: sistemi satellitari per la navigazione c. montanino
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: 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