RICHIAMI DI
RADIONAVIGAZIONE
SISTEMI DI RADIONAVIGAZIONE
LORAN C
GPS
GLONASS
CARTOGRAFIA
ELETTRONICA
LORAN C
LONG RANGE NAVIGATION
il LORAN-C. Si basa su un certo numero di
stazioni radio, sparse in tutto il mondo e
raggruppate in "catene", ciascuna delle quali
si compone di una stazione "master" e di
stazioni "slave", in numero variabile da due
a cinque e sincronizzate, mediante un
orologio atomico, con la stazione master.
LORAN C
LONG RANGE NAVIGATION
La posizione di tutte queste stazioni, nonchè
le frequenze di trasmissione e tutti i
particolari tecnici necessari sono ovviamente
noti ai naviganti. Periodicamente la stazione
master invia un segnale a cui fanno seguito i
segnali delle stazioni slave. L'apparato
ricevente, a bordo di una nave, è dotato di
un orologio sincronizzato con quello delle
stazioni emittenti ed è quindi in grado di
calcolare la differenza dei tempi di
emissione e di arrivo per ogni stazione.
LORAN C
LONG RANGE NAVIGATION
Nota la velocità di trasmissione delle onde radio,
pari a quella della luce, 300.000 Km./sec, si può
infine calcolare la distanza di ogni stazione.
Esistono infiniti punti sulla Terra che, in un
determinato istante, misurano una certa distanza da
una stazione. Essi si trovano tutti lungo una
circonferenza che ha, al centro, la stazione
emittente. Si determinano così tanti cerchi di
posizione quante sono le stazioni considerate e,
soprattutto, ricevute. La nave si trova
all'intersezione di questi cerchi.
LORAN C
Il sistema si caratterizza per la
semplicità e per il basso costo
di impianto e di esercizio, se lo
si confronta con i costi e le
difficotà tecniche dei sistemi
satellitari, ma non permette
una copertura gobale del
pianeta (ogni stazione ha una
portata di circa 1000 miglia
nautiche) ed ha una precisione
inferiore, dell'ordine del
centinaio di metri, nelle
migliori condizioni di esercizio.
LORAN C
LE STAZIONI DEL
MEDITERRANEO SONO
Sellia Marina (I) MASTER
Lampedusa (I) Slave X
Karga Burun (Tur) Slave Y
Estartit (SP) Slave Z
GPS
GLOBAL POSITION SYSTEM
è un sistema di individuazione
della posizione che utilizza 24
satelliti artificiali, divisi in gruppi
di quattro
(6 x 4 = 24) che ruotano attorno
alla terra alla quota di circa 20.200
Km in orbite distanti fra loro di un
angolo di 60° (6 x 60°=360°)
• 4 ottobre 1957 lancio dello Sputnik 1
• 1964 Lo US Navy Astronautics Department iniziò il
lancio di satelliti dedicati al posizionamento. Il
primo sistema operativo prese il nome di NAVSAT
(Navy NAVigation SATellite).
• 1967 I’ impiego del Navsat viene esteso anche al
mondo civile.
• Fine anni 70 viene sviluppato il NAVSTAR
(NAVigation Satellite Timing And Ranging)
• 1982-1993 Lancio di satelliti russi GLONASS
(Global’naya Navigatsionnaya Sputnikova Sistema)
Il GPS (Global Positioning System) è un sistema di
radioposizionamento spaziale, gestito dal U.S.
Department of Defence (DoD).
Il GPS è stato progettato come un sistema a doppio uso,
l’uso primario è quello militare, il secondario quello
civile.
GPS
Di questi satelliti, 21 sono attivi, mentre tre sono di
scorta, cioè sono in attesa di entrare in funzione quando
qualcuno dei 21 cesserà di essere attivo
E’ previsto anche un piano di manutenzione che ha portato
alla sostituzione di diversi satelliti nel 2002 e prevede il
lancio di altri satelliti nel 2010, per sostituire quelli che man
mano esauriranno le loro capacità
I satelliti G.P.S. generano due diversi segnali di tipo
numerico, che vengono chiamati L1 ed L2, alle
frequenze rispettivamente di 1,5 e 1,2 GHz circa, dei
quali il primo serve per la localizzazione grossolana,
quella di tipo civile, e l’altro per la localizzazione più
precisa, di tipo militare.
Il primo segnale consente la determinazione della
