CENNI SUI PRINCIPALI APPARATI di RADIONAVIGAZIONE E METEO

Global Positioning System G P S Global Positioning System Il sistema GPS conosciuto anche con il nome NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and Ranging) è stato realizzato ed attualmente gestito dal Dipartimento della Difesa statunitense negli anni ’70, sperimentato trà l’85 ed il ’90, è diventato operativo nel 1993.

- Un segmento costituito dagli utilizzatori (utenti); COMPOSIZIONE SISTEMA Un segmento spaziale costituito da satelliti con il proprio sistema di propulsione per il posizionamento; - Un segmento spaziale costituito da una costellazione di 24 satelliti (non geostazionari); - Un segmento costituito dagli utilizzatori (utenti); COMPOSIZIONE   Il sistema GPS che è gestito dagli U.S.A. si compone di: - un segmento spaziale costituito dai satelliti ciascuno con il proprio sistema di propulsione per il posizionamento. - un segmento spaziale costituito da una costellazione di 24 satelliti non geostazionari; - un segmento costituito dagli utilizzatori (utenti) - un segmento di comando e di controllo che comprende: - 5 stazioni di monitoraggio (MS) che rilevano i dati (pos. Orbitali, tempi degli orologi di bordo), - 1 stazione di controllo principale (Master controll station - MCS) che valuta i dati delle MS ricalcolando le effemeridi dei satelliti, elaborando i messaggi e le manovre dei satelliti compresa la correzione degli orologi alla scala temporale GPS - 3 stazioni (delle cinque) per la trasmissione dei dati di modifica ai satelliti.

COMPOSIZIONE SISTEMA un segmento di comando e di controllo che comprende: - 5 stazioni di monitoraggio (MS) che rilevano i dati dei satelliti (pos. Orbitali, tempi degli orologi di bordo);- - Una stazione di controllo principale (Master control station - MCS) che valuta i dati delle MS ricalcolando le effemeridi dei satelliti, elaborando i messaggi e le manovre dei satelliti compresa la correzione degli orologi alla scala temporale GPS - 3 stazioni (delle cinque) per la trasmissione dei dati di modifica ai satelliti.  

M..S. MCS

COSTELLA ZIONE SATELLITARE Catena di 24 satelliti; Disposti su 6 orbite circolari orbite inclinate di 55° rispetto all’equatore Orbite sfalsate trà loro di 60°; Quota 20183 Km. - Su ogni orbita abbiamo 4 satelliti. N° 2 freq.: L1 = 1575.42 Mhz L2 = 1227.6 Mhz

COSTELLA ZIONE SATELLITARE Elevazione dei satelliti di almeno 7°-10° sopra l’orizzonte dell’utente; Ogni satellite trasmette con un particolare codice (ripetizione di segnali con una cadenza diversa per ogni satellite, e con una sequenza oraria esattissima; - Orologi con una precisione di 10-13 (secondi/giorno), sincronizzati tra loro da stazioni di controllo ubicate a terra;

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO Tutti i satelliti sono dotati di proprie effemeridi (*), che trasmettono, sulle frequenze L1 – L2, insieme alle effemeridi di tutti gli altri satelliti della catena. (*) effemeridi = posizioni dei satelliti

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO - Misurazione, da parte del ricevitore, dei tempi impiegati dai segnali emessi dai satelliti; - Nota la posizione dei satelliti e la velocità, il ricevitore determina la distanza satellite/ricevitore; - L’utente si troverà su un luogo di posizione sferico di raggio pari alla distanza con centro satellite;

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO I ricevitori, con un apposito software, riconoscono il satellite ricevuto, (ma per ottenere la voluta precisione, ne servono almeno tre); Nota la posizione dei satelliti e la velocità dei segnali, il software determina la distanza che intercorre tra satellite/ricevitore; - il tutto trasformato il latitudine/longitudine, quota e velocità;

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO FIX - 2D (3 sat.) FIX - 3D (4 sat.)

CODICI Un ricevitore può ricevere la frequenza L1, o ambedue L1 e L2. Il codice oltre ad avere una sua caratteristica che distingue il satellite, ha anche due codici detti pseuo- randon: C/A - Course Aquisition che consente l’accesso al servizio di posizionamento standard (SPS) P - Precision che consente l’accesso al servizio di posizionamento preciso (PPS) riservato ad utenti limitati

MODALITÀ SPS - consente di ottenere dati di posizione molto accurati (16 – 40 m), ma il Dipartimento della Difesa americano ha introdotto una degradazione della qualità che consente, di ottenere dati della posizione nell’ordine di 100 metri. PPS - dati di posizione nell’ordine di (15 – 18 m) DGPS - consiste in una ulteriore riduzione del margine di errore mediante l’uso di tecniche differenziali con l’ausilio di dati forniti da una stazione terrestre o con i satelliti della catena INMARSAT (non ancora attivo).

