Introduzione all’uso del sistema GPS (Global Position System):

Nozioni generali riguardanti: Immersione su Relitti e Secche

Il sistema e le sue prestazioni

Un po’ di Storia• Il Sistema GPS nasce nel 1973 come un progetto di radionavi-

gazione satellitare militare del dipartimento della Difesa Americano (DoD, Departement of Defense)

• Il Sistema GPS permette, tramite l’elaborazione dei segnali provenienti da una costellazione di satelliti, di determinare la posizione di un ricevitore rispetto alla superficie terrestre (posizione assoluta) o di definire la posizione relativa di un ricevitore rispetto ad un altro con precisione geodetica.

• Il sistema GPS è attualmente utilizzato in molte applicazioni, dal Controllo Geodetico al rilievo topografico, alle applicazioni mobili (es. controllo remoto mezzi mobili, servizi di antifurto satellitare, servizi di emergenza, navigazione terrestre, nautica etc.)

Il sistemaIl sistema GPS è composto dai seguenti componenti:

• Una Costellazione di 24 satelliti (più altri 3 di riserva) disposti su 6 piani orbitali inclinati di 55° rispetto al piano equatoriale ad un’altezza di circa 20200 Km. Il periodo di rotazione dei satelliti è di circa 12 ore

• Un Segmento di Controllo di terra, composto da 5 stazioni di monitoraggio 4 disposte lungo il globo terrestre ed una Master station. La costellazione è controllata da terra e le posizioni dei satelliti sono determinate e trasmesse nel messaggio di navigazione di ogni satellite

• Il Segmento Utente, composto da un ricevitore in grado di elaborare i segnali ricevuti dai satelliti in visibilità e di determinare la sua posizione in coordinate geografiche (latitudine e longitudine) riferita al sistema cartografico WGS84 (World Geodetic System introdotto nel 1984).

Il segnale GPS• Ogni Satellite trasmette a terra un segnale modulato sulle seguenti portanti

L1: 1575,42 MHz (Civile, codici C/A e P) L2: 1127,6 MHz (Militare, codice P)

• Le due portanti trasportano: Un messaggio di navigazione, che contiene le effemeridi dei satelliti e le

correzioni degli errori sistematici (es. sincronizzazione dell’orologio di bordo) necessarie al ricevitore per effettuare il posizionamento (50 bps)

Codici pseudorandomici: codice C/A (Coarse Acquisition) per applicazioni civili e codice P (Precise), per applicazioni militari, la cui sequenza identifica il satellite e permette il calcolo della distanza satellite-ricevitore (periodo 1 ms)

• In passato il segnale veniva disturbato dal DoD con errori introdotti sulle effemeridi e sull’orologio del satellite nel messaggio di navigazione (Selective Availability). Dal Maggio 2000 tale disturbo è stato rimosso, permettendo di ottenere delle accuratezze di posizionamento più spinte (nel posizionamento assoluto)

X

Z

Y

ρi

r

Ri

Satellite i Misura effettuata dal Ricevitore(Distanza misurata del satellite dal ricevitore)

Distanza del satellite dal Centro della Terra (nota dai parametri orbitaliinviati dal satellite)

Distanza del Ricevitore dal Centro della Terra (Posizione incognita del Ricevitore da determinare)

L’idea di base

C = velocità di propagazione delle onde∆t= tempo di percorrenza del segnale dal satellite al ricevitore (misure di codice o di fase)

Misura effettuataPosizione del satellite (nota)

Posizione del ricevitore(incognita)

Errore di clock

cTZZYYXXtc uiuiuii 222 )()()(

Il metodo di posizionamento (1)

Dal ritardo fra codice emesso e il codice generato a terra moltiplicato per la velocità della luce si ricava la distanza fra il ricevitore ed il satellite, chiamata pseudorange

Codice emesso dal satellite(ritardato dal percorso effettuato nello spazio)

Codice generato dal ricevitore

∆t

),,( uuu ZYX

),,( iii ZYX

Misura effettuata

Posizione del satellite (nota)

Posizione del ricevitore(incognita)

Errore di clock

),,( iii ZYX),,( iii ZYX

),,( iii ZYX

cTZZYYXX uiuiuii 222 )()()(

Le Reti Permanenti GPS Italiane

La rete DGPS Americana

L’utilizzo del GPS nella nautica da diporto:• Il Sistema GPS è largamente utilizzato nella navigazione marittima, (il

prezzo accessibile ha contribuito alla massiccia diffusione del sistema nella nautica da diporto).

• Il GPS fornisce al navigatore le coordinate geografiche da riportare nella carta nautica (punto nave) per il tracciamento della rotta.

• Moderni GPS cartografici (plotter) comprendono un display riportante la cartografia nautica ed in “real time” il punto nave. Si può impostare la rotta, le coordinate di un punto da raggiungere ed interfacciare il tutto al pilota automatico.

• Per l’individuazione precisa di un relitto, data la par-ticolarità del sito di ricerca e note le coordinate, il sistema GPS non è sufficiente;

• Pedagnato il punto raggiunto la ricerca si complementa con l’utilizzo dell’ecoscandaglio……