Tecniche RAIM per il Posizionamento Satellitare in Single Point

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TitleTecniche RAIM per il Posizionamento Satellitare in Single Point
Publication TypeThesis
Year of Publication2012
AuthorsPERROTTA, L
Academic DepartmentDipartimento di Scienze Applicate
DegreeMSc
UniversityParthenope
CityNaples
Abstract

Oggigiorno, i sistemi di navigazione satellitare (GNSS) ricoprono un ruolo fondamentale in molti settori come l’aviazione civile e la navigazione, marittima o terrestre, grazie alla capacità di fornire con accuratezza e continuità informazioni di posizione tridimensionale e velocità agli utenti opportunamente equipaggiati, nonché la sincronizzazione con il tempo UTC (Universal Time Coordinate).Attualmente, solo due sistemi GNSS sono pienamente operativi: il GPS (Global PositioningSystem) e il sistema Russo GLONASS (Global Navigation Satellite System) mentre, altri sistemi come l’Europeo GALILEO o il Cinese BeiDou sono attualmente in fase di sviluppo.Il GPS è attualmente considerato il principale sistema GNSS ed è in grado di garantire la stima della posizione di un utente attraverso l’utilizzo dell’osservabile pseudorange in single point, con un’accuratezza di circa 10 metri in condizioni di buona visibilità.Il principale svantaggio del GPS, e dei sistemi GNSS in generale, è la necessità di avere una buona visibilità di satelliti; per questa ragione gli ambienti in cui si ha un forte degrado del segnale, come le aree urbane, risultano essere aree particolarmente critiche per la navigazione satellitare. Infatti, gli edifici possono bloccare alcuni segnali riducendo così la disponibilità di satelliti, causando un peggioramento della loro configurazione geometrica, fino a casi estremi in cui, a causa della mancanza di misure, non sia possibile il calcolo della soluzione di navigazione. Gli edifici possono anche riflettere i segnali dando luogo al fenomeno del multipath e introducendo errori grossolani nelle misure.L’utilizzo del solo sistema GPS risulta essere, quindi, non adeguato a garantire la continuità e l’accuratezza della soluzione di navigazione in ambienti urbani.In queste particolari circostanze un possibile miglioramento può essere ottenuto combinando il sistema GPS con il sistema Russo GLONASS in modo da aumentare la disponibilità di satelliti visibili ad ogni epoca.In ambito aeronautico, tutti i sistemi GNSS devono essere in grado di soddisfare particolari requisiti di sicurezza (RNP – Required Navigation Performance) in termini di disponibilità,continuità, accuratezza e integrità.Quest’ultimo è il requisito più difficile da soddisfare e rappresenta la capacità del sistema di navigazione di rilevare e segnalare tempestivamente malfunzionamenti che potrebbero compromettere le prestazioni richieste per le diverse fasi di volo.Sebbene i sistemi GNSS forniscano informazioni di integrità agli utenti tramite il messaggio di navigazione (l’health flag dei satelliti), queste non sono ritenute sufficientemente tempestive per molte applicazioni; per questa ragione i requisiti di integrità sonogeneralmente ottenuti implementando vari meccanismi a vari livelli e possono essereconseguiti o mediante informazioni esterne o possono essere basati interamente sulle sole misure disponibili al ricevitore.In particolare: A livello esterno, è possibile ottenere informazioni di integrità (livello di integrità e warning) attraverso l’utilizzo di sistemi di augmentation che prevedono l’utilizzo di infrastrutture spaziali (SBAS – Satellite Based Augmentation System) e/o terrestri (GBAS– Ground Based Augmentation System). A livello locale, un utente può realizzare l’integrità effettuando un check sulla consistenza delle misure attraverso particolari tecniche (dette RAIM).Le tecniche RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring) sono state inizialmente sviluppate per applicazioni di tipo aeronautico e sono, generalmente, utilizzate in specifiche fasi di volo. Esse risultano essere un mezzo supplementare per l’individuazione di blunder attraverso il solo utilizzo di ricevitori GNSS senza la necessità di apparecchiature aggiuntive al suolo. Viene, infatti, richiesta esclusivamente una ridondanza sufficiente per l’applicazione dei test statistici.L’obiettivo principale di questo lavoro è sviluppare tecniche RAIM per la navigazione satellitare in single point per applicazioni in ambienti urbani degradati.Inizialmente viene fornita una breve panoramica sui sistemi GNSS utilizzati in questo lavoro. In particolare sono messe in evidenza le principali similitudini e differenze tra il sistema GPS e il sistema GLONASSSuccessivamente sono descritte le tecniche di stima utilizzate per il calcolo della soluzione di navigazione ed è fornita una breve descrizione dei test statistici alla base degli schemi RAIM utilizzati.Sono poi descritti gli algoritmi per il calcolo di posizione e velocità con misure di pseudorange e Doppler sui segnali GPS e GLONASS.In seguito sono descritti in dettaglio gli algoritmi RAIM implementati: l’Observation Subset Testing, il metodo Forward-Backward ed il Metodo Danese, ognuno dei quali caratterizzato dalle proprie peculiarità.Infine sono illustrati i risultati ottenuti attraverso l’applicazione dei tre schemi RAIM per due differenti configurazioni: una configurazioni in cui si fa uso di sole misure GPS e una configurazione in cui sono utilizzate le misure effettuate da entrambi i sistemi GPS e GLONASS. Lo studio delle prestazioni dell’algoritmo proposto fa uso di dati di una stazione fissa collocata in ambiente urbano particolarmente ostile, la cui posizione è nota con precisione millimetrica. 

How to citate: 
PERROTTA, L (2012). Tecniche RAIM per il Posizionamento Satellitare in Single Point. Dipartimento di Scienze Applicate Parthenope