SISTEMI DI RILEVAMENTO E NAVIGAZIONE

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1 SOMMARIO iii CAPITOLO 1 LA NAVIGAZIONE I RADIOAIUTI E LA NAVIGAZIONE SATELLITARE 1.1 LA NAVIGAZIONE ED I RADIOAIUTI Cenni storici e e Definizioni Modalità e Tecniche Fondamentali Parametri Caratteristici di un Sistema di Navigazione Quadro generale dei vari sistemi Sistemi a lungo raggio: il LORAN C Sistemi a lungo raggio: l OMEGA Sistemi a medio raggio per la misura angolare: NDB e VOR Sistemi a medio raggio per misure di distanza: DME; cenni sul TACAN Sistema di atterraggio strumentale ILS Cenni sul MLS e sull evoluzione dei sistemi per l atterraggio Cenni sulla navigazione inerziale e Doppler NAVIGAZIONE SATELLITARE Introduzione e storia La determinazione della posizione La Misura del TOA attraverso codici psuedorandomici Determinazione della posizione (equazioni di navigazione) Determinazione della velocità Sistemi di riferimento Sistemi di riferimenti spaziali Sistemi di riferimento temporali Orbite satellitari Scelta della costellazione satellitare L architettura generale di un GNSS (Global Navigation Satellite System)...45 CAPITOLO 2 IL SISTEMA GPS 2.1 ARCHITETTURA DEL SISTEMA GPS Segmento spaziale Segmento di controllo Segmento utente...53

2 iv 2.2 CARATTERISTICHE DEI SEGNALI GPS Codici psedorandomici e loro proprietà Messaggio di Navigazione ACQUISIZIONE E TRACKING DEL SEGNALE GPS (IL RICEVITORE GPS) PRESTAZIONI DEL SISTEMA GPS Sorgenti di errore di pseudorange Errori dovuti alle effemeridi Errori dovuti al clock del satellite Errori dovuti agli effetti relativistici Errori dovuti alla ionosfera Errori dovuti alla troposfera Errori dovuti al multipath Errori dovuti all SA Errori dovuti al ricevitore Uere budget in banda L La diluzione di precisione EVOLUZIONE DEL GPS...93 CAPITOLO 3 GALILEO E GLONASS 3.1 IL SISTEMA GALILEO Cenni storici e motivazioni I servizi di Galileo Servizi combinati Architettura Il segmento spaziale Ground Control Segment (GCS) Ground Mission Segment (GMS) User Segment Il segmento locale I sistemi di riferimento I segnali di GALILEO Introduzione e generalità Conclusioni delle WRC 2000/2004: Frequenze per Galileo Segnali, frequenze e dati caratteristici di ogni servizio I codici di spreading Il canale pilota Il segnale di integrità...124

3 SOMMARIO v Autenticazione La modulazione del segnale Galileo IL GLONASS A1/3 APPENDICE. Modulazioni numeriche utilizzate dal sistema Galileo A1/3.1 Modulazione BOC A1/3.2 Modulazione AltBOC CAPITOLO 4 SISTEMI DI SUPPORTO AI GNSS 4.1 INTRODUZIONE SISTEMI DI SUPPORTO AL GNSS DI TIPO LOCAL AREA GPS differenziale (DGPS) Local Area Augmentation System (LAAS) Ground Based Augmentation System (GBAS) Aircraft Based Augmentation System (ABAS) Ground Based Regional Augmentation System (GRAS) SISTEMI DI SUPPORTO AL GNSS A LUNGO RAGGIO GPS differenziale a lungo raggio (WADGPS) Satellite Based Augmentation System (SBAS) Wide Area Augmentation System (WAAS): generalità European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) Architettura EGNOS IL PROBLEMA DELL INTEGRITÀ Tecnica Raim Metodi per l isolamento e per l esclusione Il metodo FDI Il metodo FDE A1/4 APPENDICE: TECNICHE DI LOCALIZZAZIONE BASATE SULLE RETI DI TELEFONIA MOBILE A1/4.1 Tecniche basate sull identificativo di cella A1/4.2 E-CGI (Enhanced Cell Global ID) A1/4.3 SMPS (Simple Mobile Positioning System) A1/4.4 TDOA (Time Difference Of Arrival) A1/4.5 E OTD (Enhanced Observed Time Difference) A1/4.6 U TOA (Uplink Time Of Arrival) A1/4.7 AOA (Angolo Di Arrivo) A1/4.8 Antenne adattative A1/4.9 DFL (Data Fit Location )...183

