STATO DELL'ARTE E FUTURI SVILUPPI - ElettronicaIn
STATO DELL'ARTE E FUTURI SVILUPPI - ElettronicaIn
STATO DELL'ARTE E FUTURI SVILUPPI - ElettronicaIn
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
98 Febbraio 2011 ~ Elettronica In<br />
GNSS:<br />
<strong>STATO</strong><br />
DELL’ARTE<br />
E <strong>FUTURI</strong><br />
<strong>SVILUPPI</strong><br />
Quando parliamo di GPS non intendiamo<br />
più il sistema americano che è stato<br />
pioniere della localizzazione satellitare:<br />
nuove soluzioni si sono affacciate sul<br />
mondo ed altre si stanno preparando, per<br />
aiutarci a trovare la strada ma anche per<br />
fornirci nuovi servizi.<br />
’era una volta il<br />
C Navstar, inventato<br />
e realizzato cinquant’anni<br />
fa dagli Stati<br />
Uniti per coordinare<br />
ed agevolare le forze<br />
armate nelle operazioni<br />
militari e garantire la<br />
navigazione dei missili<br />
intercontinentali a<br />
testata nucleare portandoli<br />
sopra l’obiettivo<br />
con un’approssimazione<br />
di circa 100 metri. Il<br />
suo segnale, poi messo<br />
a disposizione (seppu-<br />
’<br />
re con certe limitazioni)<br />
dei civili, è divenuto<br />
la base per i sistemi di<br />
navigazione marittima,<br />
stradale ed aerea. L’intento<br />
di perfezionare<br />
le informazioni offerte<br />
dal Navstar per consentire<br />
anche ai civili<br />
una localizzazione di<br />
precisione, ha fatto nascere<br />
sistemi complementari<br />
quali WAAS,<br />
EGNOS e DGPS, che<br />
formano, unitamente<br />
al Navstar, quello che
comunemente chiamiamo<br />
GPS, ossia il<br />
Global Positioning System.<br />
Ma il monopolio<br />
degli U.S.A. in questo<br />
campo non è mai stato<br />
gradito agli ex nemici<br />
del blocco sovietico, né<br />
alla neonata Unione<br />
Europea e tantomeno<br />
all’ultima candidata<br />
tra le superpotenze: la<br />
Cina; perciò nel corso<br />
degli anni questi tre<br />
soggetti hanno sviluppato<br />
in proprio siste-<br />
mi di localizzazione<br />
satellitare. Primi sono<br />
stati i Russi, che già<br />
negli anni della Guerra<br />
Fredda cominciarono<br />
a tessere la “ragnatela”<br />
di satelliti che ha<br />
costituito il GLONASS;<br />
poi siamo arrivati noi<br />
europei, che ci siamo<br />
detti: “fatta l’Europa,<br />
ora bisogna fare un<br />
sistema satellitare”!<br />
Ed ecco nascere Galileo,<br />
progetto al quale<br />
partecipiamo anche<br />
noi italiani, mettendo a<br />
disposizione lo strategico<br />
centro di Fucino. I<br />
cinesi, che nel giro di<br />
un decennio si sono<br />
espansi dappertutto,<br />
hanno voluto anch’essi<br />
dotarsi di un sistema<br />
di localizzazione ed<br />
hanno realizzato, dopo<br />
il Beidou 1, nato esclu-<br />
Tecnologia<br />
di DAVIDE SCULLINO<br />
sivamente per scopi<br />
militari, laborioso e<br />
limitatissimo, il nuovo<br />
Beidou 2, che nella<br />
fi losofi a progettuale<br />
somiglia molto al GPS.<br />
Non c’è che dire:<br />
un panorama molto<br />
variegato e soprattutto<br />
un’accozzaglia<br />
di oggetti gravitanti<br />
Elettronica In ~ Febbraio 2011 99
sopra le nostre teste, che si<br />
vanno ad aggiungere ai satelliti<br />
per i sistemi telefonici satellitari<br />
Inmarsat e Iridium, a quelli per il<br />
controllo militare (tra cui spicca<br />
ORS-1, nato per assistere gli UAV<br />
e fornire ai militari la ricognizione<br />
visiva e ad infrarossi) a quelli<br />
meteo e televisivi! Insomma, di<br />
questo passo, guardando in cielo<br />
la sera andrà a fi nire che delle<br />
tante luci viste nella volta celeste<br />
saranno più quelle rifl esse dai<br />
satelliti che non quelle romantiche<br />
delle stelle.<br />
Proviamo dunque a fare luce<br />
sulle tecnologie di localizzazione<br />
assistita da satellite e a scoprire<br />
quali nuovi servizi questa miriade<br />
di satelliti sarà in grado di<br />
fornirci in futuro.<br />
Nel panorama dei sistemi di<br />
localizzazione da satellite, quelli<br />
che meritano più attenzione<br />
sono il Navstar americano e il<br />
Galileo europeo: il primo perché<br />
è il capostipite e padre del GPS;<br />
il secondo perché aggiunge alla<br />
semplice localizzazione tutta una<br />
serie di servizi di pubblica utilità.<br />
CHE COS’È IL GPS<br />
Il sistema di posizionamento<br />
globale si fonda su un principio<br />
molto semplice, che spieghiamo<br />
per sfatare un falso mito: contrariamente<br />
a quanto crede la maggior<br />
parte delle persone che ha<br />
il navigatore in auto e che crede<br />
che il GPS guidi il conducente,<br />
il sistema di localizzazione satellitare<br />
non controlla o guarda<br />
alcunché, quindi le istruzioni<br />
che fornisce non sono basate<br />
sul fatto che verifi ca la traiettoria<br />
dell’auto. Se così fosse, con<br />
i milioni di veicoli presenti al<br />
mondo, dovrebbe avere proprietà<br />
sconfi nate. In realtà la localizzazione<br />
si basa sull’invio a terra<br />
via radio e in modo continuo da<br />
parte dei satelliti, di due informazioni:<br />
l’orario, molto preciso<br />
100 Febbraio 2011 ~ Elettronica In<br />
Vi verrà da chiedervi che<br />
senso abbia -velleità<br />
politiche e campanilismi<br />
a parte- realizzarsi un<br />
sistema di localizzazione<br />
satellitare quando nel<br />
mondo ce n’è già abbastanza<br />
e sia GLONASS<br />
che GPS rendono fruibile<br />
a tutti il servizio. Ebbene,<br />
Galileo nasce con<br />
l’intento di realizzare<br />
un sistema globale che<br />
fornisca non solo la localizzazione<br />
ma che sfrutti<br />
i satelliti per integrare<br />
numerosi altri servizi; se<br />
così non fosse, questo<br />
e approssimato ai centesimi di<br />
secondo, e l’identifi cativo del<br />
satellite che l’ha inviato. Questo<br />
è quanto fa il Navstar americano,<br />
anche detto SPS (Standard<br />
Positioning System).<br />
Ora vi chiederete come si faccia,<br />
dall’orario, a risalire alla posizione<br />
del ricevitore che rileva<br />
questi dati; ebbene, dovete sape-<br />
progetto (costosissimo<br />
e per il quale si fatica<br />
a reperire i necessari<br />
stanziamenti) sarebbe<br />
davvero nato solo per<br />
rendersi indipendenti<br />
da Stati Uniti, Russia<br />
e Cina o per entrare<br />
in competizione con<br />
queste nazioni.<br />
Galileo dovrebbe fornire<br />
quello che gli altri<br />
sistemi non consentono:<br />
una localizzazione<br />
satellitare con un’accuratezza<br />
inferiore ai<br />
10 centimetri, nessuna<br />
interruzione o limitazione<br />
per l’uso civile, tanti<br />
servizi complementari.<br />
Il programma GALILEO,<br />
avviato uffi cialmente<br />
nel 2003, entrerà in<br />
funzione a regime nel<br />
2014, quando conterà<br />
trenta satelliti (27 operativi<br />
e tre di riserva)<br />
orbitanti su 3 piani<br />
inclinati sull’equatore<br />
(MEO, Medium Earth<br />
Orbit circolare) a<br />
23.222 km di quota.<br />
L’UE ha già assegnato<br />
gli appalti per la<br />
parte infrastrutturale:<br />
al momento la spesa<br />
prevista è di circa<br />
3,4 miliardi di euro. Il<br />
programma di lancio,<br />
con razzi russi Soyuz<br />