ERRORI Le cause degli errori del sistema sono principalmente errori di misura della determinazione del tempo di propagazione dei satelliti all’utente: - deriva dell’oscillatore del satellite; - imprecisioni delle effemeridi e degli orologi del sat.; - attraversamento ionosfera (compensato parzialmente con rx contemporanea di L1 e L2) - disposizione geometrica, rispetto al ricevitore, della costellazione dei satellite espresso da un fattore denominato DOP (Dilution of Precision) posizione geometrica, rispetto al ricevitore, della costellazione dei satelliti impiegati espresso da un fattore denominato “DOP”, più è piccolo tanto è migliore la dislocazione

Dilution of Precision GDOP = 3D + Tempo PDOP = 3D TDOP = UT HDOP = 2D 12 6 9 DOP ERRORE GDOP = 3D + Tempo PDOP = 3D TDOP = UT HDOP = 2D VDOP = Quota Scarsa Ottima

CLASSIFICAZIONE DEI RICEVITORI 1a categoria: “a sequenza lenta” Ricezione di L1 con codice C/A dotati di un solo canale con aggancio sequenziale dei satelliti, scalandoli ogni 1,2 secondi, con interrogazioni occasionali per raccogliere le effemeridi. In questo modo le distanze vengono raccolte ogni 5 secondi introducendo un margine di errore. Sono i meno complessi e i meno costosi, utilizzate dalle imbarcazioni da diporto o da utenti che non necessitano di un posizionamento particolarmente preciso.

CLASSIFICAZIONE DEI RICEVITORI 2a categoria: “a sequenza veloce” Ricezione di L1 con codice C/A dotati di 2 canali. Un canale per l’effettuazione continua della misurazione della distanza. L’altro per la raccolta dei dati delle effemeridi con interrogazioni scalate ogni 0,05 secondi.

CLASSIFICAZIONE DEI RICEVITORI 3a categoria: “ad agganciamento continuo” Ricezione di L1 e L2, con codice C/A e P dotati di 5 canali. Quattro sono continuamente agganciati sui segnali dei satelliti, effettuando misure simultanee, mentre il 5° canale per la raccolta dei dati relativi alle effemeridi dei satelliti. Con questi ricevitori si ottiene un alto grado di precisione in maniera continua ed istantanea. Impiegati su aerei, navi, e sommergibili militari.

MODALITÀ DIFFERENZIALE RICEVITORI DGPS Utilizzando i dati GPS in modalità differenziale con l’impiego di particolari software è possibile ottenere le seguenti prestazioni: - Rx. di 1a e 2a categoria 5 m vettori a bassa e a media dinamica. - Rx. di 3a categoria 3 cm, con vettori a bassa dinamica. - Rx. di 3a categoria 0,5 da punto fisso. Attualmente questa modalità è in fase di allestimento.

DECCA OPTION INSTALLED GPS NavTracXL TrimbleNavigation NavTracXL GPS APPARATO Commerciale MENU 1 2 3 PRESS MENU TO SIMULATE NavTracXL GPS Rev 2.00T (021093) (ID 3207a00105) DECCA OPTION INSTALLED Trimble Navigation ____ 4 5 6 ____ 8 9 7 ____ ____ >> ____ POWER BRT POS NAV TIME GPS CON SETUP WAYPT ROUTE SAVE

NAVM06 37° 12’ 33’’ N 17° 15’ 23’’ E . 1 2 3 4 5 6 POS NAV WPT CFG MARCONI NAVM06 POSIZIONE UTC 10:51:27 INVIO 37° 12’ 33’’ N 17° 15’ 23’’ E 1 2 3 SOG 010.8 KN COG 070° EPE 15 m ETE 100-1000 ns GPS/AUTO/SPS WGS84 4 5 6 POS NAV WPT CFG INFO 7 8 9 . CLR 00012 ACCESO SPENTO LUM C.STO UOMO A MARE LUCE MENU AZZERAMENTO

NAVM06 6 canali di acquisizione indipendente; 8 satelliti tracciati contemporaneamente; portanti ricevute L1 e L2 ; Sistema di elevatissima precisione, continuo e globale; Copertura sul piano orizzontale 360° Copertura sul piano verticale 180° Non necessita di nessun dato di avvio Codici C/A - P e Y; LL.CC. : AKAT “A” o “B” - (AKAT 1001)