sistemi satellitari globali di navigazione (gnss) · la ionosfera il ritardo troposferico puo’...
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1Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
SISTEMI SATELLITARI GLOBALI DINAVIGAZIONE (GNSS)
2Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
3Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
4Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
5Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
6Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
7Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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:
8Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
9Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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’
10Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
11Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
12Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
13Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
14Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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)
15Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
16Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
17Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
18Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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.
19Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
20Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
NEL 1973 IL GOVERNO USA VARA IL PROGRAMMA SATELLITARENAVSTAR GPS (NAVigation Satellite System Time And Ranging) EGARANTISCE I RELATIVI STANZIAMENTI
1994
NAVSTAR GPS
21Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
22Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
GPS – STRUTTURA DEL SEGNALE (2/3)
Sr
23Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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 – STRUTTURA DEL SEGNALE (3/3)
24Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
GPS – IL LANCIO
https://www.webnews.it/2018/12/24/spacex-lancia-satellite-gps-militare-video/
25Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
26Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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)
27Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
28Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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.
29Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
GPS – PARAMETRI DOP
30Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
GPS – VISIBILITA’ E DOP (1/2)
VISIBILITA’
31Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
GPS – VISIBILITA’ E DOP (2/2)
32Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
33Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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)
34Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
GLONASS – VISIBILITA’ + DOP
VISIBILITA’
35Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
GLONASS + GPSVISIBILITA’
36Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
GALILEO - UNIONE EUROPEA
37Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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/
38Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
39Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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’
40Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
41Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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)
42Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
43Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
44Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
BEIDOU - CINA
COPERTURA ATTUALECOPERTURA
ATTUALE
45Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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)
46Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
47Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
48Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
49Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
IRNSS - COPERTURA
AREA DI SERVIZIO PRIMARIA MASSIMA PRECISIONE
AREA DI SERVIZIO ESTESAPRECISIONE MENO ACCURATA
50Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
GNSS – ALLOCAZIONE SPETTRO
51Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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
52Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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 ……
53Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
GNSS
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
54Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
GSS – SISTEMA DI RIFERIMENTO WGS-84
55Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
GNSS – SISTEMI ORBITALI
56Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
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.
57Brig. Gen. GA (r) BORDO Ing. Roberto
GNSS – SATELLITI COMMERCIALI