e francesi Ariane, dovrebbe<br />
partire a breve<br />
e una volta posizionati<br />
i primi quattro satelliti<br />
re che l’orario del Navstar viene<br />
trasmesso via radio da alcune<br />
stazioni a terra che lo aggiornano<br />
periodicamente nei satelliti,<br />
dove precisissimi orologi<br />
atomici mantengono la precisione<br />
temporale. Ogni satellite si<br />
trova in una propria orbita non<br />
geostazionaria.<br />
I ricevitori e localizzatori GPS
–confi gurazione minima<br />
necessaria– sarà possibile<br />
cominciare a fornire i primi<br />
servizi di navigazione e<br />
testare la piena funzionalità<br />
dei segmenti spaziali<br />
e di terra. Intanto è stato<br />
avviato il programma sperimentale<br />
Giove (Galileo in<br />
orbit validation element),<br />
col lancio del satellite<br />
GIOVE-A il 28 dicembre<br />
2005, seguito dal GIOVE-B<br />
il 27 aprile del 2008.<br />
Sebbene possa funzionare<br />
egregiamente da solo, Galileo<br />
potrà collaborare con<br />
i sistemi di navigazione<br />
già esistenti per migliorare<br />
il servizio. La prima fase<br />
del progetto ha portato<br />
allo sviluppo di EGNOS, il<br />
sistema SBAS in grado di<br />
raccogliere i segnali del<br />
GPS e del GLONASS, e di<br />
elaborarli per consentire<br />
ai localizzatori una precisione<br />
di qualche metro.<br />
Un servizio sperimentale<br />
è già attivo dal 2000 per<br />
il test di applicazioni in un<br />
ambiente reale. E ora è<br />
attivo anche un servizio di<br />
supporto per fornire tutte<br />
le informazioni via e-mail<br />
agli interessati (ESTB@<br />
esa.int). Galileo è un<br />
progetto di grande portata<br />
che coinvolge non solo i<br />
servizi connessi alle sue<br />
trasmissioni, ma anche<br />
l’intero mondo economico<br />
dell’Europa: infatti l’industria<br />
del settore spaziale<br />
del nostro continente,<br />
che già occupa 40.000<br />
persone, nella realizza-<br />
ricevono l’orario uffi ciale dal<br />
sistema e lo mantengono mediante<br />
precisi orologi a quarzo;<br />
ogni volta che “agganciano”<br />
un satellite, confrontano l’ora<br />
del timer interno con quella in<br />
arrivo e ne deducono il ritardo<br />
con cui le onde radio lo hanno<br />
comunicato. Per esempio, se nel<br />
ricevitore sono le 14:06:10 e il se-<br />
zione e manutenzione di<br />
Galileo potrebbe creare<br />
in tutto 100.000 posti di<br />
lavoro nel settore dell’alta<br />
tecnologia.<br />
Galileo nasce come servizio<br />
multimodale, in grado,<br />
cioè di offrire una serie<br />
ampia di servizi in vari<br />
settori. Per esempio, sarà<br />
in grado di migliorare la<br />
sicurezza e l’effi cienza dei<br />
voli per il trasporto di cose<br />
e persone: conoscendo la<br />
direzione dei venti di alta<br />
quota, Galileo suggerisce<br />
le variazioni di rotta<br />
per risparmiare tempo<br />
e carburante. Le stesse<br />
considerazioni valgono<br />
per il trasporto marittimo.<br />
Naturalmente farà, per i<br />
veicoli su strada, quel che<br />
attualmente fanno i sistemi<br />
GPS: fornirà i dati per<br />
trovare le strade più corte<br />
o meno traffi cate.<br />
Grande vantaggio ne<br />
potranno trarre anche i<br />
mezzi di soccorso, ai quali<br />
potrebbe essere indicata<br />
la strada migliore per<br />
arrivare sul luogo di un<br />
incidente evitando gli<br />
ingorghi. Oppure si pensi,<br />
per esempio, a chi si<br />
smarrisce in una località<br />
di montagna: grazie a Galileo,<br />
i soccorritori conoscerebbero<br />
immediatamente<br />
la sua posizione esatta, il<br />
che renderebbe molto più<br />
semplice il loro intervento.<br />
Una particolarità del segnale<br />
del Galileo è l’invio,<br />
da parte dei satelliti, del<br />
messaggio di integrità,<br />
gnale orario ricevuto dice invece<br />
che sono le 14.06.09 e 9/10 di<br />
secondo, signifi ca che il segnale<br />
ha impiegato 1/10 di secondo ad<br />
arrivare a terra; dato che le onde<br />
radio viaggiano ad una velocità<br />
uguale a quella della luce,<br />
approssimabile a 300.000 km/s<br />
(che corrisponde alla velocità di<br />
propagazione nel vuoto) signifi -<br />
Galileo: a che punto siamo?<br />
che avverte l’utente nel<br />
caso il segnale perda<br />
delle informazioni, ovvero<br />
conferma l’esattezza del<br />
segnale ricevuto.<br />
Per Galileo potrebbe esserci<br />
posto in agricoltura,<br />
negli studi di geodesia e<br />
nella verifi ca dello spostamento<br />
millimetrico dei<br />
terreni in seguito al verifi -<br />
carsi di eventi tellurici.<br />
Il segmento spaziale di<br />
Galileo sarà composto a<br />
regime dai trenta satelliti<br />
che orbiteranno a gruppi<br />
di dieci su tre piani orbitali<br />
(del diametro di 59.164<br />
km) in modo da coprire<br />
costantemente il globo<br />
terrestre e ruotare lontano<br />
dagli apparati delle reti<br />
GLONASS e NAVSTAR.<br />
I primi dieci verranno<br />
distribuiti sulle tre orbite<br />
previste, che saranno<br />
inclinate di 56° rispetto al<br />
piano equatoriale; ruoteranno<br />
compiendo un giro<br />
di rivoluzione completo<br />
in 14 ore. Ogni satellite<br />
avrà a bordo due orologi<br />
atomici di nuovissima<br />
generazione.<br />
Galileo è controllato da un<br />
segmento a terra, che dialogherà<br />
con le stazioni di<br />
coordinamento dei segnali<br />
tra i vari satelliti; a riguardo,<br />
oltre alla realizzazione<br />
di una rete mondiale di<br />
sistemi di rilevamento<br />
dati (auspicabilmente<br />
condivisa con quella del<br />
GPS) si prevedono oltre<br />
100 stazioni in tutte le<br />
parti del mondo. Il pro-<br />
blema pratico è la ridotta<br />
estensione dell’Europa e<br />
la necessità di collocare<br />
le stazioni in luoghi del<br />
mondo che permettano<br />
di trasmettere in tutto lo<br />
spazio occupato dai satelliti.<br />
Ciò passerà per l’ottenimento<br />
di concessioni<br />
da parte di altre nazioni<br />
legate all’Europa. Per controllare<br />
costantemente la<br />
costellazione di satelliti in<br />
orbita, si opera dai Centri<br />
di Controllo, che sono uno<br />
primario (in Germania)<br />
ed uno di riserva (Italia);<br />
entrambi servono anche<br />
alla sincronizzazione degli<br />
orologi atomici imbarcati,<br />
l’elaborazione del segnale<br />
di integrità e il trattamento<br />
dei dati trasmessi. I<br />
centri, denominati GCC<br />
(Galileo Control Centers)<br />
provvedono al controllo<br />
centralizzato della componente<br />
spaziale e di quella<br />
terrestre, costituendo così<br />
il cuore dell’intero sistema.<br />
Nei GCC si effettuano<br />
le operazioni di routine<br />
per il controllo orbitale<br />
dei satelliti, ma anche le<br />
diverse e delicate operazioni<br />
di gestione e verifi ca<br />
del segnale radio emesso<br />
dai satelliti. Per conoscere<br />
lo stato e gli sviluppi futuri<br />
del progetto del Galileo è<br />
possibile visitare la pagina<br />
web dell’ESA www.esa.<br />
int/esaNA/galileo.html<br />
o il sito italiano dell’ESA,<br />
www.esa.int/esaCP/<br />
ESAGP2MBAMC_Italy_0.<br />
html.<br />
ca che il segnale del satellite ha<br />
percorso 30.000 km.<br />
Ricevendo quattro segnali, il<br />