4 vi A1/4.10 Signal Signature Patterns A1/4.11 Tecniche basate su sistemi di posizionamento satellitari (A-GPS) A1/4.12 Standardizzazioni CAPITOLO 5 IL CONTROLLO E LA GESTIONE DEL TRAFFICO AEREO (ATC/ATM) 5.1 CENNI STORICI E FINALITÀ GENERALI I SERVIZI DEL TRAFFICO AEREO REGOLE DI VOLO ( FLIGHT RULES) CLASSIFICAZIONE DELLO SPAZIO AEREO L EVOLUZIONE DELL ATC ED IL CNS/ATM IL FREE FLIGHT E LA NAVIGAZIONE D AREA RADAR PRIMARI ATCR-33 K ATCR-33 S RADAR SECONDARI (SSR: SECONDARY SURVEILLANCE RADAR) E DI MODO S Generalità, Segnali di Interrogazione e Risposta Interferenze e Metodi per Combatterle Evoluzione del SSR: Monopulse e Modo S Segnali Up-Link e Down-Link del Modo S Cenni sulle Architetture di Sistema SCHEMA DI UN CENTRO ATC CONTROLLO DEL TRAFFICO AEROPORTUALE Funzioni dell A-SMGCS Livelli di automazione dell A-SMGCS Requisiti fondamentali di un SMR (Surface Movement Radar) Copertura verticale di un SMR Esempio di architettura di un sistema A-SMGCS La sorveglianza per safety e quella per security Sistemi di sicurezza perimetrale Controllo di Apron e SMGCS; Architettura A-SMGCS EVOLUZIONE DELLA SORVEGLIANZA NELL AIR TRAFFIC MANAGEMENT ADS-B (Automatic Dependent Surveillance Broadcast) Caratteristiche e specifiche delle trasmissioni ADS-B Utilizzi dell ADS-B e benefici introdotti Limiti dell ADS-B Cenni sulla tecnologia Applicazioni dell ADS-B per la sorveglianza...259

5 SOMMARIO vii ADS-B e CDTI TIS-B (Traffic Information Service Broadcast) Modalità di selezione del TIS-B Volumi di spazio aereo Messaggi del TIS-B Descrizione degli elementi architetturali del TIS-B I sottosistemi TIS-B di terra I sistemi di multilaterazione di Modo S Schema generale e funzionamento A1/5 APPENDICE: CENNI SUI RADAR A1/5.1 Frequenze Radar A1/5.2 Principi di Funzionamento A1/5.3 Cella di risoluzione A1/5.4 Numero di impulsi sul bersaglio e discriminazione in frequenza Doppler A1/5.5 Diverse scale temporali del segnale radar A1/5.6 Portata Radar CAPITOLO 6 IL TRAFFICO MARITTIMO E LA SUA GESTIONE 6.1 INTRODUZIONE ALLA NAVIGAZIONE MARITTIMA Cenni storici Suddivisione dello spazio marittimo Carte nautiche, piani di navigazione e rotte Tonnellaggio e identificativi di un natante Autorità coinvolte nella gestione del traffico marittimo Principali ausili alla navigazione VTS - VESSEL TRAFFIC SERVICES Funzioni del VTS Servizi del VTS Sorveglianza, identificazione ed elaborazione dei dati Definizione e suddivisione di un area VTS Strumenti per la copertura dell area VTS: il radar Capacità di detezione Accuratezza e discriminazione Comunicazioni nell area VTS Architettura del VTS italiano Il VTS locale...316

6 viii 6.3 AIS AUTOMATIC IDENTIFICATION SYSTEM Organismi Internazionali coinvolti e ruoli svolti Aspetti funzionali Aspetti tecnici; accesso SOTDMA al canale Messaggi AIS Benefici dell AIS nel Sistema VTS Visualizzazione delle informazioni dei targets AIS IL VTSL ED IL MULTI SENSOR FUSION Funzione del Calcolatore Centrale: Fusione Multi Sensore La postazione operatore IL SISTEMA RADAR L Elaboratore di Testata Radar Prestazioni del sistema radar INTEGRAZIONE TRA RADAR E AIS...348

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