Il sistema di navigazione satellitare nasce dall’esigenza storica di determinare con precisione la propria posizione in termini di coordinate sulla superficie terrestre e nello spazio circostante. Mediante l’utilizzo di segnali radio ad onde corte, le tecnologie satellitari permettono di ottenere misure della posizione su tutto il globo, a tutte le ore ed in ogni condizione meteorologica.
GPS
Il NAVigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System (NAVSTAR GPS o più brevemente GPS) è un sistema di navigazione satellitare sviluppato dal Dipartimento della Difesa statunitense (U.S. Department of Defense – DoD) nei primi anni ’70 del secolo scorso. Il sistema che opera al giorno d’oggi è virtualmente identico a quello proposto nel 1973, anche se le orbite sono state modificate [11].
Inizialmente, il GPS venne sviluppato come un sistema soddisfacente ai bisogni dell’esercito degli Stati Uniti, e le caratteristiche tecniche dei satelliti vennero sviluppate per supportare funzioni a scopo militare. In seguito il GPS venne reso usufruibile ai civili, ed ora è un sistema accessibile sia a utenti militari che civili.
Il GPS fornisce continuamente informazioni sul posizionamento di un utente in possesso di ricevitore e sul tempo cronologico, in qualsiasi parte del mondo sotto ogni condizione meteorologica. Siccome serve un numero illimitato di utenti ed è utilizzato a scopi di sicurezza, il GPS è un sistema a senso unico passivo (one-way ranging passive system), ossia gli utenti possono soltanto ricevere i segnali dai satelliti [12]. Maggiori dettagli verranno dati in seguito.
GLONASS
GLONASS è un sistema di navigazione satellitare per ogni condizione meteorologica sviluppato dalla Russia. Il sistema GLONASS ha molto in comune con il sistema GPS. La costellazione nominale consiste di 21 satelliti operativi più tre di controllo ad una altezza nominale di 19100 km. Otto satelliti GLONASS sono sistemati in ognuno dei tre piani orbitali. Le orbite GLONASS sono approssimativamente circolari, con un periodo orbitale di 11 ore e 15 minuti ed una inclinazione di 64, 8◦.
Similmente al GPS, ogni satellite GLONASS trasmette un segnale che ha un certo numero di componenti: due bande portanti L, un codice C/A sulla frequenza L1, un codice P su entrambe le L1 e L2, ed un messaggio di navigazione. Tuttavia, diversamente dal GPS, ogni satellite GLONASS trasmette le proprie frequenze portanti nelle bande 1602-1615.5 MHz per L1 e 1246-1256.5 MHz per L2, a seconda del numero di canali del ricevitore.
Un modello di satellite Glonass
Credito : Wikipedia
I codici GLONASS sono gli stessi per tutti i satelliti, di conseguenza i ricevitori GLONASS usano il canale delle frequenze piuttosto che quello del codice per distinguere i satelliti.
I sistemi GPS e GLONASS possono essere integrati per aumentare l’accuratezza nel posizionamento, in particolare sotto condizioni di bassa visibilità dei satelliti, come nelle aree urbane. Determinate tecniche permettono di ovviare all’uso di diversi sistemi di coordinate per esprimere le posizioni dei rispettivi satelliti e ed i diversi riferimenti temporali [11].
GALILEO
GALILEO sarà il sistema di navigazione satellitare sviluppato dall’Europa. Tale sistema fornirà un servizio di posizionamento globale altamente accurato e garantito esclusivamente civile. Sarà un sistema compatibile con GPS e GLONASS.
Galileo permetterà di ottenere un’accuratezza di posizionamento in tempo reale inferiore al metro, risultato che non ha precedenti nell’ambito del posizionamento con sistemi civili. Garantirà il servizio in tutte le condizione meteorologiche ed informerà gli utenti del guasto di un qualunque satellite GALILEO (Fig. 2.1) in pochi secondi. Tutto ciò rende GALILEO adatto nelle applicazioni concernenti la sicurezza, come la guida dei treni, delle automobili e l’atterraggio degli aerei.
Figura 2.1 : Un Satellite Galileo
La costellazione nominale consiste di 30 satelliti (27 operativi più 3 di controllo), posizionati in 3 orbite circolari a 23616 km di altezza sulla superficie terrestre, ed ad una inclinazione dei piani orbitali di 56◦ rispetto al piano equatoriale .
GALILEO emetterà segnali nelle bande 1164-1215 MHz (E5A ed E5B), 1215-1300 MHz (E6) e 1559-1592 MHz (L1). Sei segnali sono accessibili agli utenti GALILEO sulle frequenze portanti E5A, E5B e L1 per i cosiddetti Open Services (OS) e Safety-of-Life Services (SOL). Due segnali sulla E6 con codici criptati sono accessibili solo ad utenti del servizio Commercial Service (CS). Due segnali (uno nella E6 ed uno nella E2-L1-E1) con codici criptati sono accessibili ad utenti autorizzati dal Public Regulated Service (PRS) [13].
Il 26 giugno 2004 gli U.S.A. e l’Unione Europea hanno raggiunto un accordo riguardo i propri sistemi di navigazione. L’accordo assicura che i segnali GALILEO non altereranno le capacità di navigazione a fini militari del GPS ad usufrutto degli U.S.A., e nel concordare che se i due sistemi fossero compatibili ed interoperabili si avrebbero benefici aggiuntivi negli usi civili e commerciali, si è raggiunto un accordo per la definizione di un segnale civile comune [14].
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[11] Ahmed el-Rabbany, 2002. Introduction to GPS, The Global Positioning System, Artech House.
[12] Bradford W. Parkinson, 1996. Introduction and Heritage of NAVSTAR, the Global Positioning System. In Global Positioning System: Theory and Applications. Volume I, Edited by Bradford W. Parkinson, James J. Spilker Jr.
[13] http://www.esrin.esa.it-http://polestar.corporate.free.fr/wrc2003.php
[14] http://www.whitehouse.gov/news/releases/2004/06/20040626-8.html
VTEC Ionosfera 