ricevitore può determinare la<br />
propria posizione rispetto ai<br />
satelliti che l’hanno trasmesso,<br />
dato che di essi si conosce la<br />
posizione nello spazio; infatti<br />
ognuno dice chi è ed il ricevitore<br />
dispone di una tabella con le<br />
Elettronica In ~ Febbraio 2011 101
Navstar: dove nasce il GPS<br />
La base del GPS, anche<br />
detta SPS, è il Navstar<br />
americano, che consta<br />
di una porzione collocata<br />
nello spazio (segmento<br />
spaziale) ed una a terra<br />
(segmento di terra) a sua<br />
volta divisa i due parti.<br />
Il segmento spaziale<br />
consiste in 28 satelliti<br />
(24 operativi e almeno 4<br />
pronti a rimpiazzare quelli<br />
che dovessero guastarsi)<br />
posti in orbita non<br />
geostazionaria intorno<br />
alla Terra e collocati su<br />
sei piani orbitali a 26.560<br />
km rispetto al centro della<br />
Terra; essi compiono un<br />
giro di rivoluzione, lungo<br />
166.796,8 km, in 12 ore.<br />
Ogni orbita ospita quattro<br />
satelliti ed è inclinata<br />
di 55° rispetto al piano<br />
dell’equatore; le sei orbite<br />
distano tra loro 60° esatti<br />
(6 x 60° = 360°). Il gruppo<br />
di satelliti originario è<br />
stato completato nel 1993<br />
ed ha iniziato a lavorare<br />
l’8 dicembre di quell’anno;<br />
la piena operatività è stata<br />
raggiunta nel 1995.<br />
Siccome i satelliti impiegati<br />
hanno una durata<br />
limitata, la rete satellitare<br />
singole posizioni.<br />
Questo sistema consente di<br />
inviare due segnali: uno estremamente<br />
preciso, ma ad uso<br />
militare (e codifi cato) e l’altro<br />
degradato, ad uso civile; ciò<br />
perché non avrebbe senso mettere<br />
a disposizione di tutti (tra<br />
cui potrebbero esserci potenziali<br />
nemici) lo stesso segnale<br />
che guida i militari. Il segnale<br />
preciso è contenuto nella banda<br />
L2 (1.227,6 MHz) mentre quello<br />
civile si trova nella L1 (1.575,42<br />
MHz) che è l’unica fruibile<br />
dai ricevitori civili. Dato che<br />
il segnale civile permette una<br />
localizzazione grossolana, con<br />
una tolleranza di circa 200 metri,<br />
può essere utilizzato direttamente<br />
nella navigazione marittima<br />
102 Febbraio 2011 ~ Elettronica In<br />
viene aggiornata con lanci<br />
ogni 10 anni, fi nalizzati<br />
alla sostituzione di quei<br />
satelliti che smettono di<br />
funzionare e non possono<br />
più essere rimpiazzati da<br />
quelli di scorta; il prossimo<br />
lancio è previsto avvenga<br />
nel 2012.<br />
La Tabella 1 riepiloga la<br />
collocazione dei satelliti<br />
sulle rispettive orbite, sia<br />
di quelli operativi, sia di<br />
quelli di scorta. Per leggere<br />
correttamente i dati nella<br />
tabella si consideri che<br />
il primo numero identifi ca<br />
il tipo di satellite o, meglio,<br />
il gruppo di appartenenza;<br />
fra parentesi si trova, invece,<br />
il numero del lancio<br />
(relativo alla rete Navstar)<br />
con il quale è stato portato<br />
in orbita. Attualmente già<br />
cinque satelliti sono stati<br />
messi fuori servizio (e non<br />
compaiono nella tabella)<br />
mentre uno andò distrutto,<br />
nel gennaio del 1997, in<br />
un lancio non riuscito.<br />
I gruppi di satelliti indicano<br />
le generazioni; il primo,<br />
detto blocco 1, è rappresentato<br />
dai satelliti usati<br />
durante la sperimentazione<br />
del Navstar e oggi non<br />
esistono più: consisteva in<br />
11 elementi, che ruotavano<br />
su orbite inclinate di<br />
63° e non di 55° come<br />
quelle dell’attuale costellazione.<br />
Dopo il gruppo 1,<br />
sono stati messi in orbita<br />
i blocchi 2 e 2A, tuttora in<br />
funzione, con satelliti sia<br />
operativi che di scorta. La<br />
terza generazione (blocco<br />
2R) è rappresentata da<br />
satelliti già in orbita e che<br />
sono andati a integrare<br />
l’iniziale costellazione di<br />
21 elementi; attualmente<br />
conta sei satelliti, uno dei<br />
quali è di scorta; gradualmente<br />
andrà a sostituire<br />
gli elementi dei gruppi 2 e<br />
2A, man mano che questi<br />
arriveranno alla fi ne della<br />
loro vita. Infi ne, c’è una<br />
quarta generazione (chiamata<br />
blocco 2F) prevista<br />
sia per rimpiazzare satelliti<br />
operativi non più utilizzabili,<br />
sia per operazioni di<br />
manutenzione e assistenza.<br />
Il segmento di terra del<br />
Navstar (Centro di Controllo)<br />
gestisce l’attività<br />
dei satelliti, ossia invia ed<br />
aggiorna l’orologio di sistema,<br />
verifi ca ed aggiorna le<br />
e in quella aerea, dove spazi del<br />
genere sono irrilevanti; nella<br />
localizzazione a terra serve più<br />
accuratezza, che è stata ottenuta<br />
aggiungendo sistemi complementari<br />
in grado di comunicare,<br />
ai ricevitori opportunamente<br />
equipaggiati, informazioni in<br />
grado di correggere l’errore<br />
di rotta dei satelliti e fornire<br />
informazioni in grado di permettere<br />
ai ricevitori, unendole<br />
all’informazione base del<br />
Navstar civile, di arrivare a una<br />
precisione anche inferiore ai due<br />
metri. L’errore nella determinazione<br />
della posizione dipende<br />
essenzialmente da tre fattori: le<br />
deviazioni di rotta dei satelliti e<br />
quindi la differenza tra la posizione<br />
teorica e quella effettiva;<br />
variazioni di rotta, ripete i<br />
segnali da una parte all’altra<br />
del globo. Il segmento<br />
consta di una stazione di<br />
controllo, cinque postazioni<br />
di monitoraggio e tre antenne.<br />
La più importante<br />
è la stazione di controllo<br />
principale (Master Control<br />
Station): genera l’ora di<br />
riferimento del sistema,<br />
verifi ca la condizione e<br />
la posizione dei satelliti<br />
e imposta il formato dei<br />
dati che ciascuno di questi<br />
invia a terra affi nché siano<br />
usati dai ricevitori. Per ragioni<br />
legate alla riduzione<br />
del tempo di trasmissione<br />
dei dati verso i satelliti, la<br />
comunicazione con essi<br />
avviene a frequenze di<br />
alcuni GHz; a tali valori le<br />
onde radio si propagano<br />
praticamente in linea<br />
retta, come la luce, quindi,<br />
affi nché possa ricevere le<br />
informazioni dal segmento<br />
di controllo, un satellite<br />
deve trovarsi in vista<br />
rispetto alla stazione che<br />
le trasmette. Siccome<br />
la stazione è unica, per<br />
come sono collocati i<br />
satelliti non può trovarseli<br />
tutti a vista nello stesso<br />
gli effetti dell’atmosfera sulle<br />
onde radio e, infi ne, le tolleranze<br />
negli orologi dei ricevitori GPS e<br />
quelle di calcolo, abbastanza rilevanti<br />
perché si tratta di gestire<br />
intervalli dell’ordine di centesimi<br />
di secondo. Per ridurre l’errore,<br />
è determinante il numero di<br />
satelliti agganciati dal ricevitore,<br />
perché più sono, più è facile<br />
avvicinarsi alla posizione reale<br />
semplicemente facendo una<br />
media delle distanze ricavate da<br />
ciascuno. La Tabella 2 indica la<br />
rilevanza dei vari effetti sulla<br />
precisione della localizzazione<br />
del Navstar civile.<br />
A limitare l’errore introdotto<br />
