Navigazione da satellite

Transcript

1 Navigazione da aellie A.A. 2006/07 Lauea Specialiica in Ingegneia Infomaica, Ingegneia pe l Ambiene e il Teioio

2 Tipologie di navigazione Navigazione eee Navigazione aonomica Navigazione aelliae Navigazione inegaa Navigazione ineziale

3 Navigazione da aellie Pe navigazione da aellie in inglee aellie navigaion, o meglio navigazione da aellie, i inende la navigazione aiia da egnali amei da aellii aificiali. Eempi: GPS, GLONASS

4 Spunik lancio e aellie Cenni oici L inizio della navigazione aelliae può eee fao ialie al lancio del aellie uo Spunik nel Deeminazione dell obia amie effeo Dopple. f = f f e = f e c v

5 Il iema Tani Il iema Tani fu ideao dalla maina miliae ameicana negli anni Seana Obie polai, cicolai h = 1075 km Deeminazioni di obie con effeo dopple Daa l obia, poizionameno a ea baao u effeo dopple Accuaezze navigazione: m con icevioe doppia-fequenza Tani USA Tikada URSS

6 GPS L achieua del iema è coiuia da 3 pai Segmeno paziale, ovveo la coellazione di aellii Segmeno di conollo, ovveo l inieme di azioni a ea che geicono il iema Segmeno di uilizzo, ovveo gli ueni civili e miliai

7 Segmeno paziale nominalmene 24 aellii. Obia quai cicolae h = km peiodo obiale è di 12 oe. Via media di 7.5 anni. 24 aellii ono dipoi u 6 piani obiali equamene paziai a loo, con un inclinazione di 55 ipeo al piano equaoiale. Ci ono nominalmene quao aellii pe piano.

8 Segmeno paziale I aellii hanno maa dell odine di 800 kg e ono doai di pannelli olai con una upeficie di cica 7.2 m 2 : Blocco I: peimenali e lanciai dal 1978 al 1985 omai ui fuoi uo; Blocco II, SVN 13-21: lanciai dal 1989 al 1990; Blocco IIA, SVN 22-40: lanciai dal 1990 al 1997; Blocco IIR, SVN 41-62: lanciai dal 1997 a oggi. Blocco IIF: non ancoa lanciai. I aellii dei Blocchi II e IIA dipongono di 4 ocillaoi, di cui 2 al ceio e 2 al ubidio; quelli del Blocco IIR dipongono di 3 ocillaoi al ubidio.

9 Segmeno paziale: copeua Copeua globale con almeno 4 aellii è gaania; fino a 8 aellii con un inclinazione minima di 15 fino a 10 aellii con un inclinazione upeioe a 10 fino a 12 aellii con un inclinazione upeioe a 5

10 Segmeno di conollo

11 Segmeno di conollo SS MoS 1 MoS 2 GC 1 MoS 3 MaS GC 2 MoS 4 GC 3 MoS 5 SS egmeno paziale, MoS k monio aion k, MaS mae aion, GC k gound conol aion k

12 Segmeno di uilizzo E coiuio dall uenza doaa di icevioi con anenna. Ricevioi di ipo paivo ovveo non emeono egnali. La poizione che veà deeminaa è quella del ceno di fae dell anenna

13 Tipologia del egnale Le e pai pincipali del meaggio GPS ono: Poani: 2 onde inuoidali chiamae L1 e L2 Codici: 2 equenze binaie dee C/A Coae Acquiiion Code P Pecie Code ono: Meaggio navigazionale: codice D

14 Poani Fequenza fondamenale f 0 = MHz Poane L1: f 1 = MHz, λ 1 19 cm Poane L2: f 2 = MHz, λ 2 24 cm

15 Codici Codice C/A: f 1 =0.1 * MHz, λ m 1023 impuli T = 1 m Idenifica aellie / Uo civile Codice P: f 2 =10.23 MHz, λ 2 30 m T = 37 eimane Comune a ui i aellii Uo civile&miliae ani-poofing

16 Meaggio navigazionale Coniene pincipalmene le egueni infomazioni: Sao del aellie: oologio / effemeidi Paamei pe modelli amofeici

17 L oevazione di peudo-ange Viene miuao il empo di volo aaveo un pocedimeno di coelazione il egnale ameo e la eplica geneaa all ineno del icevioe. Queo pocedimeno può eee effeuao indiffeenemene ul codice C/A o P

18 L oevazione di peudo-ange oevazione di peudo-ange c P = [ ] [ ] d d d d + = + + = eoi d oologio [ ] d d c P + = ρ Z Z Y Y X X + + = ρ modellao incognio

19 Configuazione minima pe le oevazioni di peudo-ange poizionameno aico 3 n n 3 + n n n 1 2 aellii con un minimo di 3 epoche mal condizionao 4 aellii con un unica epoca poizionameno cinemaico n n 4n n 4 ono ichiee 4 aellii! n = n aellii n = n epoche o.

