Il principio generale della
determinazione del punto
nave
Ogni misura definisce un luogo di posizione. Il
luogo di posizione è un luogo geometrico ed è
l’insieme dei punti dove presumibilmente si
trova l’osservatore.
A cura del prof. Giuseppe Anginoni
ITN “ Duca degli Abruzzi “ - Napoli
Dalla nave,in un punto prossimo ad un faro la sua
sommità avrà un’altezza angolare ben
determinabile
Se nello stesso istante consideriamo due punti
di riferimento e facciamo due misure si ha:

Tuttavia, da tutti i punti che hanno la
nostra stessa distanza dall’oggetto,
l’angolo avrà sempre lo stesso valore; se
ne deduce che c’è quindi una
circonferenza, che ha il suo centro
sull’oggetto, da dove vedremo la sommità
sempre alla medesima altezza angolare.
Nei punti di intersezione delle due circonferenze un
osservatore può vedere il faro e la statua ad
altezze uguali a quelle misurate
Anche nell’osservazione degli astri dalla loro
altezza vengono fuori delle circonferenze
Coordinate altazimutali
Coordinate orarie
Osservando l’altezza di un astro possiamo costruire
una circonferenza di centro l’astro e di raggio
z=90-hv che è la circonferenza di tutti possibili
zenit di osservatori che vedrebbero l’astro alla
stessa altezza nello stesso istante
Proiettando questa circonferenza sulla terra, lungo
la verticale, con centro nel punto subastrale, e
considerando la circonferenza di stima centrata sul
Ps otteniamo dalla loro intersezione l’arco LL che è
il luogo di posizione che viene fuori dalla misura
Poiché l’arco LL è difficile da disegnare
sulla carta di Mercatore, lo sostituiamo con
l’arco di lossodromia ll in modo tale da
avere :
Cosi come nella navigazione costiera e nella
navigazione astronomica il Pn si può ottenere
anche con l’ausilio dei satelliti, la misura che
facciamo in questo caso è comunque una misura
che ci consente di avere la distanza utentesatellite. Il luogo di posizione ad essa associata è
una sfera di centro il satellite e di raggio la
distanza utente-satellite
Misura della distanza utente-satellite

Tale distanza è calcolata mediante la
semplice equazione cinematica
distanza=(velocità x tempo) dove la
velocità è quella della luce ossia circa
300000 Km al secondo.
Pseudo Range
Luogo di posizione associato alla
misura
Questo è il principio su cui si basa il
sistema satellitare
G.P.S.
Sistemi di navigazione satellitare
esistenti
Esistono attualmente nel mondo due
reti satellitari di radionavigazione :
Il GPS (GlobalPositioningSystem)
Statunitense
Il GLONASS (Global Orbiting
Navigation Satellite System) Russo
Il sistema NAVSTAR meglio noto
come GPS costituisce un sistema
satellitare di navigazione globale,
continuo e tridimensionale. Esso
fornisce la posizione tridimensionale
del punto
La terna di riferimento è la seguente:
Le incognite
Le incognite del ricevitore sono quindi X,Y,Z.
Quindi andrebbero fatte le osservazioni di tre
satelliti che porterebbero a formare un
sistema di tre equazioni in tre incognite
I luoghi di posizione associati
La quarta incognita
Poiché la misura della distanza
avviene tramite la misura del tempo,
tutti gli orologi dovrebbero essere
sincronizzati perfettamente, ma
mentre gli orologi dei satelliti
possono essere ritenuti sincronizzati,
ciò non è possibile per i ricevitori,
quindi si deve introdurre come
ulteriore incognita lo sfasamento dei
tempi tra le scale dei due orologi.
Quindi il sistema di equazione è composto da
quattro equazioni in quattro incognite
(X,Y,Z,t) che richiede la presenza di almeno
quattro satelliti
I luoghi di posizione associati
Il sistema di equazioni
Componenti del Sistema GPS
Il GPS si compone di 3 sottosistemi:
Segmento Spaziale (Space Segment)
Segmento di Controllo (Control Segment)
Segmento Utenti (Users Segment).
Componenti del Sistema GPS
Il Segmento Spaziale si compone di 24
satelliti ognuno dei quali trasmette
informazioni su tempo e posizione;
 Il Segmento di Controllo si compone di
Stazioni a terra le quali monitorano
continuamente i satelliti e che
periodicamente aggiornano le
informazione che verranno trasmesse;
 Il Segmento Utente è composto da
numerosi radio ricevitori che captano e
decodificano i segnali inviati dai satelliti;

Segmenti GPS
Spaziale
Utente
Colorado Springs
Controllo
Segmento Spaziale:

Il sottosistema spaziale NAVSTAR si
compone di una costellazione di 24
satelliti disposti su 6 orbite circolari,
inclinate di 55° rispetto al piano
equatoriale terrestre, il cui raggio è
pari a circa 26000Km.
Segmento Spaziale:
I satelliti percorrono un’orbita in 11
ore e 58 minuti e ripercorrono o
stesso cammino ogni 23 ore e 56
minuti.
 Grazie alla notevole altezza delle
orbite, pari a circa 20000Km dalla
superficie terrestre, almeno 4 satelliti
sono visibili da ogni punto della Terra
in ogni istante.