dal segnale civile provvedono<br />
sistemi ausiliari di aumento<br />
della precisione (Augmentation
istante; quindi il sistema NAVSTAR prevede una serie di stazioni di ripetizione,<br />
collocate strategicamente. La stazione principale è situata nella base dell’aeronautica<br />
militare di Schriever, in Colorado (U.S.A.) e dialoga con le cinque stazioni<br />
di monitoraggio, collocate nelle isole Hawaii, a Kwajalein, nell’isola Ascension<br />
(Oceano Atlantico) a Diego Garcia (isola dell’arcipelago delle Chagos nell’Oceano<br />
Indiano, che ospita una base militare USA) e a Colorado Springs, passando loro le<br />
informazioni da inviare ai satelliti e ricevendo da essi i dati di manutenzione che<br />
riguardano la costellazione. Sempre a terra, sono posizionate quattro grandi antenne<br />
paraboliche per la ricetrasmissione dei dati dal sistema di controllo ai satelliti e<br />
viceversa; le antenne si trovano una nella solita isola Ascension, una nella stazione<br />
Diego Garcia, una a Kwajalein e l’altra nella base USAF di Colorado Springs. Il<br />
posizionamento delle antenne e delle stazioni di monitoraggio è stato permesso sia<br />
dalla vastità del territorio degli U.S.A., sia dalla collaborazione della Gran Bretagna,<br />
che ha sparse per il mondo, isole che costituiscono vecchie colonie o protettorati.<br />
L’orario del NAVSTAR viene aggiornato a terra e poi trasmesso ai satelliti, dalle<br />
stazioni di monitoraggio loro più vicine, perché a parità di velocità di propagazione<br />
delle onde radio il segnale impiega meno tempo a viaggiare da una stazione a terra<br />
a un satellite, piuttosto che da un satellite all’altro, come accadrebbe se una sola<br />
postazione a terra inviasse l’orario a uno solo dei satelliti e quest’ultimo dovesse<br />
passare l’informazione agli altri. Il sistema di aggiornamento permette di sincronizzare<br />
l’orario dei satelliti dell’intera costellazione garantendo differenze, tra l’uno e<br />
l’altro, non eccedenti il microsecondo; inoltre corregge e aggiorna automaticamente<br />
le effemeridi, che riportano, in determinati orari del giorno (tipicamente alle 24.00<br />
e alle 12.00) le esatte posizioni dei singoli satelliti.<br />
Orbita Satellite 1 Satellite 2 Satellite 3 Satellite 4 Scorta<br />
A 2A-21 (39) 2A-12 (25) 2A-28 (38) 2A-15 (27) 2-4 (19)<br />
B 2A-18 (22) 2A-27 (30) 2-2 (13) 2A-22 (35) 2R-5 (44)<br />
C 2A-24 (36) 2A-25 (33) 2A-19 (31) 2A-20 (37) nessuna<br />
D 2A-11 (24) 2R-3 (46) 2-5 (17) 2A-23 (34) 2-9 (15)<br />
E 2R-4 (51) 2-8 (21) 2A-26 (40) 2R-7 (54) 2A-10 (23)<br />
F 2R-6 (41) 2A-14 (26) 2R-2 (43) 2A-16 (32) 2A-17 (29)<br />
Tabella 1 - Composizione del sistema Navstar o SPS; le sigle vanno lette considerando<br />
che il primo campo è il tipo di satellite mentre il secondo indica il numero nell’attuale<br />
costellazione e il terzo il numero progressivo da quando è stato installato il sistema.<br />
Systems) che insieme al Navstar<br />
formano quello che intendiamo<br />
per GPS. Tali sistemi sono di<br />
due tipi: SBAS (Satellite Based<br />
Augmentation System) e DGPS;<br />
quest’ultimo si avvale di una<br />
rete di computer che acquisisce<br />
i dati sulle condizioni atmosferiche<br />
nelle varie regioni del<br />
mondo e da esse desume quello<br />
che può essere l’effetto sulla<br />
propagazione delle microonde<br />
che trasportano il segnale dei<br />
satelliti. Con questi dati ricava<br />
le informazioni per correggere i<br />
tempi di propagazione dei satelliti<br />
visibili dalle zone interessate<br />
e li trasmette via radio (in HF<br />
o VHF) in modo che i ricevitori<br />
DGPS possano riceverli e usarli<br />
per correggere gli errori di rice-<br />
zione. I dati del DGPS possono<br />
anche essere diffusi da Internet,<br />
a benefi cio dei ricevitori collegati<br />
via modem cablato o wireless.<br />
Quanto agli SBAS, si basano su<br />
una rete complementare di satelliti<br />
che inviano a terra segnali<br />
di completamento di quelli del<br />
Navstar; funzionano tutti alla<br />
stessa maniera e sono gestiti da<br />
enti diversi per coprire determinate<br />
zone del Pianeta. I sistemi<br />
WAAS ed EGNOS si appoggiano<br />
su una rete satellitare esistente<br />
da anni e nata per realizzare<br />
il sistema telefonico satellitare<br />
Inmarsat; per l’esattezza, ne<br />
sfruttano tutti e quattro i satelliti.<br />
Il WAAS si serve di due<br />
satelliti visibili dall’America (54°<br />
e 178° a ovest) mentre l’EGNOS<br />
si avvale degli altri due, visibili<br />
dall’Europa (15,5° a ovest e 25° a<br />
est). Inmarsat è la più datata rete<br />
di telefonia satellitare, operante<br />
ormai da circa dieci anni e<br />
basata su quattro satelliti posti<br />
in orbita geostazionaria (cioè<br />
che ruotano insieme alla Terra,<br />
al contrario dei satelliti GPS, che<br />
ruotano indipendentemente)<br />
intorno alla Terra, a una quota<br />
di 41.300 km dal livello del mare,<br />
che copre l’intero globo terrestre.<br />
WAAS è il sistema satellitare di<br />
correzione dell’errore di posizionamento<br />
nato per primo, negli<br />
U.S.A.: è stato sviluppato in<br />
due versioni (WAAS e CWAAS)<br />
che coprono l’intera America<br />
Settentrionale; WAAS (Wide<br />
Area Augmentation System)<br />
fornisce la copertura nella parte<br />
riguardante gli U.S.A. e CWA-<br />
AS riguarda il Canada e il resto<br />
del Nord America. Funziona<br />
appoggiandosi a due satelliti<br />
della rete telefonica satellitare<br />
Inmarsat, che da terra ricevono<br />
le informazioni di correzione e<br />
le ritrasmettono su una banda di<br />
frequenze compatibile con quella<br />
del GPS civile (L1) e con un<br />
formato leggibile dai ricevitori<br />
civili. È operativo dal 2004.<br />
Esiste poi il MSAS (Multi-fun-<br />
Tabella 2 - Cause d’errore nell’indicazione ottenibile dal GPS basato sul solo Navstar.<br />
Causa Scarto sulla localizzazione<br />
Ritardo nella propagazione ionosferica ± 5 m<br />
Ritardo nella propagazione troposferica ± 2,5 m<br />
Differenza fra traiettoria teorica e reale (multipath) ± 1 m<br />
Imprecisione degli effemeridi ± 2,5 m<br />
Errori di calcolo ± 1 m o meno<br />
Tolleranza dell’orologio del satellite ± 2 m<br />
Elettronica In ~ Febbraio 2011 103
In Lombardia<br />
il GPS<br />
è più preciso<br />
Sappiamo che il segreto<br />
della precisione<br />
nella localizzazione<br />
satellitare è nei<br />
sistemi di correzione<br />
dell’errore, i più diffusi<br />
dei quali (DGPS,<br />
WAAS, EGONS) sono sì accessibili<br />
gratuitamente, però consentono una<br />
precisione limitata ad alcuni metri.<br />
È tuttavia possibile determinare la<br />
posizione con una precisione centimetrica,<br />
però in questo caso ecco che<br />
i fornitori di dati di correzione hanno<br />
fi utato il business; infatti, dato che<br />
l’esigenza di localizzare dei punti con<br />
uno scarto di alcuni centimetri è del<br />
settore professionale, chi fornisce dati<br />
precisi se li fa pagare... e bene!<br />
Oltre ai privati, in questo settore sono<br />
scesi in campo enti istituzionali, come<br />
ad esempio la Regione Lombardia,<br />