propria posizione con la precisione di circa 100 metri, il
secondo invece, con la precisione del metro.
GPS
I satelliti, dotati di orologi atomici al cesio di
grandissima precisione, che vengono sincronizzati dalla
stazione americana di Colorado Spring ogni qual volta
vi passano sopra, trasmettono in continuazione dati
numerici che comprendono le proprie coordinate X, Y,
Z, e l’istante esatto T di trasmissione.
Questi dati vengono elaborati dal ricevitore il quale,
confrontandoli con il proprio tempo locale (essendo
dotato di orologio al quarzo di precisione funzione del
costo dell’apparato) e conoscendo la velocità delle onde
elettromagnetiche, deduce a che distanza si trova da
ognuno dei satelliti di cui sta ricevendo il segnale.
GPS
Infatti, noto l’istante T1 trasmesso dal satellite in cui è
partito il segnale, e l’istante T2, indicato dall’orologio
locale, in cui il segnale è stato ricevuto a terra, si
conosce il tempo impiegato a percorrere la distanza dal
satellite al ricevitore, ed essendo la velocità della luce c,
nota, la distanza D del satellite dal ricevitore risulta:
D = c (T1 – T2)
La conoscenza della distanza da un solo satellite è un
dato del tutto insufficiente per determinare la propria
posizione, in quanto non è nota la posizione azimutale
né quella zenitale dello stesso, analogamente non è
sufficiente conoscere la distanza da due satelliti; infatti,
l’intersezione di due sfere di raggio noto, cioè le distanze
calcolate, dà luogo ad un cerchio e non ad un punto.
GPS
L’intersezione di tre sfere di raggio noto, invece,
determina due punti, dei quali, ovviamente, uno è di
norma inaccettabile in quanto si trova ad altissima
quota e risulta anche muoversi ad altissima velocità.
Soltanto l’intersezione di quattro sfere di raggio noto,
invece, consente con certezza, di determinare una
posizione univoca nello spazio, il che spiega perché è
necessario aspettare del tempo, anche se si tratta di
minuti, per elaborare i dati, in quanto bisogna aspettare
il passaggio di almeno quattro satelliti ed avere anche il
tempo di effettuare numerosi calcoli ed approssimazioni
successive (circa 30 min.).
I dati del quarto satellite, infatti, oltre a rendere univoca
la soluzione al sistema di quattro equazioni in quattro
incognite, consentono di correggere il valore del tempo
proprio del ricevitore per mezzo dei tempi dei quattro
satelliti.
Le quattro incognite da determinare sono X, Y, Z, T,
cioè le tre coordinate indicanti la posizione geografica
dell’utente fornito di ricevitore, più il tempo proprio che
è indispensabile per determinare con grande precisione
le distanze dei satelliti, distanze che costituiscono i dati
di partenza.
La X rappresenta la longitudine, la Y rappresenta la
latitudine, la Z, la quota sul livello del mare, e T il tempo
proprio, corretto dagli orologi ad altissima precisione
che orbitano sui satelliti.
Errori
• Errori dovuti al rumore
• Errori dovuti al bias
• Errori dovuti a sbagli
Errori dovuti al rumore
• Rumore legato al segnale
trasmesso dal satellite
(1metro)
• Rumore interno al ricevitore
(1 metro)
Errori dovuti al bias
• Errore dovuto alla Selective
•
Availability (SA). E’ un errore
introdotto dalla DoD per degradare
l’accuratezza del servizio SPS da 30
metri a 100 metri. Viene prodotto
alterando la percisione del segnale di
tempo. La SA è differente da satellite
a satellite pertanto il suo valore è
funzione dei satelliti impiegati.
Errori di tempo (1 metro)
Errori dovuti al bias
• Errori nelle effemeridi (1 metro)
• Errore dovuto alla troposfera (1 metro). Dovuto alla
•
•
differente temperatura pressione e umidità della
troposfera in funzione del cambiamento del tempo.