Segmento spaziale
Segmento di Controllo

Il Control Segment si compone di
tutte le strutture che controllano i
satelliti. Si compone di una stazione
principale e di 5 stazioni a terra
equispaziatelungo l’equatore, la cui
posizione è nota con grande
precisione. In base alle funzioni che
svolgono sono classificate in:Monitor
Stations(MSS), Master Control
Station (MCS) e GroundControl
Stations (GCS).
Segmento di Controllo

La MCS si trova a Colorado
Springs(Colorado, ed è la “Falcon Air
Force Base” gestita da “U.S. Air
Force’s 2nd Space Operations
Squadron (2nd SOPS). Le stazioni di
monitoraggio sono situate presso la
Falcon AFB, Hawaii, Kwajailein,
Diego Garcia, Ascensio, e servono per
ricevere informazioni dai satelliti.
Segmento di Controllo

Nella MCS confluiscono in tempo reale e
vengono processati i dati registrati dalle
MSs, ricavandone le correzioni per le
orbite e per gli orologi dei satelliti.Tali dati
vengono inviati ai satelliti una o due volte
al giorno tramite collegamento radio. Le
comunicazioni fra le varie stazioni base
avvengono tramite il sistema di
comunicazione satellitare della difesa degli
USA (DSCS).
Segmento di controllo
Segmento Utente

E’ costituito da tutti gli utenti civili e
militari dotati di almeno una antenna
e di un ricevitore, capaci di acquisire i
segnali emessi dai satelliti e di
fornire il posizionamento
tridimensionale in tempo reale.
Segmento utente

Forze armate

Navi mercantili

Applicazioni scientifiche

Applicazioni topografiche

Il satellite e il ricevitore a terra
generano uno stesso codice nello
stesso momento e a questo punto si
può misurare il ritardo tra codice
generato internamente nel ricevitore
e quello ricevuto dal satellite. Questo
ritardo è il tempo di propagazione del
segnale, che ci permette di calcolare
la distanza di un ricevitore da un
satellite.
Confronto fra codici
Segnali trasmessi

Ogni satellite NAVSTAR trasmette
grazie a 4 oscillatori ad alta
precisione un segnale
elettromagnetico continuo con
frequenza fondamentale f=10,23MHZ
a partire dalla quale si ottengono le 2
onde portanti che compongono il
segnale:
Segnali trasmessi
L1 a 1575,42 MHZ: trasporta il segnale per
la localizzazione grossolana e il tempo;
 L2 a 1227,60 MHZ: trasporta il segnale per
la localizzazione di precisione;La scelta di
usare due frequenze è dovuta al fatto che
le perturbazioni causate dalla ionosfera
variano in funzione della frequenza e
usandone due se ne possono valutare gli
effetti.

Segnali trasmessi

Le due portanti sono modulate in
fase con dei codici:
C/A code, che modula L1
P code, che modula L1 ed L2
D code, che trasmette il messaggio di
navigazione.
Segnale G.P.S.
Operazioni del ricevitore

Un ricevitore GPS per determinare
con esattezza posizione velocità e
tempo deve effettuare diverse
operazioni:
Ricercare tutti i satelliti visibili e
scegliere quelli in posizione migliore
GDOP “Geometric-Dilution Of Position”:
rappresenta la geometria del sistema, in
merito alla distribuzione dei satelliti
Possibili configurazioni

Good GDOP
bad GDOP
Precisione
IL GPS fornisce due tipi di servizio di
posizione:
 PPS : più preciso, per uso militare, è
disponibile solo a persone
autorizzate. Il segnale che porta tali
informazioni è il P-code trasmesso
sia su L1 che L2.

Precisione

SPS : è un servizio accessibile a tutti
gli utenti GPS, quindi meno accurato
di quello militare. E’ trasmesso dal
C/a code solo su L1.
Precisione

Il DoD(Departmentof Defense) aveva
imposto una degradazione del
segnale (S/A), che comportava una
imprecisione di 100 m, disattivata nel
maggio del 2000.
Fonti di errore

Gli errori commessi dal GPS sono
dovuti a vari fattori:
Inesattezza
sul tempo
Errore nelle effemeridi
Ritardo temporale (atmosfera)
DGPS

Per migliorare la precisione del GPS
si usa il GPS Differenziale (DGPS) che
lavora sulla teoria che ricevitori
prossimi fra loro siano soggetti agli
stessi errori. Se si misura l’errore
sistematico in una posizione nota lo
si può eliminare quando si determina
una posizione vicina ma non nota.
Increasing GPS
Accuracy through
Differential Correction
Base Station (known)
Rover or Remote
(unknown)
DGPS

La stazione base, che è quella di posizione
nota con alta precisione, calcola l’errore di
pseudorange e la relativa correzione per
ciascun satellite in vista. I Rovers
(ricevitori remoti), ricevono tale correzione
e sono così in grado di effettuare le
correzioni sulla stima delle loro posizioni.
Questo procedimento è efficace se stazione
base e Rover non sono eccessivamente
distanti (meno di 150Km), perché devono
vedere gli stessi satelliti con lo stesso
GDOP.
DGPS
Il DGPS non fa differenza fra PPS e SPS e
riduce notevolmente gli errori portando ad
una accuratezza di circa 5 m.
 Per avere una precisione millimetrica si
usa la tecnica della Carrier-Phase DGPS,
che effettua una differenza di fase della
portante che si misura quando uno stesso
segmento arriva a 2 ricevitori fra loro
prossimi (meno di 30 Km).