che per il proprio territorio offre informazioni<br />
di correzione cui i ricevitori<br />
GPS possono accedere solo dietro<br />
pagamento di un canone.<br />
Il servizio è rivolto a chi opera nel<br />
campo della cartografi a e dell’edilizia,<br />
per tracciare i confi ni di terreni e<br />
fabbricati, effettuare registrazioni al<br />
catasto ecc. Lo stesso servizio può<br />
essere sfruttato dall’edilizia stradale<br />
per guidare automaticamente<br />
le macchine operatrici e quelle che<br />
tracciano i percorsi delle strade, ma<br />
anche nell’agricoltura di precisione,<br />
per guidare i trattori e le<br />
mietitrebbie e in generale le<br />
macchine di raccolta automatica,<br />
dritte alle piante da<br />
cui cogliere i frutti.<br />
104 Febbraio 2011 ~ Elettronica In<br />
ctional Satellite Augmentation<br />
System) simile al WAAS, ma<br />
concepito per dare l’ausilio ai ricevitori<br />
GPS operanti nell’Estremo<br />
Oriente (sopra la penisola<br />
nipponica).<br />
EGNOS (European Geographic<br />
Navigation Overlay System)<br />
operativo dall’inizio del 2006, è<br />
il sistema Europeo di correzione<br />
ed è basato su tre elementi:<br />
• una rete di satelliti geostazionari<br />
cui si aggiungerà tra<br />
breve un terzo satellite (Artemis)<br />
il cui segnale al momento<br />
viene solo ricevuto, ma non<br />
acquisito;<br />
• una rete di stazioni terrestri<br />
di elaborazione dei ritardi del<br />
segnale emesso dai satelliti<br />
GPS a causa della ionizzazione<br />
della troposfera;<br />
• le stazioni centrali di elaborazione<br />
dei dati.<br />
I satelliti cui il sistema si appoggia<br />
sono gli altri due dell’Inmarsat,<br />
che, analogamente a quanto<br />
detto per il WAAS, vengono aggiornati<br />
da terra e ritrasmettono<br />
i dati di correzione su frequenze<br />
e con formato compatibili con i<br />
ricevitori GPS ad uso civile.<br />
Le stazioni a terra rilevano<br />
l’errore dei dati trasmessi dai<br />
satelliti GPS, imputabile in<br />
massima parte alla ionizzazione<br />
degli strati più bassi dell’atmosfera,<br />
confrontando la propria<br />
posizione (calcolata tramite i<br />
dati dei satelliti GPS) con i dati<br />
generati dal loro sistema (elaborati<br />
basandosi esclusivamente<br />
sui dati delle orbite dei satelliti<br />
e sulla posizione certifi cata<br />
della stazione). Per estendere<br />
l’area monitorata e dare, con<br />
una sola stazione, dati inerenti<br />
a più zone geografi che, è stata<br />
creata una “rete” di punti di<br />
rilevamento capaci di valutare<br />
il margine di errore relativo a<br />
ciascuno di essi e informarne la<br />
stazione. Le stazioni di elaborazione<br />
dell’errore dei dati GPS<br />
sono sparse su tutto il territorio<br />
europeo e rilevano ciascuna un<br />
modello di errore valido per la<br />
zona di pertinenza. I dati rilevati<br />
vengono inviati a una stazione<br />
centrale di elaborazione. Ciò<br />
realizza un reticolo di fattori di<br />
correzione molto fi tto, i cui dati<br />
vengono aggiornati in tempo<br />
reale, in quanto le condizioni di<br />
propagazione del segnale GPS<br />
attraverso l’atmosfera mutano<br />
rapidamente in relazione alla<br />
situazione meteo.<br />
I fattori di correzione vengono<br />
inviati ai satelliti WAAS/<br />
EGNOS, per poter essere<br />
fi nalmente ritrasmessi a terra<br />
utilizzando la frequenza GPS<br />
(esattamente la L1) e ricevuti<br />
dai terminali utente abilitati. Il<br />
terminale che li riceve seleziona<br />
i dati validi per i punti del “reticolo”<br />
a lui più vicini e li applica<br />
ai satelliti che sta ricevendo in<br />
quel momento ed utilizzando<br />
per il calcolo della sua posizione.<br />
L’area di copertura del sistema<br />
è attualmente estesa, oltre<br />
che all’Europa, anche a tutto il<br />
Nord Africa (compresi Marocco<br />
settentrionale, Tunisia, Algeria<br />
e Libia). Trovate le informazioni<br />
riguardanti il Navstar e i sistemi<br />
che collaborano a realizzare il<br />
GPS, sul sito www.gps.org.<br />
GPS E GNSS<br />
Oggi non ha più senso parlare<br />
solo di GPS, perché operano o<br />
sono in fase di completamento<br />
altri sistemi che, a seconda degli<br />
equilibri politico-economici, potranno<br />
essere complementari o<br />
alternativi. Tutti insieme formano<br />
il GNSS (Global Navigation<br />
Satellite System) che sfruttato<br />
correttamente consentirà di<br />
condensare tutte le prerogative<br />
dei singoli sistemi. Il più datato<br />
dei sistemi alternativi al GPS è
il russo GLONASS, che però ha<br />
attraversato una fase di restauro,<br />
dopo che per carenza di fondi<br />
molti dei suoi componenti sono<br />
andati fuori servizio e qualche<br />
satellite ha rischiato di ricadere<br />
sulla Terra. Concettualmente<br />
funziona come il GPS, cioè si<br />
basa sulla trasmissione a terra<br />
del segnale orario e di altri dati.<br />
Di recente, alla luce del rinnovo<br />
e potenziamento del GLONASS,<br />
sono stati realizzati ricevitori<br />
GPS in grado di avvalersi dei<br />
segnali di questo sistema; ciò<br />
permette un incremento della<br />
precisione combinando i due<br />
segnali e confrontandoli tra loro.<br />
Case come Nokia, Motorola e<br />
Qualcomm sono interessate a<br />
dotare i propri apparati di chip<br />
per la ricezione del segnale russo.<br />
E il governo russo ha speso<br />
molto denaro per rilanciare il<br />
GLONASS e pare che intenda<br />
recuperarli incentivando l’acquisto<br />
di apparati che ricevano<br />
il suo segnale e disincentivando<br />
chi vuol comperare smartphone<br />
privi del ricevitore GLONASS<br />
(si parla di dazi che gravano sul<br />
25 % del valore entro il 2012).<br />
Il terzo e più giovane sistema<br />
di localizzazione da satellite è<br />
quello cinese, evolutosi in due<br />
fasi: nella prima era basato su<br />
ricevitori che comunicavano con<br />
i satelliti, mentre la versione<br />
odierna è più simile al GPS. Se<br />
i cinesi lo renderanno accessibile,<br />
consentirà ai ricevitori, in<br />
grado di sfruttarne il segnale, di<br />
aumentare la precisione.<br />
GALILEO<br />
Più interessante di tutti è il<br />
sistema dell’ESA (Ente Spaziale<br />
Europeo) che è nato per ultimo<br />
e ancora deve essere completato:<br />
la fi losofi a di Galileo è nettamente<br />
diversa da quella dei<br />
concorrenti, in quanto il sistema<br />
nasce per scopi civili e non mi-<br />
Anche i cinesi<br />
sanno dove siamo<br />
A partire dal 2000 la Cina ha messo<br />
in orbita un proprio sistema di<br />
localizzazione satellitare chiamato<br />
Beidou 1 (Beidou signifi ca “stella<br />
polare”) che copre solamente la<br />
Cina e i paesi limitrofi . A differenza<br />
di GLONASS e Galileo, la copertura<br />
di Beidou 1 è limitata a 70÷140<br />
gradi est e 5÷55 gradi nord, in<br />
quanto i satelliti sono appena quattro<br />
e sono geostazionari. Inoltre, a<br />
differenza di un ricevitore GPS, che<br />
non trasmette alcunché, un terminale<br />
Beidou 1 è un ricetrasmettitore:<br />
deve sia ricevere il segnale<br />
dei satelliti della costellazione<br />