20 L oevazione di fae Viene miuao lo faameno a il egnale ameo e la eplica geneaa all ineno del icevioe. Queo pocedimeno può eee effeuao indiffeenemene ulla poane L1 e L2

21 L oevazione di fae ange miuao all iane 0 R 0 = λ φ 0 + λ N 0 ange miuao all iane R N = λ φ + λ N = N 0 C 0, + fazione di ciclo n ineo di cicli conaoe del n di cicli dopo l aggancio iniziale poblema cycle-lip Tenendo cono degli eoi d oologio, l oevazione di fae è ρ φ = N + f f =c /λ λ [ d d ]

22 Configuazione minima pe le poizionameno aico n n 3+ n + n poizionameno cinemaico oevazioni di fae n n n aellii con un minimo di 5 epoche mal condizionao 4 aellii con 3 epoche di oevazione n n 4n + n n n n 4 ono ichiei 5 a. con 5 epoche, o 6 a. con 3 epoche, ecc. La oluzione con un unica oevazione non è poibile a caua dell ambiguià di fae poblema di inizializzazione

23 Riadi amofeici La peciione delle miue GPS dipende anche dal diubo o iado amofeico, legao al fao che il egnale emeo dal aellie deve aaveo l amofea pima di giungee al icevioe. Si poono individuae oanzialmene e ipi di diubo amofeico: cuvaua del pecoo iado opofeico iado ionofeico

24 Cuvaua del pecoo Qualunque egnale eleomagneico, nell aaveae un mezzo, egue il pecoo di minimo empo legge di Fema che non neceaiamene coincide con la minima dianza. L effeo della cuvaua può eee modellao come 1.92 R η = η = elevazione [in gadi] η

25 Rifazione opofeica La opofea è compea a la upeficie della Tea e un alezza di cica 40 km. Può eee divia in due pai: pae idoaica : dalla upeficie ad un alezza di cica 11 km pae ecca : compea fa le alezze di 11 e 40 km. Il diubo opofeico T: povoca empe un iado del egnale, pe cui la miua del ange iula iemaicamene più lunga. è indipendene dalle fequenze, quindi idenica pe L1 e L2. dipende da paamei amofeici come la peione, il vapo acqueo, la empeaua e dall angolo zeniale del aellie.

26 Rifazione ionofeica La ionofea appeena la pae ala dell amofea, compea a un alezza di km fino a 1000 km appoimaivamene. Il diubo ionofeico J: è poiivo pe i codici e negaivo pe le poani dipende dalla fequenza del egnale ed è diveo pe L1 e L2 λ 2 L2 J, L2 = J 2, L1 λl 1 è legao oanzialmene alla denià di eleoni libei, che a ua vola vaia in funzione dell inenià dell aivià olae e dall inenià di adiazione olae incidene ull amofea peiodo diuno o nouno.

27 Ali eoi Ole ai diubi amofeici, ono peeni ale foni di eoe come quelle legae a: effei elaiviici vaiazioni del ceno di fae dell anenna mulipah che i peena quando pae del egnale aiva all anenna in maniea indiea, ifleo da ale upefici eleonica del icevioe, ecc. Vi ono poi gli eoi accidenali che, appoimaivamene, ono dell odine di 3 m pe il codice C/A 30 cm pe il codice P 2 mm pe le poani.

28 Equazioni d oevazione GPS equazione di peudo-ange da miue di codice equazione di fae [ ] P T J d d c P ν ρ = [ ] φ ν λ λ λ ρ φ = T J d d f N

29 GLONASS Segmeno paziale: 24 aellii u 3 piani obiali inclinai di ~65 alezza dei aellii km Segmeno di conollo: peo una ede delle foze paziali ue Segmeno uene: eiono icevioi in gado di lavoae ia con GLONASS e GPS

30 GLONASS La oanziale diffeenza è: GPS baao u CDMA code diviion muliple acce, cioè ui i aellii ameono ulla ea poane modulaa con codici divei GLONASS baao u FDMA fequency diviion muliple acce cioè i codici ono gli ei, ma ogni aellie ha aegnae due fequenze divee inono a 1.6 MHz e 1.25 MHz Le obie fonie dai aellii GPS ono in WGS84, mene quelle del iema uo in PZ-90.

31 GALILEO Siema euopeo che eneà in vigoe a 2007 e Uilizzeà 27 aellii u 3 piani obiali con una inclinazione di 56. Alezza obiale dell odine di km Segnale ameo u 3 fequenze di cui una coincidene con L 1 del GPS. Vi aanno inole divei codici apei all uilizzo civile, gauii e a pagameno

32 Modenized GPS Eneà in funzione a il 2008 e il 2010 e l ammodenameno conieà oanzialmene in il iema i auo-poizioneà endendoi più auonomo dal egmeno di conollo: obie pedee caicae menilmene L inoduzione di una eza fequenza f GHz L 5 L inoduzione di nuovi codici pe uo civile e epaazione nea a uenza civile e miliae