Errore dovuto alla ionosfera (10 metri)
Multipath (0,5 metri). Il multipath è provocato dalla
riflessione dei segnali GPS contro le superfici vicine
al ricevitore.
Errori dovuti alla ionosfera e
alla atmosfera
La correzione dovuta
alla troposfera può
essere valutata
matematicamente.
L’errore residuo è di
circa 10 metri
A causa della
variabilità delle
condizioni della
ionosfera, non è
possibile
l’impiego di un
modello
matematico.
L’errore è di circa
1 metro
Errori dovuti a sbagli
• Errori legati al segmento di controllo dovuti a
•
•
computer o fattori umani (da 1 a centinaia di
chilometri)
Uso non corretto del sistema per esempio datum
errato (da 1 metro a centinaia di metri)
Errori dovuti a malfunzionamento del ricevitore.
Problema Geodetico
Negli anni recenti l’accuratezza della
navigazione è stata incrementata dall’uso dei
satelliti.
L’aumento della accuratezza rende non più
irrilevante il problema geodetico ovvero la
differenza che si ha tra il dato di posizione
letto sul ricevitore e il dato di posizione della
carta.
Il problema nasce dal fatto che spesso la carta
e il ricevitore non utilizzano lo stesso datum.
Problema Geodetico
A seconda del datum utilizzato uno stesso
punto sulla superficie terrestre ha differenti
coordinate.
Come esempio si riportano le coordinate del
faro di South Foreland inghilterra.
51° 08’.39 N – 001° 22’.37E OSGB 36
51° 08’.47 N – 001° 22’.35E ED50
51° 08’.42 N – 001° 22’.26E WGS 72
51° 08’.42 N – 001° 22’.27E WGS 84
Problema Geodetico
ED 50
133
metri
WGS 84
WGS 72
161 metri
11 metri
136 metri
OSGB 36
Problema Geodetico
Esistono solo due metodi per eliminare questo
errore:
– Ricostruire le carte con rilievi effettuati con il
GPS
– Ricalcolare le carte attraverso algoritmi di
conversione tra un datum e l’altro. Questa
seconda via teoricamente più semplice, talvolta è
impossibile per la mancanza di un algoritmo.
Problema Geodetico
E’ quindi necessario effettuare delle campagne
intese a misurare e confrontare i diversi
datum.
Rimangono molte aree del mondo dove queste
misure non sono state effettuate e pertanto
nulla si sa della differenza tra il datum usato
nella carta e il WGS 84.
Problema Geodetico
Ove è stato possibile sono state effettuate
misure e le correzioni relative per passare
dalle coordinate della carta a quelle WGS 84
sono riportate nel titolo della carta stessa.
Si tratta di valori medi validi per tutta la carta.
L’errore che si commette è generalmente
inferiore ai 10 metri.
Nel pacifico sono stati apportati shift di 7
miglia.
GLO.NA.S.S.
GLOBAL NAVIGATION
SATELLITE SYSTEM
•è un sistema satellitare di individuazione
della posizione prodotto dalla Ex. U.R.S.S.
circa nello stesso periodo del G.P.S.
americano e che ha caratteristiche molto
simili, non è criptato e ha anche esso
copertura mondiale
GLO.NA.S.S.
GLOBAL NAVIGATION
SATELLITE SYSTEM
•Questo sistema è dotato di 24 satelliti, ma
suddivisi in tre orbite distanti 120° fra loro e
ad una quota leggermente superiore di
quella dei satelliti G.P.S. (25.510)inoltre la
frequenza di trasmissione è determinata in
base ad un fattore variabile ed il tempo non
corrisponde a quello di Colorado Spring.
G.P.S. + GLO.NA.S.S.
•Nonostante le considerevoli differenze
tecniche fra i due sistemi, esistono già alcuni
fra i migliori ricevitori G.P.S. che possono
ricevere sia l’uno che l’altro sistema ed
ottenere una precisione complessiva simile a
quella di un sistema militare evoluto, cioè
meno di 50 cm., mentre in campo militare si
può ottenere una precisione centimetrica in
meno di 10 minuti potendo contare su 48
satelliti dei quali 11 satelliti sempre visibili
E.C.D.I.S.
Electronic
Chart Display
and
Information
System
La rivoluzione digitale
(Produttore)

