Sistema GPS

Sistema GPSSistema GPS

Il Il NAVSTARNAVSTAR//GPSGPS ( (NAVNAVigation igation SSatellite atellite TTiming iming AAnd nd RRanging/anging/GGlobal lobal PPositioning ositioning SSistem) è istem) è un sistema di posizionamento continuo e un sistema di posizionamento continuo e tridimensionale a copertura globale …tridimensionale a copertura globale …


… … che che tradottotradotto significa: significa:

è un sistema che permette di è un sistema che permette di conoscere la conoscere la posizioneposizione in ogni in ogni istante, per ogni punto della istante, per ogni punto della superficie terrestre, con ogni superficie terrestre, con ogni condizione meteorologica.condizione meteorologica.


Il sistema GPS si compone di tre pezzi Il sistema GPS si compone di tre pezzi (segmenti)(segmenti)

1.1. Segmento spazialeSegmento spaziale

2.2. Segmento di controlloSegmento di controllo

3.3. Segmento utenzaSegmento utenza


Il segmento spazialeIl segmento spaziale è costituito da una è costituito da una costellazione di 24 costellazione di 24 satelliti distribuiti su 6 satelliti distribuiti su 6 orbite inclinate di 55° orbite inclinate di 55° sull’equatore e sull’equatore e distanziate di 60° in distanziate di 60° in longitudine, con i longitudine, con i satelliti posti ad una satelliti posti ad una quota di 20200 km quota di 20200 km con un periodo di con un periodo di 12 12 ore sideraliore siderali

Sistema Sistema didi posizionamento GPS posizionamento GPS

Questa configurazione permette che da Questa configurazione permette che da ogni punto della Terra siano visibili ogni punto della Terra siano visibili almeno 4 satelliti, che sono il numero almeno 4 satelliti, che sono il numero minimo che occorrono per calcolare la minimo che occorrono per calcolare la posizione.posizione.

N.B. IL perché di questo numero verrà N.B. IL perché di questo numero verrà chiarito tra poco!!!!!chiarito tra poco!!!!!


A bordo di un singolo satellite sono A bordo di un singolo satellite sono installati 4 orologi atomici e un banco installati 4 orologi atomici e un banco di oscillatori radio.di oscillatori radio.

In tal modo ogni satellite può emettere In tal modo ogni satellite può emettere segnali radio, oltre che riceverli.segnali radio, oltre che riceverli.

In particolare i segnali radio emessi In particolare i segnali radio emessi dal satellite sono modulati su due dal satellite sono modulati su due frequenze particolari (portanti) frequenze particolari (portanti)


Le frequenze utilizzate vengono Le frequenze utilizzate vengono indicate con L1 ed L2 :indicate con L1 ed L2 :

L1 (1575,42 Mhz ) modulata con un segnale di L1 (1575,42 Mhz ) modulata con un segnale di 10,23 Mhz detto 10,23 Mhz detto Precision Code (P)Precision Code (P)

L2 (1227,60 Mhz) modulata con un segnale di L2 (1227,60 Mhz) modulata con un segnale di 1,023 Mhz detto 1,023 Mhz detto Coarse Acquition Code (C/A)Coarse Acquition Code (C/A)

Il codice C/A è accessibile agli utenti civili Il codice C/A è accessibile agli utenti civili mentre il codice P è accessibile alla sola mentre il codice P è accessibile alla sola utenza militareutenza militare


Il segmento di controllo è costituito da 5 Il segmento di controllo è costituito da 5 stazioni di terra poste a grande distanza stazioni di terra poste a grande distanza ed adibite al controllo operativo dell’intero ed adibite al controllo operativo dell’intero sistemasistema


La Master Control Station (MCS) La Master Control Station (MCS) coordina l’attività delle altre, che coordina l’attività delle altre, che effettuano automaticamente misure effettuano automaticamente misure di distanza da ogni satellite , e ne di distanza da ogni satellite , e ne riceve i dati misurati.riceve i dati misurati.

I dati, una volta elaborati, vengono I dati, una volta elaborati, vengono ritrasmessi dalla MSC una volta al ritrasmessi dalla MSC una volta al giorno alle altre stazioni e quindi ai giorno alle altre stazioni e quindi ai singoli satellitisingoli satelliti


Il segmento utenza è composto da chi usufruisce Il segmento utenza è composto da chi usufruisce del sistema e quindi da chiunque usi un del sistema e quindi da chiunque usi un ricevitore GPS.ricevitore GPS.

