GNSS DAL GPS AL PER LA

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1 Alberto Cina DAL GPS AL GNSS (Global Navigation Satellite System) PER LA GEOMATICAA

2 I siti internet citati sono stati visitati nel febbraio 2014 In copertina: misure GNSS su ghiacciaio, in Valle d Aosta (foto di Paolo Maschio) Celid, febbraio 2014 via Cialdini 26, Torino tel [email protected] ISBN I diritti di riproduzione, di memorizzazione e di adattamento totale o parziale con qualsiasi mezzo (compresi microfilm e copie fotostatiche) sono riservati Progetto grafico di copertina: Ezio Aluffi - Leprechaun Stampa DigitalPrint Service, Segrate (MI)

3 INDICE 1. IL SISTEMA GNSS Struttura dei sistemi GNSS Princìpi sui segnali GNSS Le scale di tempo LE COSTELLAZIONI GNSS Il sistema GPS Il segnale GPS Il sistema GLONASS Il segnale GLONASS Il sistema Galileo Il segnale Galileo Il sistema BeiDou Il segnale BeiDou Cenni sul sistema QZSS PRINCÌPI DI POSIZIONAMENTO GNSS Posizionamento assoluto con misure di codice Posizionamento assoluto con misure di codice GLONASS Posizionamento assoluto con misure di fase Posizionamento assoluto con misure di fase GLONASS Posizionamento assoluto con misure di fase GNSS Modelli linearizzati per il posizionamento assoluto con minimi quadrati Stima dei parametri con minimi quadrati Relazioni tra osservazioni e residui Test di verifica delle osservazioni Test di adeguatezza del modello I pesi nelle osservazioni GNSS Modelli linearizzati nel posizionamento assoluto di codice Modelli linearizzati nel posizionamento assoluto GNSS di codice Modelli linearizzati nel posizionamento assoluto di fase Posizionamento assoluto con misure Doppler IL CALCOLO DELLA POSIZIONE DEI SATELLITI La posizione dei satelliti GPS

4 Coordinate ECEF ed elementi kepleriani Gli effetti perturbativi e le correzioni Procedura di calcolo della posizione dei satelliti GPS Il moto del Polo La correzione degli orologi dei satelliti Il calcolo del tempo Le effemeridi nei formati standard Moti relativi nel posizionamento di punti a terra Visibilità dei satelliti Esempi di calcolo La posizione dei satelliti GLONASS Le effemeridi GLONASS Il tempo GLONASS La posizione di satelliti GLONASS: integrazione nel sistema inerziale La posizione dei satelliti GLONASS: integrazione nel sistema PZ Integrazione delle orbite GLONASS: metodo di Runge Kutta La posizione dei satelliti Galileo e BeiDou ERRORI NELLE MISURE GNSS Errori accidentali Classificazione degli errori sistematici o bias Rifrazione troposferica Il modello di Hopfield Il modello di Saastamoinen Rifrazione ionosferica Correzione ionosferica nei satelliti GPS Correzione ionosferica nei satelliti Galileo Correzione ionosferica nei satelliti BeiDou Multipath La variazione del centro di fase delle antenne IL POSIZIONAMENTO RELATIVO

5 6.1. Metodi alle differenze di fase Singole differenze Doppie differenze Triple differenze Modelli linearizzati nel posizionamento relativo Le differenze di fase GLONASS Singole differenze GLONASS Doppie differenze GLONASS Correlazioni delle differenze di fase Singole differenze Doppie differenze Il posizionamento statico relativo Il posizionamento cinematico relativo TRATTAMENTO DATI GNSS RELATIVO Posizionamento relativo singola base Posizionamento relativo multi-stazione IL POSIZIONAMENTO DIFFERENZIALE DGPS / DGNSS con misure di codice DGPS / DGNSS con misure di fase LE COMBINAZIONI DI CODICE E DI FASE Combinazioni alle doppie differenze di fase La combinazione wide lane La combinazione narrow lane La combinazione iono free La combinazione geometry free Utilizzo delle combinazioni di fase La combinazione Melbourne-Wübbena Codice smussato con la fase (Phase smoothing) Il filtro wide laning Equivalenza tra misure pseudorange di codice e di fase Tecnica in singola frequenza