Processo di produzione
elettronico

Cambiamento radicale delle
strumentazioni per
posizionamento,
scandagliamento e
processazione

Cartografia digitale (ENC/S57)
che non è più un immagine ma
un file strutturato che contiene
molte più informazioni di
quanto era possibile prima
La rivoluzione digitale
(Utente)
Impatto considerevole ENC/S 57
(Electronic Navigational Chart):
Carta
tradizionale


Aggiornamento automatico
Standard internazionale

Equivalenza
linguaggiolegale alla carta di carta

Il Database cartografico può essere
Il formato è uno
standard internazionale
mantenuto
aggiornato
in
mare
dell’IHO.
Ogni
Istituto
Idrografico
del
continuamente ed automaticamente usando
mondodiproduttore
e distributore di carte
sistemi
telecomunicazioni
nautiche digitali parlerà nello stesso
E’ l’unico
formato
considerato
Carte
intelligenti
(Smart
Chart)
legalmente equivalente alle carte
dall’IMO
di carta
Le carte
elettroniche
(formato
vettoriale)
quando
usato
con un ECDIS
certificato
contengono 250 differenti
 Display
personalizzato
necessari
per la navigazione.

oggetti
Il display può essere modificato in base alle
Compatibilità
esigenze del navigante ed alle situazioni
A prescindere
da quale ECDIS l’utente
particolari
di navigazione
ENC
sceglie esso sarà in grado di caricare
l’ENC/S-57 e la navigazione sarà più
facile e sicura
ECDIS
(Electronic Chart Display and Information System)
Il sistema informativo standard per la navigazione,
internazionalmente riconosciuto, che utilizza l’ENC/S-57.
L’ECDIS non consiste solamente di un computer e di un software
di visualizzazione per rappresentare la carta nautica, ma
coinvolge una serie di ulteriori componenti, quali sistemi di
posizionamento, di navigazione, Radar, ecoscandagli, ecc..
VTS
Criteri fondamentali alla base
dell’ECDIS
Miglioramento della sicurezza della navigazione
• Posizionamento in
tempo reale
• Aggiornamento
automatico
• Emissione allarmi ed
indicazioni
• antigrounding +
anticollision
• Voyage data recorder
Componenti ECDIS
DISPLAY
ECDIS
ENC/S 57
Aggiornamenti ENC/S 57
Scandaglio
Girobussola
DATI
AIS
Solcometro
Sistema Posizionamento
(GPS)
Radar/ARPA
Computer
Componenti
Hardware
Componenti
Software
Complesso
hardware
Sistema
operativo
Periferiche
Software
applicativo
Tipi di Display
Display Base
Display Standard
All other information
Istituto Idrografico della Marina
Visualizzazione di informazioni
ARPA
Istituto Idrografico della Marina
Aggiornamenti alle carte
Distribuzione tramite
Rete sicura
Produzione Cartografia Nautica
in formato digitale
ENC
(Electronic Navigational Chart)
Aggiornamento
ECDIS
Distribuzione
tramite CD - ROM
Dati
posizionamento
Dati
Cartografici
Aggiorna
mento
1
Aggiorna
mento
2
Sistemi di cartografia elettronica –
Stato funzionale
ECDIS
di Tipo approvato
+
Dati ENC/S57
Hw + Sw
=
Sistema equivalente
=
Sistema non equivalente
=
Sistema non equivalente
=
Sistema non equivalente
PC con software
Simil-ECDIS
+
ECDIS
di Tipo approvato
+
Dati non ENC/S57
Hw + Sw
PC con software
Simil-ECDIS
+
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