I ricevitori possono essere ad uno o più I ricevitori possono essere ad uno o più canali ,sono passivi, cioè ricevono e non canali ,sono passivi, cioè ricevono e non trasmettono segnali ai satelliti, sono dotati di trasmettono segnali ai satelliti, sono dotati di orologi al quarzo e corredati da pacchetti orologi al quarzo e corredati da pacchetti software che ne consentono l’utilizzo software che ne consentono l’utilizzo automaticoautomatico

L’applicazione del GPS trova ormai applicazioni L’applicazione del GPS trova ormai applicazioni tra le più svariate: dall’antifurto satellitare per tra le più svariate: dall’antifurto satellitare per le auto sino alle applicazioni topografiche ed le auto sino alle applicazioni topografiche ed ingegneristiche ed ovviamente navigazionaliingegneristiche ed ovviamente navigazionali


Perché occorrono 4 satelliti per il calcolo Perché occorrono 4 satelliti per il calcolo della posizione?della posizione?

Il calcolo della posizione avviene tramite Il calcolo della posizione avviene tramite trilaterazionitrilaterazioni, cioè tramite la misura di , cioè tramite la misura di distanza tra il ricevitore ed il satellite, distanza tra il ricevitore ed il satellite, ottenendo cosi il punto tramite ottenendo cosi il punto tramite l’intersezione di sfere di distanza al cui l’intersezione di sfere di distanza al cui centro si trova il singolo satellite centro si trova il singolo satellite considerato. In pratica si usa lo stesso considerato. In pratica si usa lo stesso principio del punto nave costiero, ma principio del punto nave costiero, ma poiché siamo nello spazio tridimensionale poiché siamo nello spazio tridimensionale ci occorrono 3 punti (satelliti) invece di dueci occorrono 3 punti (satelliti) invece di due


Perché occorrono 4 satelliti per il calcolo Perché occorrono 4 satelliti per il calcolo della posizione?della posizione?

I satelliti non sono fermi ma in I satelliti non sono fermi ma in movimento ed inoltre il segnale radio movimento ed inoltre il segnale radio impiega del tempo, seppur brevissimo, impiega del tempo, seppur brevissimo, ad arrivare al ricevitore. Quindi il ad arrivare al ricevitore. Quindi il quarto satellite serve ad eliminare quarto satellite serve ad eliminare l’ambiguità per il parametro tempo.l’ambiguità per il parametro tempo.

N.BN.B LO SPAZIO PERCORSO SI CALCOLA MEDIANTE LA RELAZIONE S = V x LO SPAZIO PERCORSO SI CALCOLA MEDIANTE LA RELAZIONE S = V x tt


Perché occorrono 4 satelliti per il Perché occorrono 4 satelliti per il calcolo della posizione?calcolo della posizione?

Da un punto di vista più formale diciamo che:Da un punto di vista più formale diciamo che: la distanza misurata tra il ricevitore ed il satellite la distanza misurata tra il ricevitore ed il satellite

non è quella reale,ma una pseudodistanza in non è quella reale,ma una pseudodistanza in quanto gli orologi del satellite e quelli del quanto gli orologi del satellite e quelli del ricevitore non segnano lo stesso tempo e quindi il ricevitore non segnano lo stesso tempo e quindi il loro scarto non è noto. Disponendo delle misure loro scarto non è noto. Disponendo delle misure di almeno 4 satelliti si può impostare un sistema di almeno 4 satelliti si può impostare un sistema di 4 equazioni in 4 incognite che permette il di 4 equazioni in 4 incognite che permette il calcolo della posizione del ricevitore calcolato per calcolo della posizione del ricevitore calcolato per l’ellissoide WGS84l’ellissoide WGS84


Un problema importante!!!!Un problema importante!!!!

Come tutti i sistemi costruiti Come tutti i sistemi costruiti dall’uomo anche il sistema GPS non è dall’uomo anche il sistema GPS non è perfetto ma presenta anomalie sia perfetto ma presenta anomalie sia tecniche che applicative. Un problema tecniche che applicative. Un problema applicativo che si può incontrare è applicativo che si può incontrare è quello relativo alla distribuzione dei quello relativo alla distribuzione dei satelliti che si stanno osservando !!!satelliti che si stanno osservando !!!


Si dimostra ,ma non è Si dimostra ,ma non è il nostro caso, che il il nostro caso, che il GDOP è minimo GDOP è minimo quando il volume del quando il volume del tetraedro formato dai tetraedro formato dai satelliti e dal ricevitore satelliti e dal ricevitore è il massimo possibileè il massimo possibile


Il sistema GPS è Il sistema GPS è soggetto anche ad soggetto anche ad altri tipi di errore altri tipi di errore che sono riassunti che sono riassunti in questa figura in questa figura

((chiedere al prof. per chiedere al prof. per chiarimenti chiarimenti ))

Sistema GPS

Documents

Transcript of Sistema GPS