contiene
informazioni su orario, effemeridi, stato del
sistema Frequenze modulate con codici binari
pseudo casuali

• Codice C/A, applicato alla portante L1, periodo 1
  millisecondo
• Codice P, applicato ad entrambe le portanti,
  periodo 7 giorni

• identificazione del satellite
• misura del tempo
• accesso riservato
• protezione da disturbi

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NAVSTAR - GPSSegmento di controllo - MCS

• una stazione principale di controllo
• Master 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

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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 terra
• Ground Antennas - G A
• con misure telemetriche rilevano la posizione
  dei satelliti
• ritrasmettono ai satelliti i dati elaborati
  dalla MCS

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NAVSTAR - GPSSegmento utilizzatore

• Ricevitori GPS con lequipaggiamento associato.

AEU Antenna Electronic Unit
RPU Receiver Processor Unit
CDU Control Display Unit
FMI Flexible Modular Interface
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NAVSTAR - GPSPrestazioni del sistema
Nel servizio SPS, destinato agli utenti civili,
il segnale è degradato per mezzo di due
dispositivi SA Selective Availability A-S
Anti-Spoofing
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NAVSTAR - GPSErrori del sistema

• deriva dellorologio del satellite
• imprecisioni nelle effemeridi del satellite
• ritardi per la diffrazione ionosferica del
  segnale
• ritardi per lattraversamento dellatmosfera
• imprecisioni nel funzionamento del ricevitore
• imprecisione dellorologio del ricevitore
• slittamenti dovuti alla dinamica del vettore
• incertezza del luogo di posizione

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GLONASSConfronto con il NAVSTAR - GPS
GLObalnaya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistema

• 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

I ricevitori GPS non sono generalmente
compatibili con il segnale GLONASS, e viceversa
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Il futuro un sistema satellitare primario
accuratezza
continuità
Sistema primario
disponibilità
integrità
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Il GPS e il GLONASSsituazione attuale

• i segnali possono essere degradati
• gli allarmi sono diramati con eccessivo ritardo
• le prestazioni non sono garantite con qualità
  costante nelle 24 ore

accuratezza
continuità
integrità
disponibilità
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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
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BIBLIOGRAFIA

• P.D. Boffa , Sistemi per la radionavigazione ,
  ed. Siderea
• F. Francescotti , Avionica , ed. Aviolibri
• L. Iodice , Il GNSS , su Volabilità, RAI-ENAC
• G. Lucarelli , Navigazione satellitare , ed.
  Giannini
• V. Piazzi , Sistemi radioelettrici di
  navigazione, vol V , A.A.
• R. Trebbi , Strumenti e navigazione , ed.
  Aviabooks