6 10.2. Tecniche in doppia frequenza IL POSIZIONAMENTO ASSOLUTO DI PRECISIONE PPP (Precise Point Positioning) centro di fase phase wind-up Correzione per gli effetti di marea Altri effetti di correzione nel PPP Procedimento di calcolo PPP Posizionamento PPP multi-costellazione I RICEVITORI E LE STAZIONI PERMANENTI GNSS Classificazione dei ricevitori Altre caratteristiche dei ricevitori Le stazioni permanenti GNSS LA PROGETTAZIONE DELLE MISURE GNSS Il sito di misura Gli indici DOP La finestra di osservazione e il planning DOP e NDOP (Network DOP) La lunghezza della sessione di misura TECNICHE DI ACQUISIZIONE GNSS FORMATI DATI GNSS Il formato RINEX Il formato NMEA Il formato RTCM 2.x e le sue evoluzioni Il formato FKP Il formato RTCM 3.x IL POSIZIONAMENTO IN TEMPO REALE La trasmissione di dati e correzioni differenziali DGPS e RTK da rete: approcci di calcolo Approccio non differenziato e combinato

7 Approccio non differenziato e non combinato Approccio differenziato e non combinato Approccio differenziato e combinato bias Combinazione lineare (LCM) Metodo lineare dipendente dalla distanza (DIM) Interpolazione lineare (LIM) Modello di superficie di basso ordine (LSM) Collocazione minimi quadrati (LSC) Realizzazione delle reti NRTK Virtual Reference Station (VRS) Multi Reference Station (MRS) Master Auxilary Concept (MAC) augmentation Il sistema EGNOS COMPENSAZIONE DI RETI GNSS E RETI MISTE 3D Compensazione e progetto di reti GNSS in singola base Esempio di calcolo di compensazione di una piccola rete GNSS Reti Miste 3D: le misure e i sistemi di riferimento Dal campo reale della gravità al campo normale Dal campo normale della gravità al campo parallelo Compensazione sul piano di Gauss La compensazione nel sistema cartesiano geocentrico ECEF Modelli linearizzati per la compensazione 3D La divisione tra planimetria e altimetria SISTEMI DI RIFERIMENTO GNSS Trasformazioni tra sistemi di coordinate Da coordinate geocentriche ECEF a geografiche Da coordinate geografiche a cartografiche Da coordinate geocentriche a coordinate locali Sistemi di riferimento e loro trasformazioni 2D e 3D Trasformazioni 2D Trasformazione 3D di Helmert

8 Trasformazioni 3D - equazioni di Molodensky-Badekas Trasformazioni 3D - equazioni di Molodensky Datum: tipologie e trasformazioni Il sistema ITRF I sistemi IGS e IGb Il sistema ETRF Il Datum nazionale italiano Trasformazioni continue tra sistemi di riferimento: approccio VERTO Sistemi di riferimento delle costellazioni GNSS Il sistema di riferimento WGS Il sistema di riferimento PZ Il sistema di riferimento GTRF Il sistema di riferimento CGCS Inquadramento di rilievi GNSS GNSS e altimetria PRINCÌPI DI POSIZIONAMENTO INERZIALE E INTEGRATO CON GNSS Richiami su princìpi fisici Quantità di moto Momento della quantità di moto o momento angolare Forza di Coriolis Il giroscopio meccanico Descrizione del moto di precessione: legge del giroscopio La girobussola Il giroscopio ottico Accelerometri Magnetometri I sensori inerziali Il calcolo della posizione con IMU Bias nei sensori IMU Princìpi di navigazione inerziale Sistemi di riferimento un caso 2D un caso 2D Cenni sulla navigazione 3D

9 19.8. La navigazione geodetica integrata Princìpi di base Integrazione tra GNSS e IMU APPLICAZIONI GNSS NELLA GEOMATICA GNSS e rilievo integrato per la realizzazione di opere di ingegneria Tecniche di tracciamento topografico e GNSS Schemi di tracciamento Sistemi di riferimento isometrici Esempi pratici di sistemi isometrici GNSS e rilievo integrato ad alto rendimento Mobile Mapping Vehicle (MMV) Umanned Aerial Vehicle (UAV) ACRONIMI BIBLIOGRAFIA