Il grande impegno della Commissione Europea nello sviluppo di un sistema di Navigazione satellitare, chiamato Galileo, completamente indipendente e interoperabile con GPS rende evidente l’interesse a livello internazionale in questo settore.
Dal lancio del primo satellite GPS
(Global Positioning system) nei lontani
anni 1970 moltissima strada è stata
percorsa nel campo della navigazione
satellitare sia per quanto concerne la
realizzazione di nuove applicazioni (si
pensino agli attuali programmi
Comunitari nell’ambito del pagamento
automatico dei pedaggi basato su
GPS) sia per quanto riguarda le tecnologie
innovative di base (es. orologi
atomici di nuova generazione per la
sincronizzazione dei satelliti).
Se poi in aggiunta si considera il grande
impegno della Commissione
Europea nello sviluppo di un sistema
di Navigazione satellitare (chiamato
Galileo), completamente indipendente
e interoperabile con GPS, risulta
evidente l’interesse a livello internazionale
e strategico in questo settore.
L’effetto pratico è stato quello di una
rapida evoluzione di tutte le attività di
ricerca e sviluppo tra cui lo studio di
innovative tecniche di analisi dei
segnali satellitari e del loro relativo
processamento, al fine di esasperare gli
aspetti più importanti legati alle prestazioni
dei ricevitori, in termini di
accuratezza, sensibilità, complessità e
affidabilità. Algoritmi sempre più sofisticati
per migliorare le prestazioni
durante la fase di acquisizione, di sincronizzazione
e la reiezione dei segnali
riflessi sono solo alcuni dei molti
esempi di queste strategie avanzate.
Parallelamente, dal punto di vista
implementativo, la ricerca nel campo
delle telecomunicazioni si è orientata
verso implementazioni di terminali in
tecnologia Software Radio. Questa
strategia prevede che le funzionalità
del terminale siano sostanzialmente
delle routine software in grado di essere
eseguite da un micro processore
generico e quindi non realizzato per lo
specifico compito. In pratica un qualsiasi
processore disponibile sul mercato
(es. quelli dei normali PC) può comportarsi da modem per comunicazioni,
se opportunamente programmato
e se opportunamente interfacciato
alla parte di Radio Frequenza.
Le tecnologie basate su un’implementazione
completamente software risultano
quindi particolarmente efficaci
per la realizzazione dei ricevitori
GPS/Galileo/EGNOS grazie all’elevato
grado di flessibilità e riconfigurabilità
(essendo SW siamo vicini al
100%). In particolare si possono
sfruttare sistemi hardware completamente
configurabili quali Field
Programmable Gate Array (FPGA) e
Digital Signal Processor (DSP) oppure
semplicemente processori commerciali
(es. famiglia Intel Pentium).
I
vantaggi di sviluppare un ricevitore
software sono innumerevoli soprattutto
per realizzare non solo dei dispositivi
altamente performanti, ma anche
delle piattaforme per ricerca e sviluppo
nell’ambito della definizione di
algoritmi innovativi. Inoltre, le varie
iniziative rivolte alla realizzazione di
nuovi sistemi di navigazione satellitare
che affiancano già o che affiancheranno
in futuro GPS (esempi sono il
GLONASS Russo e il futuro sistema
Cinese Beidou), compresi i vari piani
di ammodernamento per gli attuali
segnali trasmessi (es. piano di ammodernamento
dell’attuale GPS), rendono
questo tipo di tecnologia appropriata
in relazione al fatto che avere un
sistema flessibile e riconfigurabile
garantisce la possibilità di adattamento
a standard in continua evoluzione.
Tuttavia, non si deve trascurare che
l’ostacolo principale di queste tecnologie
è rappresentato dalla elevata capacità
di calcolo richiesta. Per questo
motivo durante lo sviluppo di un ricevitore
di questo tipo risulta di estrema
importanza porre una particolare
attenzione nello studio degli algoritmi
al fine di raggiungere gli obiettivi prestazionali
con i requisiti (definiti in termini di potenza di calcolo) della
piattaforma hardware impiegata.
Il gruppo di ricerca NavSAS (Navigation
Signal Analysis and Simulation)
(www.navsas.eu) dell’Istituto Superiore
Mario Boella e del Politecnico di
Torino opera ormai da tempo su progetti
focalizzati nell’ambito della navigazione
satellitare con specifico riferimento
agli sviluppi di Galileo. Il
NavSAS ha oggi raggiunto una produzione
scientifica di oltre 130 articoli applicapresentati
alle principali conferenze
del settore e pubblicati sulle maggiori
riviste internazionali.
Il NavSAS ha
inoltre lanciato varie soluzioni prototipali
per le attività di ricerca e sviluppo
in ambito Galileo, oggi usate da varie
aziende e gruppi di ricerca in tutto il
mondo.
Il ricevitore chiamato N-Gene
(Navigation Gene) è un ricevitore
fully-software capace di processare in
tempo reale i segnali liberi (non a pagamento) trasmessi da GPS e da
Galileo sulla banda L1/E1. Il ricevitore
utilizza un modulo di front-end a
radio frequenza per il collegamento
dell’antenna ad un classico personal
computer tramite la porta USB. Da
qui in avanti tutto il processamento
dei dati viene effettuato dal software
N-Gene eseguito dal personal computer.
Il ricevitore risulta essere uno strumento
estremamente flessibile, in
grado di essere riadattato per applica zioni estremamente diverse l’una dall’altra.
Ad esempio, la sua struttura
costituita da moduli operativi separati
ma comunicanti tra di loro permette
tramite un’opportuna configurazione
di operare misure chiamate di radio
occultazione, con le quali è possibile
effettuare previsioni meteorologiche.
Possibilità chiaramente impossibile
per un ricevitore GPS standard.
N-Gene oltre ad essere lo strumento
per eccellenza per la ricerca e sviluppo
in questo settore, risulta inoltre essere
un ricevitore GPS/Galileo estremamente
performante paragonabile ai
ricevitori professionali operanti nelle
stesse condizioni. Il ricevitore, infatti,
è in grado di effettuare sia misure di
codice con le quali si possono raggiungere
accuratezze sulla posizione
dell’ordine della decina di metri, ma
anche misure di portante con le quali
queste accuratezze vengono ridotte
all’ordine di un paio di metri in condizioni
dinamiche. Il ricevitore è
anche capace di lavorare in condizioni
assistite connettendosi tramite la rete
GSM e scaricando informazioni di
compatibilità con lo standard OMASUPL
e di ridurre i tempi di calcolo
della prima posizione da circa 30 a
soli 6 secondi.
N-Gene permette
anche di salvare tutti i parametri decodificati
in formati sia standardizzati
come il RINEX 3.0 e NMEA, ma
anche per mezzo di formati proprie -
tari trasmessi anche tramite un protocollo
proprietario.
Grazie ad una flessibilità del 100%
N-Gene è quindi uno strumento
unico in grado di testare tutte le
nuove funzionalità dei sistemi di navigazione
del futuro contribuendo in
modo concreto allo sviluppo del sistema
Europeo Galileo.