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GNSS Operational Validation - Monitoraggio e validazione del segnale EGNOS

Informazioni tesi

  Autore: Armando Pacifico
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 2004-05
  Università: Università degli studi di Napoli "Parthenope"
  Facoltà: Scienze e Tecnologie
  Corso: Scienze Nautiche
  Relatore: Mario Vultaggio
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 125

Relativamente alla storia della Navigazione, sono recenti le applicazioni satellitari in questo campo, incentivate dalla volontà di superare i limiti dei “vecchi” sistemi di radionavigazione (Loran C, Omega, etc.), limitati nella precisione e/o nella copertura. Nel 1973 il progetto NAVSTAR-GPS (Navigation System with Time and Ranging – Global Positioning System), sistema che si basa su misure di distanza tra il ricevitore e un certo numero di satelliti le cui posizioni sono note con grande precisione.
Nato e sviluppato per soddisfare le esigenze delle forze armate USA il GPS divenne operativo nel 1993 e fu messo a disposizione degli utenti civili con volontarie limitazioni che comunque non ne compromisero le applicazioni nelle fasi non critiche della navigazione.
Uno dei settori più promettenti nell’evoluzione del posizionamento satellitare è sicuramente quello dell’aviazione civile, la quale già da un decennio usa il GPS per il posizionamento dei velivoli durante la fase di crociera.
La precisione garantita dal GPS è notevole, consentendo di conoscere la propria posizione con un errore dell’ordine di pochi metri che tuttavia non ne permette la certificazione per utilizzi più esigenti come le delicate fasi di decollo e atterraggio di un velivolo.
Attualmente a bordo degli aeromobili commerciali sono installati vari sistemi avionici per affrontare la navigazione nelle differenti fasi di volo. Gli INS (Inertial Navigation Systems) e il GPS sono usati per le fasi di crociera oceanica o in regioni continentali remote. Le radioassistenze NDB/VOR/DME per le operazioni su continente dalla crociera fino all’avvicinamento “non-preciso”. Per gli avvicinamenti di precisione molti aeroporti sono dotati di ILS con tre differenti livelli di “minima” CAT I-III. Questo ambiente multi-sistema comporta vari svantaggi, tra i quali la proliferazione dell’avionica di bordo e/o delle installazioni a terra, inoltre è una delle ragioni che pongono limiti all’Air Traffic Flow in quanto le radioassistenze obbligano a seguire rotte predefinite.La necessità di realizzare in navigazione aerea rotte sempre più flessibili rispetto a quelle attuali ha incoraggiata l’adozione di sistemi di navigazione a copertura globale in grado di fornire prestazioni tali da rispondere alle esigenze dell’aviazione civile per le varie fasi di volo. Con l’intento di fornire un aumento delle prestazioni dei sistemi di posizionamento satellitari attualmente in uso l’orientamento attuale è rivolto verso un sistema di navigazione satellitare a copertura globale definito dall’ ICAO con la sigla GNSS (Global Navigation Satellite System). Una componente del GNSS sono i sistemi SBAS (Satellite Based Augmentation System), i quali basandosi sulla costellazione GPS con l’aggiunta di satelliti geostazionari e stazioni a terra forniscono capacità addizionali di ranging, correzioni differenziali e informazioni di integrità che danno la certezza dell’informazione indicata, requisito quest’ultimo indispensabile per la certificazione aeronautica.
Attualmente esistono o sono in fase di realizzazione vari sistemi SBAS: WAAS, EGNOS, MTSAT, GAGAN, la cui area di copertura è rispettivamente: Nord America, Europa, Giappone, India. Questi, insieme agli altri sistemi che compongono il GNSS, dovrebbero essere del tutto interoperabili fra loro e una volta completati permetteranno di usufruire delle prestazioni GNSS a livello globale.
Nel Dicembre del 1994 la Comunità Europea ha elaborato una propria strategia ponendosi due obiettivi:
• Utilizzare al meglio i sistemi satellitari esistenti (GPS e GLONASS) realizzando un proprio sistema di augmentation regionale (obiettivo GNSS-1).
• Sviluppare un sistema satellitare europeo in modo da non dover dipendere da sistemi satellitari la cui precisione può essere variata a piacimento della nazione che li controlla (obiettivo GNSS-2).
Relativamente al primo obiettivo, è in fase di certificazione il progetto europeo EGNOS che è oggetto di questa tesi realizzata presso ENAV spa.

Il lavoro è articolato in 5 capitoli:
Nel 1° viene descritto il sistema satellitare GPS, le misure effettuate, per poi arrivare al calcolo della posizione del ricevitore.
Nel 2° capitolo vengono descritte le esigenze e gli autori dello sviluppo dei sistemi SBAS, l’architettura di EGNOS, la sua evoluzione e lo stato del progetto.
Nel 3° capitolo sono riportati tutti i messaggi SBAS e il loro trattamento per ottenere la soluzione di posizione SBAS. Viene trattato inoltre il calcolo dei livelli di protezione.
Nel 4° capitolo viene descritta la stazione ENAV di Ciampino, l’ambiente realizzato per la raccolta dati e i problemi affrontati.
Nel 5° capitolo vengono descritti i software utilizzati per l’elaborazione dati e i risultati degli stessi. Vengono fatte inoltre delle ipotesi sui problemi riscontrati.

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Introduzione INTRODUZIONE Nell’introduzione viene fatto un rapido passaggio sui sistemi di navigazione e sulle loro prerogative. Nella discussione vengono presentati i motivi che hanno portato allo sviluppo dei sistemi SBAS e la struttura della tesi. Background Relativamente alla storia della Navigazione, sono recenti le applicazioni satellitari in questo campo, incentivate dalla volontà di superare i limiti dei “vecchi” sistemi di radionavigazione (Loran C, Omega, etc.), limitati nella precisione e/o nella copertura. Il primo tentativo in questo senso fu il sistema NNSS – TRANSIT divenuto operativo nel 1964 ma riservato esclusivamente per scopi militari fino al 1967, anno in cui fu reso disponibile anche agli utenti civili fino al 1996 termine dell’operatività del sistema. Il successo del TRANSIT stimolò lo sviluppo di un sistema di navigazione satellitare più avanzato, a copertura globale e tale da permettere la determinazione della posizione e della velocità con continuità ed elevata precisione. Nacque così, nel 1973 il progetto NAVSTAR-GPS (Navigation System with Time and Ranging – Global Positioning System), sistema che si basa su misure di distanza tra il ricevitore e un certo numero di satelliti le cui posizioni sono note con grande precisione. Nato e sviluppato per soddisfare le esigenze delle forze armate USA il GPS divenne operativo nel 1993 e fu messo a disposizione degli utenti civili con volontarie limitazioni che comunque non ne compromisero le applicazioni nelle fasi non critiche della navigazione. Parallelamente agli USA l’Unione Sovietica sviluppò un proprio sistema di navigazione satellitare a copertura globale denominato GLONASS (Global Orbiting Navigation Satellite System), divenuto pienamente operativo nel 1996 si basa su principi di funzionamento simili al GPS, con piccole differenze che riguardano soprattutto la struttura del segnale. Ad oggi il sistema satellitare GPS (Global Positioning System), è correntemente utilizzato in svariati settori della società moderna: in navigazione, sorveglianza, edilizia, primo soccorso, etc. Non rappresentando più una novità. 5

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