Principi di navigazione satellitare 1

1) Operazioni fondamentali della navigazione :

• Determinazione, acquisire informazioni sulla posizione del mobile rispetto a un riferimento noto
• Guida, sulla base delle informazioni acquisite genera atti decisionali

2) Radiodeterminazione :

Acquisizione tramite onde radio di informazioni sulla posizione ed altre grandezze cinematiche, la radioterminazione utilizzata ai fini della navigazione è detta radionavigazione.

3) Tecniche di radionavigazione :

• Tecnica passiva: gli emettitori si trovano in punti noti mentre a bordo c'è solo il ricevitore
• Tecnica attiva con cooperazione: si hanno emettitori e ricevitori sia a bordo che nei punti noti
• Tecnica attiva autonoma: A bordo sono presenti sia ricevitore che emettitore, è il caso del radar

4) Radioaiuti alla navigazione :

Sono apparati ricetrasmittenti  situati in punti noti ed aventi il compito di aiutare la navigazione.

5) Parametri caratteristici di un sistema di navigazione :

• Accuratezza:        è il grado di conformità tra la posizione stimata e quella effettiva, solitamente viene fornito il valore di errore che presenta una probabilità maggiore del 95% di non essere superato
• Continuità:           probabilità di non avere guasti durante l'utilizzo del sistema presupponendo che esso sia funzionante all'inizio delle operazioni
• Disponibilità:       capacità di un sistema di fornire i suoi servizi all'inizio delle operazioni, comprende :
• Copertura :           spazio in cui è possibile compiere le operazioni previste con dovuta accuratezza
• Capacità   :           numero di utenti gestibili contemporaneamente senza saturazione
• Integrità:               capacità di un sistema di rilevare degradazioni della precisione e di segnalarlo nei tempi necessari alla sicurezza

6) Classificazioni dei sistemi di radionavigazione :

• Sistemi a lungo raggio: adatti per navigazioni oceaniche ma con errori di decine di km
• Sistemi a breve raggio: adatti alla navigazione costiera presentano errori di centinaia di metri
• Sistemi per atterraggio: precisioni dell'ordine del metro
• Sistemi satellitari: con alta precisione e su tutta la superficie terrestre

7) Principali sistemi di radionavigazione :

• VOR
• ILS
• MLS
• LORAN C
• OMEGA
• GPS
• DME
• RADAR

8) LORAN C :

Utilizza la modalità iperbolica, ci sono stazioni trasmittenti situate in punti noti, esse emettono a 100kHz, il ricevitore a bordo rileva il tempo intercorso tra la trasmissione degli impulsi e la ricezione, dalla differenza tra le distanze che lo separano da due stazioni trasmittenti ottiene una iperbole avente i fuochi nelle due stazioni. Mediante una stazione Master e due stazioni Slave si ottengono due iperboli nella cui intersezione si trova il ricevitore il quale non occorre che sia sincronizzato in quanto l'offset temporale è eliminato dalla differenza tra i tempi di arrivo degli impulsi.

La stazione Master emette 9 impulsi (8 per le stazioni Slave) di 250-300 μs ripetuti a distanze di tempo tra 40 e 100ms, le potenze di picco arrivano a 1000W. Le stazioni sono sincronizzate tra loro tramite clock al cesio.

9) Omega :

E' simile al LORAN C soltanto che utilizza la differenza di fase invece che la differenza di tempo, le stazioni emittenti sono 8 sparse nel mondo ed emettono circa 10KW intorno a 10kHz. L'Omega differenziale utilizza una stazione di terra locata in posizione nota la quale calcola la sua posizione tramite Omega dopodichè ritrasmette le correzioni da effettuare alle stazioni situate nelle vicinanze, si ottengono cosi precisioni dell'ordine di 1nmi invece che 2nmi.

10) Rilevamento :

E' l'angolo tra il nord e la congiungente del radioaiuto con il mezzo mobile, è diretto se riferito alla stazione di Terra mentre è inverso se riferito alla stazione mobile.

11) Stazione radiogoniometrica :

Consente di calcolare l'angolo dal quale arriva il mezzo mobile, mediante commutazione ciclica dei dipoli di antenna e calcolo delle differenze di fase.

12) NDB :

Delle stazioni di Terra NDB (Non Directional Beacon) emettono il proprio codice in alfabeto MORSE su frequenze di circa 200kHz . A bordo vi sono 2 antenne disposte ortogonalmente tra di loro, esse inviano i segnali al ricevitore il quale determina la direzione di arrivo del segnale emesso dalle stazioni di Terra, la sua banda è di 2 MHz in modo da determinare la posizione anche di stazioni di radiodiffusione.

