Osservabili GPS > Modello a Thin layer e Mapping Function [Capitolo 3.3]

La situazione più comune che si riscontra nell’uso dei sistemi satellitari è quella in cui i satelliti si trovano lungo direzioni diverse da quella dello zenith del ricevitore,

quindi si può valutare il TEC lungo un percorso ricevitore-satellite non verticale ed obliquo (STEC). Tuttavia, per la mappatura di TEC da dati da GPS, il TEC lungo la verticale (VTEC) si presta alla costruzione di mappe bidimensionali per la sua univocità, ovvero si assume l’assenza di gradienti orizzontali [16].

L’approccio più comune alla stima del VTEC consiste nel proiettare il valore dello STEC lungo la verticale. Siccome il sistema GPS fornisce misure di STEC, è necessario usare una funzione di proiezione (mapping function)

I Sistemi Satellitari di Navigazione > Tipi di ricevitori GPS [Capitolo 2.5]

I ricevitori commerciali GPS (Fig. 2.6) possono essere divisi in gruppi, a seconda delle loro capacità di ricezione. Essi sono: ricevitori di codice a singola frequenza, ricevitori di codice a singola frequenza carrier smoothed, ricevitori di codice a singola frequenza e portante, ricevitori a doppia frequenza. I ricevitori a singola frequenza hanno accesso soltant oalla frequenza L1, mentre i ricevitori a doppia frequenza hanno accesso ad entrambe le frequenze L1 e L2.

I ricevitori GPS possono essere catalogati anche in base al numero di canali traccianti, che varia da 1 a 12. Un buon ricevitore GPS dovrebbe essere multicanale, con ogni canale dedicato al tracking continuo di un particolare satellite. Attualmente, la maggiorparte dei ricevitori GPS hanno da 9 a 12 canali independenti (o paralleli).

I Sistemi Satellitari di Navigazione > Caratteristiche del GPS [Capitolo 2.3]

Il GPS consiste, nominalmente, di una costellazione di 24 satelliti operativi, approvata al DSARC (Defense System Acquisition and Review Council) nel 1973, nell’ambito del progetto concepito dal DoD. In origine si avevano otto satelliti in ognuna delle tre orbite circolari con inclinazione di 63 gradi, orbite equispaziate attorno all’equatore geografico.

Questa configurazione prevedeva da un minimo di sei satelliti in vista ad ogni istante, fino ad un massimo di undici. Come risultato di questa ridondanza, il sistema era robusto nel senso che poteva tollerare asincronie occasionali.

Due modifiche sono state operate fin dalla proposta della costellazione originale, per arrivare alla costellazione odierna. Questa costellazione, conosciuta come la initial constellation capability (IOC), venne completata nel luglio 1993. L’annuncio IOC ufficiale venne dato però l’8 dicembre 1993. Attualmente, per assicurare una continua copertura del globo, i satelliti GPS sono sistemati in modo che quattro satelliti siano piazzati in ognuno dei sei anzichè tre piani orbitali della configurazione originale.

I Sistemi Satellitari di Navigazione > Idea Base del GPS [Capitolo 2.2]

La tecnica fondamentale di navigazione GPS è l’uso del one way ranging dai satelliti GPS (Fig. 2.2) che trasmettono inoltre le loro posizioni stimate. Con quattro satelliti ed una geometria appropriata, possono essere determinate quattro incognite; tipicamente esse sono: latitudine, longitudine, altitudine ed una correzione all’orologio dell’utente (ricevitore). Se si conoscono già altitudine o tempo, può essere utilizzato un numero inferiore di satelliti.

L’idea che sta alle spalle del GPS è piuttosto semplice. Se sono note le distanze da un punto della Terra (un ricevitore GPS) e tre satelliti GPS di cui sono note le posizioni, allora la posizione del punto (o ricevitore) può essere determinata semplicemente applicando il ben noto concetto di triangolazione (Fig. 2.3).

I Sistemi Satellitari di Navigazione > GPS, GLONASS, GALILEO [Capitolo 2.1]

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].

Ambiente Ionosferico > Metodi di Osservazione della Ionosfera [Capitolo 1.6]

I principali strumenti che vengono utilizzati per ottenere misure ionosferiche sono ionosonde e radar a diffusione incoerente. Inoltre da alcuni anni si è cominciato a fare un uso massiccio di ricevitori GPS per ottenere misure di contenuto elettronico totale (TEC). In questo lavoro di tesi il metodo di ossevazione prescelto ai fini della stima del TEC è l’utilizzo di dati da ricevitori GPS.

Ionosonde

Le ionosonde sono dei radar che utilizzano in sequenza un gran numero di frequenze per trasmettere un segnale pulsato e registrarne gli echi riflessi dalla ionosfera. Le ionosonde inviano impulsi con frequenza variabile tra 0.1 e 20 MHz. Gli echi vengono visualizzati su di uno ionogramma, un grafico in cui si rappresenta l’altezza virtuale di riflessione del segnale in funzione della sua frequenza. L’altezza virtuale corrisponde al tempo di volo del segnale se viaggiasse alla velocità della luce nel vuoto.

TEC Verticale > Introduzione > Indice

Nel capitolo 1 vengono descritte le caratteristiche principali dell’atmosfera terrestre e della ionosfera e dei metodi utilizzati per misurarne la densità elettronica, tra i quali l’uso di osservabili GPS. Viene anche illustrato l’impatto della ionosfera sulle trasmissioni
radio trans-ionosferiche dei sistemi satellitari.

Il capitolo 2 descrive i sistemi satellitari di navigazione attualmente operanti, ovvero il sistema GPS sviluppato dagli americani ed il russo GLONASS, e loro caratteristiche. Inoltre si descrivono le caratteristiche del sistema europeo GALILEO che diverrà operativo nel 2008 (attivo da 4anni, quindi, ndr), ed i sistemi SBAS (Satellite Based Augmentation Systems) per il miglioramento delle prestazioni nell’ambito del posizionamento.

TEC verticale > Introduzione

La propagazione delle onde elettromagnetiche attraverso i vari strati dell’atmosfera è una materia complessa e tutt’ora costituisce il soggetto di ricerca in svariati ambiti di applicazione.

Da un lato il posizionamento preciso per mezzo del Global Positioning System (GPS) richiede grande considerazione dell’impatto del mezzo di propagazione, dall’altro il GPS usato per scopi di ricerca è diventato uno strumento unico per lo studio dell’atmosfera terrestre, la troposfera (o atmosfera neutra) e, in particolare, la ionosfera.

La ionosfera copre una regione situata all’incirca tra i 600 ed i 2000 km approssimativamente sopra la superficie terrestre ed è caratterizzata dalla presenza di un significativo numero di elettroni liberi e ioni positivi (atomi e molecole).