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ISTITUTO SUPERIORE “PIERO CALAMANDREI”
< GEOMETRI >
LA STAZIONE PERMANENTE GNSS NELLA RETE DI
POSIZIONAMENTO DELLA REGIONE PIEMONTE
fig. 1: La MONOGRAFIA del sito al 16 giugno 2011 da http://gnss.regione.piemonte.it
La storia: da a
Dal settembre 2006, con l’intento di preparare il programma attuale ed inserire nella didattica le
nuove tecnologie di rilievo sul territorio, il sito del Calamandrei sezione geometri venne incluso
nella rete test GNSS gestita dal Politecnico di Torino.
Il ricevitore era un Odyssey_E della Topcon, attualmente diventato rover per le esercitazione
degli allievi. Ogni secondo si ricevevano i dati delle costellazioni NAVSTAR GPS e GLONASS,
salvati sul nostro server ed inviati al Centro di Controllo del Politecnico di Torino. I dati
servivano per le due modalità di posizionamento: in tempo reale e in postprocessamento.
Nel primo caso, essi servivano per modellare le correzioni differenziali necessarie per il
posizionamento istantaneo. Per il postprocessamento delle osservazioni, i dati orari al secondo
rimanevano disponibili per essere scaricati attraverso un indirizzo FPT protetto.
Il ricevitore ODISSEY_E [ ID: 8Q30YJCA1VK ], tuttora aggiornato con il firmware 3.3, ha le
seguenti caratteristiche di connessione:
o Tracking di 40 canali paralleli che possono ricevere ì codici civili C/A, militari P e tutti i
segnali di fase delle frequenze L1 o L2 appartenenti alle costellazioni GPS o GLONASS.
o Ciascun canale ospita 4 correlatori che, durante l’inizializzazione del sistema , funzionano
come canali indipendenti, cercando quindi informazioni, per ogni millisecondo, su un totale
di 160 canali.

fig. 2: Il sito al settembre 2006
L’individuazione del sito è tale da garantire i requisiti fondamentali richiesti:
o buona visione satellitare all’orizzonte e comunque assenza di ostacoli in un cono di visibilità
(cut-off) di non più di 5° sull’orizzonte;
o nessuna interferenza elettromagnetica nella banda delle frequenze GPS e Glonass;
o assenza di superfici riflettenti tali da poter generare pericolosi percorsi multipli del segnale
( multipath);
o nessuna anomalia circa le interruzioni del segnale (cycle slip).
La stazione era dotata di un’antenna Topcon TPSCR3_ GGD CONE ad alta stabilità del centro
di fase e fornita internamente di una struttura “choke ring”, che abbatteva gli eventuali
fenomeni di ”multipath”.
Il ricevitore GNSS era connesso al server attraverso una prima porta seriale, che serviva ad
inviare i dati di osservazione e di navigazione nelle cartelle dei files orari.
Una seconda porta seriale del ricevitore permetteva la trasmissione delle correzioni
differenziali. Il tutto era gestito dal software PC CDU della Topcon, che processava la
movimentazione dei dati satellitari e provvedeva alla loro conversione da formato proprietario
in formato di libera utenza RINEX [Receiver INdipendent EXchange format].
Ora il ricevitore è un GRX 1200+ Series della Leica Geosistems. E’ quanto di meglio possa
offrire il mercato: caratteristiche d’acquisizione maggiori, abilitato per la terza frequenza della
costellazione americana del GPS modernizzato e per ricevere i dati dalle nuova costellazione
europea Galileo e Compass.
fig. 3: raffronto tra la iniziale rete test del Politecnico di Torino e la rete attuale della Regione Piemonte
Il ricevitore GRX 1200+ Series della Leica Geosistems dispone di 120 canali paralleli, cioè in
grado di funzionare contemporaneamente. Basti pensare che, entro qualche anno, le sole
costellazioni NAVSTAR, GLONASS e GALILEO verranno ammodernate per trasmettere su 90
canali. Ne rimangono quindi ancora 30 destinati alla nascente costellazione cinese COMPASS.