13) VOR :

Si ha un fascio fisso omnidirezionale ed uno rotante a velocità di 30 giri/secondo, la differenza di fase tra i due segnali è pari all'angolo rispetto al nord con il quale il ricevitore mobile vede la stazione di terra. Il fascio rotante può essere ottenuto oltre che ruotando meccanicamente l'antenna anche alimentando due dipoli con segnali modulati a 30Hz e sfasati tra loro di 90°, essi generano un fascio a forma di 8 che ruota a 30 giri al secondo. Si tratta di un sistema ampliamente utilizzato per il traffico aereo sia in fase di avvicinamento agli aeroporti che nelle aerovie. Ci sono 200 canali nelle frequenze tra 108 MHz e 118MHz, ogni 5 secondi viene anche trasmesso l'identificativo del VOR.

14) DVOR :

Doppler VOR, l'antenna in trasmissione è costituita da 50 elementi posizionati lungo una circonferenza di circa 13m, essi vengono eccitati progressivamente realizzando l'equivalente di una singola antenna che ruota a 30 giri/secondo. Il ricevitore ottiene un segnale caratterizzato da uno scorrimento in frequenza che è funzione della velocità radiale. La fase dell'angolo è pari all'angolo azimutale del ricevitore rispetto alla stazione DVOR.

15) DME :

E' un sistema che consente di misurare la distanza tra il mobile e la stazione DME la quale è spesso colocata con il VOR, in particolare l'aeromobile invia impulsi UHF intorno ad 1GHz, la stazione DME risponde dopo circa 50μs con i medesimi impulsi ma traslati in frequenza di +63MHz per alcune stazioni e di -63MHz per altre stazioni. La risposta viene elaborata a bordo del mobile infatti sottraendo il ritardo fisso di 50μs e dividendo per la velocità della luce ci ottiene la distanza. La stazione DME può servire 100 utenti contemporaneamente, inoltre emette dei segnali squitter in modo che l'apparecchiatura DME a bordo del mobile effettui interrogazioni unicamente nel caso sia nei pressi di una stazione DME di Terra.

16) TACAN :

E' un sistema militare simile al DME, come esso determina la distanza dalla stazione di Terra inoltre consente di individuare anche l'angolo mediante confronto tra una cardioide modulata a 15Hz ed un segnale di riferimento con codifica PPM emesso quando la cardioide attraversa la posizione Est. Una seconda cardioide a 135Hz consente di avere una maggiore precisione.

17) RVR :

RunWay Visual Range si tratta della visibilità sulla pista.

18) ILS :

Instrument Landing System, sistema di navigazione che consente di portare l'aereo in pista in sicurezza, gli avvicinamenti ILS si dividono in 3 categorie:

• CAT 1: consente un avvicinamento sicuro lungo il sentiero di discesa sino ad una altezza di 60mt da terra quando si ha RVR maggiore di 550m
• CAT 2: consente un avvicinamento sicuro lungo il sentiero di discesa sino ad una altezza di 15mt da terra o al più sino a 30mt nel caso di RVR maggiore di 350m
• CAT 3: consente un avvicinamento sicuro lungo il sentiero di discesa sino alla pista e lungo la stessa, si ha:
• 3A :        RVR maggiore di 200m
• 3B :        RVR maggiore di 50m
• 3C :        RVR maggiore di 0m

19) Principio di funzionamento dell'ILS :

La traiettoria di discesa è individuata da due piani:

• piano verticale (Localizer) , è ortogonale alla pista e ne contiene l'asse, realizzato mediante un trasmettitore posto a 300mt dalla fine della pista, la portante VHF compresa tra 108MHz e 112MHz viene modulata con due segnali diversi agli estremi della pista (90 Hz e 150Hz) pertanto l'aeromobile identifica facilmente il suo scostamento rispetto all'asse della pista.
• piano di planata  (Glide Slope) , realizzato in UHF tra 330MHz e 335MHz è inclinato da 3° a 6° ed è disassato rispetto alla mezzeria della pista pertanto non giunge sino alla pista stessa bensi sino ad un minimo di 18 piedi. La portante viene modulata con frequenze a 90Hz e 150Hz rispettivamente sopra e sotto al Glide Slope.

La misura della distanza dalla pista viene invece effettuata tramite due radiofari che emettono verticalmente a 75MHz, il primo si trova all'inizio del sentiero guidato ad una distanza di circa 10km e l'altro ad una distanza di 1Km.

20) MLS :

E' l'evoluzione dell'ILS soltanto che lavora a 5GHz ed opera attraverso una scansione a velocità costante del sentiero di discesa con un angolo di ±40°.

21) Navigazione inerziale :

Nota la posizione iniziale ed integrando due volte le accelerazioni sui 3 assi si può ottenere la nuova posizione, questo a patto che gli accelerometri siano posizionati su di una piattaforma poggiata su tre giroscopi. In alternativa si può utilizzare due coppie di radar diretti verso terra con angolazioni diverse, dalla misura dell'effetto doppler si ricavano le accelerazioni e conseguentemente gli spostamenti.