cinese, sia trasmettere un segnale<br />
radio verso di essi, il che implica<br />
l’adozione di potenti trasmettitori,<br />
commutatori ricezione/trasmissione<br />
per usare un’unica antenna e il<br />
consumo di molta corrente, cosa<br />
che limita gli apparati all’uso sui<br />
veicoli a motore.<br />
Comprendendo i limiti di questo<br />
suo sistema, la Cina, oltre ad aver<br />
chiesto la partecipazione al progetto<br />
Galileo, ha avviato la costruzione<br />
della seconda generazione<br />
del proprio sistema satellitare,<br />
chiamato Beidou 2, che ricalcherà<br />
i principi tecnico/operativi di<br />
GPS, GLONASS e Galileo, grazie a<br />
35 satelliti in orbita bassa. Entro<br />
il 2012 si suppone che Beidou<br />
diverrà operativo sopra la Cina e le<br />
regioni vicine, mentre per il 2020<br />
si ipotizza la copertura mondiale. Il<br />
primo satellite del Beidou 2 (chiamato<br />
Compass-M1) è stato messo<br />
litari, come è invece per Navstar,<br />
GLONASS e Beidou. In Galileo,<br />
oltre al segnale per la localizzazione,<br />
i satelliti possono rendere<br />
disponibili numerosi dati e<br />
servizi, alcuni dei quali saranno<br />
ad uso pubblico e di pubblica<br />
utilità ed altri verranno venduti.<br />
Dunque, si tratta di un concetto<br />
innovativo e quando sarà operativo,<br />
i ricevitori multistandard<br />
potranno benefi ciare anche del<br />
suo segnale. Già esistono ricevi-<br />
in orbita nell’aprile 2007; il secondo<br />
satellite (Compass-G2) è stato<br />
lanciato il 15 Aprile 2009 ed il terzo<br />
(Compass-G1) è stato messo in orbita<br />
dal vettore LM-3C nel gennaio 2010.<br />
Il quarto è stato collocato il 2 giugno<br />
scorso ed il quinto, portato in orbita<br />
dal vettore LM-3I, il primo agosto,<br />
sempre del 2010. Tre mesi più tardi<br />
(1 novembre 2010) è stato messo<br />
in orbita anche il sesto satellite; il<br />
settimo sarà lanciato a breve. Dal<br />
gennaio 2010 è operativo un sito web<br />
che aggiorna sull’attività del sistema<br />
Beidou: si tratta di www.beidou.gov.<br />
cn. Un altro interessante sito, che<br />
si occupa dell’attività aerospaziale<br />
cinese ma non è governativo, è www.<br />
sinodefence.com/default.asp.<br />
tori in grado di ricevere i segnali<br />
GPS e Galileo, sebbene attualmente<br />
la costellazione europea<br />
sia incompleta.<br />
Galileo è certamente uno<br />
dei progetti più ambiziosi<br />
dell’Unione Europea, con potenzialità<br />
di impiego straordinarie<br />
in quasi tutti i settori: energia,<br />
trasporti terrestri marittimi e<br />
navali, sicurezza, agricoltura,<br />
fi nanza. Galileo nasce dalla<br />
considerazione che i sistemi esi-<br />
Elettronica In ~ Febbraio 2011 105
Tabella 3 - Caratteristiche principali dei segnali attualmente utilizzati nei sistemi GPS, Galileo e EGNOS.<br />
Sistema Banda<br />
Servizio<br />
fornito<br />
Tipo di<br />
modulazione<br />
Code Rate<br />
(Mcps)<br />
Data Rate<br />
(bps)<br />
Frequenza di centro<br />
banda (MHz)<br />
Larghezza di<br />
banda (MHz)<br />
Sensibilità richiesta<br />
al ricevitore (dBW)<br />
GPS L1 SPS, PPS BPSK<br />
1.023 (C/A),<br />
10,23 (P)<br />
50 157.542<br />
2.046 (C/A)<br />
20,46 (P)<br />
-158.5 (C/A)<br />
-161.5 (P)<br />
GPS L2 SPS, PPS BPSK<br />
0,5115 (C/A),<br />
5,115 (P)<br />
50 1.227,60<br />
1.023 (C/A)<br />
10,23 (P)<br />
-158.5 (C/A),<br />
-161.5 (P)<br />
GPS L5 SPS BPSK 10,23 25 1.176,45 24 -157.9<br />
Galileo E1 OS, CS, SoL BOC(1,1) 1.023 125 1.575,42 24,552 -157<br />
Galileo E6 CS BPSK 5,115 500 1.278,75 40,92 -155<br />
Galileo<br />
Galileo<br />
E5a<br />
E5b<br />
OS<br />
OS, CS, SoL<br />
AltBOC(15,10)<br />
10,23<br />
10,23<br />
25<br />
125<br />
1.176,45<br />
1.207,14<br />
51,15<br />
-155<br />
-155<br />
SBAS L1 SPS, SoL BPSK 1.023 250 1.575,42 2.046 -161<br />
Tabella 4 - Caratteristiche principali dei segnali previsti per i sistemi GPS e Galileo.<br />
Sistema Banda<br />
Servizio<br />
fornito<br />
Tipo di<br />
modulazione<br />
GPS L2/ L2C Civil BPSK<br />
GPS L5 Civil QPSK<br />
GPS<br />
L1-L2/ M<br />
code<br />
GPS L1/ L1C Civil<br />
Military BOC(10,5)<br />
BOC(1,1) or<br />
TMBOC<br />
stenti, sebbene utilizzati anche<br />
per scopi diversi, restano essenzialmente<br />
strumenti militari e<br />
possono essere resi inaccessibili<br />
ai civili o limitati nelle funzionalità<br />
per esigenze belliche.<br />
Il principale obiettivo del<br />
programma Galileo è quello di<br />
fornire maggior precisione nella<br />
geo-localizzazione rispetto a<br />
quella attualmente fornita dal<br />
GPS, aumentare la copertura<br />
globale soprattutto nelle regioni<br />
a maggior latitudine (> 75°),<br />
rendere maggiormente disponibile<br />
il suo segnale nelle aree<br />
urbane ed avere una elevata<br />
continuità di servizio. Sebbene<br />
sia stato pensato per essere<br />
indipendente ed autosuffi ciente,<br />
Galileo sarà interoperabile con<br />
il GPS. Un passo signifi cativo<br />
nello sviluppo è stata l’inaugurazione<br />
-il 20 dicembre scorso-<br />
del Centro di Controllo a terra<br />
(GCC), situato presso il centro<br />
spaziale di Telespazio, nel<br />
106 Febbraio 2011 ~ Elettronica In<br />
Code Rate<br />
(Mcps)<br />
0.5115 (CM),<br />
0.5115 (CL)<br />
10.23 (I5),<br />
10.23 (Q5)<br />
cryptography<br />
generated<br />
1.023 (CP/D),<br />
100 (CO)<br />
Data Rate<br />
(bps)<br />
Fucino che, insieme a quello di<br />
Oberpfaffenhofen (in Germania)<br />
è il punto da cui i satelliti ricevono<br />
i dati di aggiornamento<br />
e inviano a terra tutte le informazioni<br />
di diagnostica e quelle<br />
utili ad informare il sistema sul<br />
cambiamento di rotta e posizione.<br />
Il centro si estende per 5.000<br />
m² e a regime ospiterà oltre 100<br />
tecnici e operatori specializzati<br />
che gestiranno i 30 satelliti e<br />
le attività operative relative<br />
al funzionamento del sistema;<br />
dalla sala controllo principale si<br />
potrà monitorare e modifi care<br />
l’orbita di tutti i satelliti della<br />
costellazione e coordinare una<br />
rete di circa 40 stazioni terrestri<br />
dislocate. La collocazione sul<br />
territorio italiano assegna al<br />
nostro Paese un ruolo chiave nel<br />
progetto Galileo.<br />
Nel 2014 Galileo fornirà un<br />
servizio aperto e gratuito, uno<br />
di ricerca e salvataggio ed un<br />
servizio pubblico regolamentato.<br />
Frequenza di centro<br />
banda (MHz)<br />
Larghezza di<br />
banda (MHz)<br />
Sensibilità richiesta<br />
al ricevitore (dBW)<br />
50 1.227,60 2.046 -160<br />
50 1.176,45 20,46 -154.9<br />
N/A 1.575,42-1.227,60 30,69 -158<br />
50 or 75 1.575,42 4,092 -157<br />
Galileo E1/ OS E1 OS CBOC(6,1,1/11) 1.023 125 1.575,42 4,092 -160<br />
Galileo E1/ PRS PRS BOCcos(15,2.5) 2.5575 N/A 1.575,42 35,805 N/A<br />
Sono previsti inoltre i servizi<br />
per la sicurezza delle persone<br />
e quello commerciale, che<br />
saranno testati quando Galileo<br />
avrà raggiunto la piena capacità<br />
operativa, con la messa in<br />
orbita di tutti e 30 i satelliti che<br />
ne comporranno la costellazione.<br />
Saranno inoltre sviluppate<br />
applicazioni in diversi settori,<br />