Questa sarà, tra breve tempo, la distribuzione dei segnali che la S.P. di Crescentino potrà
ricevere.
E’ evidente che, con un altrettanto rover modernizzato, il posizionamento attraverso il fissaggio
dell’ambiguità di fase, sarà quasi immediato.
LE TECNICHE DI POSIZIONAMENTO “REAL TIME”.
La stima della base
Il GPS è stato inizialmente concepito per applicazioni di posizionamento di singoli punti in
tempo reale con precisioni del decimetro per stazionamenti prolungati. La vera rivoluzione,
che ha come conseguenza la realizzazione di reti di stazioni permanenti, è stato l’approccio
interferometrico nell’elaborazione dei dati acquisiti da almeno due ricevitori operanti, nella
stessa epoca, in punti diversi. Tale approccio porta alla stima della base fra i due punti con
elevata precisione.
Il posizionamento relativo
Nel posizionamento relativo si utilizzano due o più ricevitori GPS
che, per determinare le loro coordinate relative, tracciano
simultaneamente almeno quattro satelliti. Il posizionamento
relativo può essere fatto sulle misure di codice o sulle misure di
fase. In questo modo si elidono gli errori legati agli orologi dei
ricevitori. I ritardi ionosferici e troposferici possono essere tolti se
si lavora su piccole distanze, minori di 15 km.
fig. 4: il posizionamento relativo
Il posizionamento differenziale DGPS
E’ una tecnica di posizionamento che utilizza un master di coordinate note ed un rover che,
simultaneamente, tracciano lo stesso satellite.
E’ un posizionamento in tempo reale con precisione sub metrica, usato nei sistemi
informativi territoriali (GIS).
Si processa solo la componente di codice modulante del segnale GPS dopo che, nel
ricevitore, è stata separata dalla componente portante di fase.
DGPS all’interno della rete GNSS
Dopo che il rover ha comunicato al server della rete GNSS la sua posizione, viene calcolata
la differenza tra la distanza calcolata e lo pseudorange misurato ed inviata al rover, tramite
rete GPRS/UMTS, la correzione differenziale PRC ( pseudorange correction ) .
Queste correzioni sono trasmesse al rover in uno standard internazionale chiamato RTCM
che è l’acronimo di “Radio Technical Commission for Maritime service”.
Il rover applica la correzione DGPS per correggere lo pseudorange misurato.
Infine, lo pseudorange corretto è utilizzato per ricalcolare le coordinate del rover in modo
più preciso.
La connessione alla rete GNSS Regione Piemonte è al seguente indirizzo :
IP 158.102.161.7 Porta: 2101

Con il metodo di posizionamento differenziale vengono eliminati gli errori degli orologi e
ridotti quelli dovuti alla ionosfera, troposfera e di orbita.
Il posizionamento differenziale RTK
(Real-Time Kinematic positioning)
Si tratta del posizionamento differenziale in tempo reale di fase. La procedura in campagna
è simile al posizionamento DGPS, ma ora tutta la rete GNSS è impegnata a fornire la
particolare correzione differenziale RTCM desiderata dall’utente ed adatta alla tipologia del
suo posizionamento.
La precisione ottenibile in campagna è dell’ordine del centimetro se viene usato il metodo
cinematico e migliora decisamente nel posizionamento statico. A titolo d’esempio, accanto
allo schema del sistema, si riportano le precisioni raggiungibili dai ricevitori GPS 1200+
della Leica Geosystems, dopo almeno 8 secondi di inizializzazione.
fig. 5: lo schema del sistema
fig. 6: le precisioni RTK
Il trasporto dei dati RTK all’interno della rete avviene tramite il protocollo NTRIP
(Network Transport of Rtcm via Internet Protocol), cioè il protocollo di trasmissione dei dati
RTK attraverso Internet. L'utente connettendosi con il proprio rover all'NTRIP Caster può
scegliere il tipo di correzione real time desiderato. Oggi le correzioni differenziali infatti sono
trasmesse con la tecnologia GPRS ( General Packet Radio Service ) . Diverse sono le
tecniche di trasmissione a secondo del tipo di ricevitore e del sito in cui si opera.
Tecniche di trasmissione delle correzioni per il posizionamento RTK
.
Poiché, prima d’inviare le correzioni differenziali il Centro di Controllo deve conoscere la posizione
del rover, è necessario impostare sul ricevitore l'invio alla rete del messaggio NMEA GGA
National Marine Electronics Association ).
RTK _ MAC /MAX_RTCM3
E’ una correzione di area, chiamata MAC o MAX, ottenuta riducendo tutte le osservazioni
delle stazioni permanenti della rete allo stesso livello di ambiguità intere. E’ usata nei

icevitori più recenti. La precisione dipende dalla distanza della stazione permanente più
vicina.
RTK _ VRS_RTCM3
E’ una correzione di area ove la rete
genera una stazione virtuale prossima al
rover. La precisione che si ottiene in
campagna non dipende dalla distanza dalla
stazione reale più vicina. Si usa quindi
quando, pur essendo nella rete, non esiste
una stazione vicina.
RTK _ iMAX _ RTCM3
< iMAX> è l’acronimo di “Individualized Master-Auxiliary”.
E’ un metodo simile al VRS; la differenza principale è che con l'i-MAX le correzioni sono
riferite a una stazione reale e non ad una virtuale. Si usa per ricevitori non recenti, infatti
può essere trasmessa anche con il formato RTCM 2.3
RTK _ NRT_ RTCM3
In questo caso le correzioni derivano da una singola stazione, la più vicina alla posizione
dell'utente. La stazione, che genera le correzioni differenziali, deve essere comunque nel
raggio non superiore a 15/10 km dal rover. è l’acronimo di “ Network Real Time”.
IL “POSTPROCESSING”.
Per applicare la tecnica del postprocessamento, usando software della tipologia LGO,
occorrono files RINEX di osservazione e di navigazione provenienti da un rover e da una
stazione permanente distante non oltre 10 km. I RINEX devono appartenere alla stessa epoca,
infatti, sia nel rover che nella stazione permanente, devono risultare tracciati gli satelliti.
Il download dei files RINEX di una delle stazioni permanenti della rete avviene dal link inviato
sulla casella di posta, previo login alla piattaforma http://gnss.regione.piemonte.it e richiesta
dei files di osservazione e di navigazione di una S.P. nella stessa epoca dei files “raw” del
rover.
fig. 7: Il ricevitore ROVER Magellan MMCE ed il messagio di download di RINEX della stazione
permanente di Crescentino.