Principi di navigazione satellitare 2

1) Applicazione dei GNSS in ambito marino :

• Evitare collisioni con ostacoli conosciuti
• Rotta sicura in ambienti sconosciuti
• Rispetto di divieto di acceso ad aree proibite
• Posa di cavi con precisione
• Controlli da parte della guardia costiera

2) Applicazione dei GNSS in ambito aereo :

• Definizione di rotte più dirette al fine di ridurre la durata dei voli
• Copertura per le fasi di volo delicate come l'atterraggio

3) Applicazione dei GNSS in ambito terrestre :

• Coordinamento di forze dell'ordine ed ambulanze al fine di determinare il percorso migliore
• Gestione flotte
• Navigazione terrestre

4) Principio di funzionamento dei GNSS :

I satelliti della costellazione sono sincronizzati tra loro e rispetto alla stazione di Terra, ciascuno di loro invia un messaggio di navigazione contenente l'identificativo del satellite, la sua posizione e l'istante di invio del messaggio. Con queste informazioni vengono calcolate le distanze da almeno 4 satelliti in quanto il ricevitore d'utente non è sincronizzato quindi per risolvere il sistema in 4 incognite (. posizione dell'utente nello spazio e offset temporale del ricevitore) con              i = 1, 2, 3, 4     occorrono 4 satelliti, essendo  la distanza stimata dell'i_esimo satellite,   la sua distanza stimata rispetto al centro della Terra, è la distanza tra il centro della Terra ed il punto dove si trova l'utente ed infine  è l'offset del clock del ricevitore rispetto al clock di sistema.

5) Tecniche di risoluzione delle equazioni di navigazione :

Le equazioni di navigazione rappresentano un sistema non lineare, per risolverle si applicano 2 metodi diversi :

• Linearizzazione basata su sviluppo in serie di Taylor, assume che la posizione dell'utente ed offset del ricevitore siano approssimativamente noti e che la posizione vera sia somma di una posizione approssimata e di un vettore spostamento
• Filtro di Kalmann

6) Sorgenti di errore dei GNSS :

• Ritardi nella ionosfera e troposfera
• Errori nei clock dei ricevitori e dei satelliti
• Multipath
• DOP
• Selective Availability
• Anti Spoofing
• Rumore del ricevitore
• Posizione del satellite

7) Effetto della ionosfera :

La ionosfera introduce un ritardo che non è costante ma dipende da:

• Elevazione del satellite, i segnali provenienti da satelliti a bassa elevazione debbono percorrere un tratto più lungo nella ionosfera rispetto ai segnali provenienti da satelliti ad alta elevazione
• Densità della ionosfera che a sua volta dipende dall'ora del giorno e dalla attività solare, essa influisce sul ritardo infatti sia l'indice di rifrazione di fase che l'indice di rifrazione di gruppo contengono dei coefficienti dipendenti dal numero di elettroni incontrati dal segnale nel suo percorso
• Presenza di vapore acqueo, determina un ritardo variabile in funzione di temperatura locale, pressione ed umidità relativa.  Il segnale subisce un ritardo in quanto interagisce con la componente secca e quella umida che compongono la troposfera, l'entità del ritardo è funzione dell'indice di rifrazione. La componente secca si estende sino a 40Km di altezza, incide per il 90% sul ritardo e può essere predetta con precisione mentre ciò non è possibile per la componente umida la quale si estende sino a 10Km

8) Velocità di propagazione delle onde in un mezzo :

Dove c è la velocità di propagazione delle onde nel vuoto ed n è l'indice di rifrazione del mezzo considerato.

9) Mezzo dispersivo :

E' un mezzo nel quale la velocità di propagazione è funzione della frequenza.

10) TEC :

è il numero totale di elettroni incontrati lungo una colonna verticale con sezione trasversale di 1m² . Il valore è riferito ad un attraversamento verticale della ionosfera, per angoli di attraversamento differenti si ha un fattore di correzione detto fattore di obliquità, valori tipici per il TEC vanno da 10⁶ a 10⁹ elettroni a m² .

11) Errori nel clock :

Pur avendo una precisione di 3ns si possono avere piccoli errori che influenzano la precisione della misura.

12) Errori dovuti al multipath :

Dovuto al fatto che in prossimità del ricevitore ci possono essere più copie del segnale GPS che incidono sulla antenna, ciò da luogo ad una misura errata.

13) UERE :

User Equivalent Range Error, per ogni singolo satellite è la somma dei contributi di ogni sorgente d'errore, questi ultimi sono considerati statisticamente indipendenti pertanto UERE è dato dalla somma delle varianze di ognuna delle sue componenti.

14) DOP :

Dilution Of Precision, quanto più i satelliti utilizzati per le misure sono vicini, tanto più l'errore di misura sarà amplificato, i parametri DOP misurano l'incremento dell'errore di localizzazione in termini di deviazione standard delle misure effettuate dal ricevitore d'utente.