quali trasporto stradale, aereo,<br />
ferroviario e marittimo, agricoltura,<br />
telecomunicazioni, geodesia,<br />
cartografi a, ricerche gas/<br />
petrolifere e minerarie.<br />
Il costo totale del progetto<br />
Galileo è di circa 3,4 miliardi di<br />
euro ed è fi nanziato sia da fondi<br />
pubblici, sia dall’intervento di<br />
sponsor privati che hanno già<br />
stanziato 100 milioni di euro per<br />
quest’anno. I fi nanziatori privati<br />
potranno avere un ritorno economico<br />
dalla partecipazione agli<br />
utili derivanti dalla vendita dei<br />
servizi; ma anche dai risparmi<br />
legati all’uso del sistema: ad
esempio, si stima che per ogni<br />
punto percentuale di riduzione<br />
del tempo di viaggio stradale<br />
(e perciò di inquinamento, di<br />
incidenti, di traffi co) ottenibile<br />
da Galileo, si possano risparmiare<br />
circa 200 miliardi di<br />
euro. Nell’aviazione, la stessa<br />
riduzione può essere di circa 0,5<br />
miliardi di euro.<br />
Si calcola anche che i benefi -<br />
ci economici legati all’uso di<br />
Galileo saranno, nel ventennio<br />
2000÷2020, quantifi cabili in 74<br />
miliardi di euro; cifre estremamente<br />
elevate, che garantiscono<br />
guadagni con margini di rischio<br />
piuttosto ridotti, tenendo conto<br />
che le potenzialità di Galileo<br />
vanno ben oltre una riduzione<br />
dell’1 %. Anche la Cina, nel 2003<br />
ha annunciato di partecipare al<br />
progetto Galileo, con un investimento<br />
di 230 milioni di euro, in<br />
cambio dell’accesso ai servizi.<br />
Proprio l’intenzione di vendere<br />
parte dei servizi per recuperare<br />
l’investimento e quindi la<br />
disponibilità solo in parte delle<br />
potenzialità del sistema, ha creato<br />
qualche attrito con la Comunità<br />
Scientifi ca Internazionale,<br />
dato che sia GPS che GLONASS<br />
sono accessibili gratuitamente.<br />
Nell’intento di “ricucire lo<br />
strappo”, gli sviluppatori del<br />
sistema Galileo stanno mediando<br />
tra gli interessi economici dei<br />
fi nanziatori e quelli della futura<br />
utenza.<br />
La gestione di Galileo sarà<br />
affi data a una struttura formata<br />
da membri della Commissione<br />
Europea e dell’ESA, anche se si<br />
pensa già a costituire un’agenzia<br />
specifi ca con il compito<br />
di sviluppare e coordinare il<br />
progetto; in quest’ottica, Roma<br />
sembra sia il posto più adatto.<br />
Secondo le aspettative, la copertura<br />
del Galileo sarà più uniforme<br />
di quella del GPS: il 95 % del<br />
territorio urbano contro il 50 %;<br />
si stima che 160 milioni di veicoli<br />
in Europa potranno usufruire<br />
di questo servizio e che la capillare<br />
infi ltrazione del segnale<br />
Galileo renderà possibile l’uso<br />
della navigazione satellitare in<br />
zone densamente urbanizzate,<br />
all’interno di edifi ci e persino<br />
nei trafori, senza bisogno di<br />
sistemi di guida probabilistica<br />
quali il Dead Reckoning.<br />
La precisione e la disponibilità<br />
del segnale saranno di aiuto<br />
al settore delle assicurazioni<br />
per rintracciare i veicoli rubati,<br />
registrare la percorrenza dei<br />
veicoli nel caso questa determini<br />
particolarità tariffarie, seguire i<br />
movimenti di merci pericolose,<br />
ma anche nell’aviazione.<br />
I SERVIZI OFFERTI DA GALILEO<br />
Compatibilmente con la banda<br />
disponibile secondo le direttive<br />
della WARC (World Administrative<br />
Radio Conference) il<br />
sistema Galileo sarà in grado di<br />
offrire servizi di vario tipo, che<br />
possono essere riassunti in due<br />
categorie:<br />
• Open Service; è il servizio<br />
gratuito destinato a navigazione,<br />
controllo di mezzi<br />
di trasporto, ricerca e salvataggio<br />
e metterà in grado<br />
qualsiasi utente provvisto del<br />
terminale Galileo di conoscere<br />
la propria posizione;<br />
l’accuratezza del calcolo<br />
della posizione sarà migliore<br />
rispetto al GPS attuale; il<br />
servizio di localizzazione ed<br />
il broadcast del segnale orario<br />
sarà di libero accesso; Open<br />
Service non garantisce la continuità<br />
del servizio e neppure<br />
l’informazione di integrità del<br />
segnale;<br />
• Public Regulated Service<br />
(PRS); si basa su un segnale<br />
cifrato di cui è garantita la<br />
continuità, utilizzato essenzialmente<br />
da organi di<br />
Pubblica Sicurezza, come ad<br />
esempio le forze di Polizia, la<br />
Protezione Civile, le Forze<br />
Armate per trasmissioni sicure;<br />
i servizi PRS sfrutteranno<br />
un canale di comunicazione<br />
controllato dai governi<br />
degli stati membri dell’UE<br />
e potrebbero essere utili, fra<br />
l’altro, per migliorare gli<br />
strumenti e i mezzi utilizzati<br />
dall’Unione Europea nella<br />
lotta contro le esportazioni<br />
illegali e l’immigrazione clandestina.<br />
Molto importante sarà il Safetyof-life<br />
service, destinato ai<br />
casi in cui alle prestazioni del<br />
sistema è legata in qualche<br />
modo la sicurezza delle persone;<br />
oltre alle prestazioni dell’Open<br />
Service, garantirà un segnale<br />
di integrità che avviserà tempestivamente<br />
l’utente nel caso<br />
in cui le prestazioni del sistema<br />
dovessero risultare degradate.<br />
Questo servizio è rivolto<br />
specialmente alla sicurezza dei<br />
trasporti marittimi, aeronautici<br />
e ferroviari; la Galileo Operating<br />
Company garantirà il servizio,<br />
certifi cherà gli apparati e avrà la<br />
responsabilità della funzionalità<br />
del sistema.<br />
Galileo sarà impiegato anche<br />
a sostegno dell’aeronautica; a<br />
questo proposito e con il contributo<br />
dell’Università di Pisa, è in<br />
atto uno studio per verifi care la<br />
possibilità di installare a bordo<br />
di un UAV (Unmanned Aircraft<br />
Vehicle) un sistema di guida<br />
basato su Galileo. Proprio gli<br />
UAV potrebbero essere usati in<br />
modo intensivo per il controllo<br />
del territorio o per il controllo di<br />
eventi catastrofi ci laddove l’intervento<br />
dell’uomo può essere<br />
pericoloso, come negli incendi,<br />
nelle tempeste, o negli uragani.<br />
Per limitare il rischio che un<br />
UAV, a causa di una perdita<br />
Elettronica In ~ Febbraio 2011 107
Il GLONASS rinasce dalle sue ceneri<br />
Acronimo di GLObal’naya<br />
NAvigatsionnaya Sputnikovaya<br />
Sistema, è il sistema<br />
di posizionamento globale<br />
russo o meglio, sovietico,<br />
dato che risale all’epoca<br />
dell’ex U.R.S.S. Somiglia<br />
al GPS e dal 1995 si può<br />
usarlo per usi civili, non<br />
a caso esistono ricevitori<br />
combinati GPS/GLONASS.<br />
Il GLONASS nacque intorno<br />
al 1960, quando sorse<br />
l’esigenza di un sistema<br />
per la guida dei missili balistici,<br />
perché l’esistente<br />
Tsiklon era troppo lento. I<br />
primi satelliti furono lanciati<br />
nel 1982, ma, dopo<br />
appena sette anni, 16 su<br />
24 erano già fuori uso e<br />
quindi solo 8 risultavano<br />
operativi; colpa della crisi<br />
del segnale di controllo possa<br />
cadere in modo incontrollato, si<br />
sta pensando all’uso di Galileo<br />
per interagire con un sistema<br />
di guida autonomo e autogestito<br />
che prenda il controllo<br />
dell’aereo e lo faccia atterrare<br />
al sicuro.<br />
NON SOLO NAVIGATORI<br />
Il miglioramento della localiz-<br />
108 Febbraio 2011 ~ Elettronica In<br />
economica che investì<br />
l’ex Unione Sovietica.<br />
Nel gennaio 1996, con la<br />
disponibilità di nuovi fondi,<br />
i russi hanno completato<br />
la loro costellazione di 24<br />
satelliti (21 operativi più<br />
tre di scorta) anche se si<br />
poteva sfruttarne sì e no<br />
la metà. Nel 2002 è stato<br />
dato il via al programma<br />
di rinnovo del GLONASS,<br />
che prevede la messa in<br />
orbita di 24 satelliti entro<br />
il 2010, ad un ritmo di un<br />
lancio all’anno, ciascuno<br />
dei quali porterà nello spazio<br />
due o tre satelliti.<br />
Attualmente la costellazione<br />
è composta da<br />
satelliti tipo GLONASS<br />
e GLONASS-M; questi<br />
ultimi sono tecnicamente<br />
migliori dei precedenti e<br />
più longevi (7÷8 anni di<br />
vita). Attualmente, sono<br />
disponibili satelliti di terza<br />
generazione (GLONASS-K)<br />
che sostituiranno quelli in<br />
orbita e dureranno 10 anni.<br />
I satelliti della rete russa<br />
ruotano su 3 piani orbitali<br />
(spaziati tra loro di 120°)<br />
ognuno dei quali ospita<br />
8 satelliti (identifi cati da<br />
un numero di slot che<br />
defi nisce il piano orbitale<br />
e la posizione all’interno<br />
del piano) che compiono<br />
ciascuno un giro completo<br />
in 11 ore e 15 minuti<br />
primi. L’inclinazione dei<br />
piani orbitali è 64,8° e le<br />
orbite sono circolari, con<br />
raggio (distanza dal centro<br />
della Terra) di 25.460 Km<br />
zazione reso possibile dal GPS<br />
ha stimolato la ricerca di nuove<br />
applicazioni e l’impiego del<br />
sistema in ambiti che prima<br />
erano territorio di caccia di<br />
altre tecnologie; uno di questi<br />
è il settore aeronautico, dove<br />
si mira a sostituire con il GPS<br />
il radar di terra. In America<br />
è in fase di test una rete di<br />
sfruttamento dei dati mirata ai<br />
(19.140 km dal livello<br />
del mare). Nel GLONASS i<br />
segnali trasmessi da ciascun<br />
satellite sono simili a<br />
quelli del NAVSTAR: ci sono<br />
una portante L1 a 1.602<br />
MHz ed una L2 a 1.246<br />
MHz, modulate in fase con<br />
codici C/A di 511 kHz e P<br />
di 5,11 MHz, ma non sono<br />
previsti né degrado del segnale<br />
civile né crittografi a,<br />
però le portanti possono<br />
essere variate. Come il<br />
GPS, il GLONASS consta di<br />
un segmento spaziale (che<br />
oltre ai 24 ordinari ospita<br />
due satelliti geodetici<br />
Etalon usati per valutare<br />
il campo gravitazionale<br />
all’altitudine e inclinazione<br />
pianifi cate) e uno di terra<br />
interamente collocato nel<br />
territorio dell’ex Unione<br />
Sovietica. Il GCC è a Mosca<br />
e le stazioni di tracciamento<br />
e telemetria sono a<br />
San Pietroburgo (Russia)<br />
Ternopol (Ucraina) Eniseisk<br />
e Komsomolsk-na-Amure<br />
(Russia). Lo stato attuale<br />
del GLONASS può essere<br />
consultato sul sito www.<br />
glonass.it, che attinge al<br />
sito uffi ciale russo www.<br />
glonass-ianc.rsa.ru/ di cui<br />
segnaliamo le pagine sulla<br />
composizione della costellazione<br />
(www.glonass-ianc.<br />
rsa.ru/pls/htmldb/f?p=20<br />
2:20:2445262893636619<br />
::NO) e la posizione dei satelliti<br />
in tempo reale (www.<br />
glonass-ianc.rsa.ru/pls/<br />
htmldb/f?p=202:22:22879<br />
31196958844::NO:::).<br />
vari momenti dell’assistenza<br />
al volo. Potendo disporre di<br />
informazioni meteorologiche,<br />
normalmente utilizzate per<br />
determinare gli effetti dell’atmosfera<br />
sul segnale del GPS,<br />
il WAAS dà un valido aiuto<br />
anche per quel che riguarda le<br />
indicazioni meteo, ai velivoli<br />
la cui strumentazione di bordo<br />
prevede la guida assistita in
caso di forti perturbazioni,<br />
vuoti d’aria ecc.<br />
Grazie al WAAS è stato realizzato<br />
il LAAS (acronimo di Local<br />
Area Augmentation System)<br />
un sistema installato negli<br />
aeroporti principali o al centro<br />
di più aeroporti vicini: una<br />
stazione LAAS copre un’area<br />
circolare che ha da 30 a 50 km<br />
di raggio e viene usata per le<br />
operazioni di terra, ma anche<br />
per atterraggio e decollo. Invia<br />
il segnale di correzione attraverso<br />
un collegamento radio<br />
VHF (la stessa banda sulla quale<br />
comunicano aerei e torri di<br />
controllo) similmente al DGPS<br />
e nelle intenzioni degli sviluppatori<br />
servirà a localizzare con<br />
estrema precisione gli aerei in<br />
fase di decollo o atterraggio ed<br />
evitare che, in condizioni di<br />
pessima visibilità, possano verifi<br />
carsi collisioni. Nel Nordamerica<br />
il WAAS viene sfruttato<br />
come ausilio alla navigazione<br />
aerea nelle zone dove non c’è<br />
suffi ciente strumentazione di<br />
terra.<br />
Anche l’europeo EGNOS è<br />
entrato nel settore aeronautico:<br />
il 12 luglio scorso l’ICAO<br />
(International Civil Aviation<br />
Organization) ha certifi cato<br />
l’adozione del sistema come<br />
ausilio al trasporto aereo, in<br />
sostituzione o complemento<br />
dell’ILS, che garantisce una<br />
precisione in avvicinamento<br />
di 40 metri lateralmente e 50<br />
metri in verticale, soddisfando<br />
i requisiti dell’ILS Categoria 1.<br />
In occasione dell’approvazione<br />
dell’EGNOS, è stata rimossa la<br />
dicitura “Do not use for safety<br />
applications” che accompagnava<br />
le stringhe dati dell’EGNOS.<br />
Cambiando completamente<br />
ambito, possiamo citare l’adozione<br />
del segnale del GPS<br />
nella cosiddetta “agricoltura di<br />
precisione”, dove le macchine<br />
agricole vengono guidate automaticamente<br />
da sistemi computerizzati<br />
basati sul posizionamento<br />
satellitare; ad esempio<br />
le trebbiatrici seguono percorsi<br />
ben defi niti limitando al minimo<br />
la sovrapposizione tra due<br />
passate vicine e quindi risparmiando<br />
tempo e combustibile.<br />
Inoltre, durante le fasi di raccolta,<br />
speciali macchine guidate<br />
da computer che elaborano i<br />
dati delle foto da satellite e col<br />
segnale del GPS determinano<br />
la posizione della frutta matura.<br />
Lo stesso vale per la semina,<br />
che viene condotta con grande<br />
precisione e in modo automatico<br />
grazie al GPS.<br />
Il posizionamento globale<br />
viene anche in aiuto dei soccorritori<br />
alla ricerca di persone<br />
smarrite: gli escursionisti<br />
trovano da tempo sul mercato<br />
localizzatori estremamente<br />
compatti e alimentati a pile,<br />
trasportabili senza incomodo<br />
e utilissimi laddove dovessero<br />
smarrirsi in montagna.<br />
Ultimamente c’è anche chi usa i<br />
localizzatori nella preparazione<br />
sportiva: chi corre a piedi li impiega<br />
per conoscere dal proprio<br />
computer i chilometri percorsi,<br />
mentre chi va in bicicletta può<br />
fare altrettanto e vedere altresì<br />
<br />
il tracciato percorso.<br />
Elettronica In ~ Febbraio 2011 109