Newsgroup: it.hobby.nautica
Titolo: GPS e anno 2000

Chi sa darmi informazioni dettagliate sul bug dei GPS relativo alle 1024
settimane?
Da quello che ho capito tra il 21 e 22 agosto 1999 molti GPS potrebbero
andare in tilt.
Io possiedo un GPS portatile Lowrance Global Nav 200 con il software
datatato 20/01/1997 versione 1.4,
è a rischio anche questo modello ??.
Un'ultima cosa: nella selezione del map datum e meglio selezionare  WGS 84
oppure EUROPEAN 1950 ?
1000 grazie in anticipo a chi potrà darmi notizie dettagliate riguardo
questo argomento.
                                                            Roberto
 
xxxg_r...@usa.net
P.S. rimuovere le xxx dall'indirizzo E-Mail

...


Devo eventualmente mandartelo via e-mail perche contiene delle immagini.
   [...]
Sarebbe molto interessante anche per me.. e magari per altri del newsgroup, non 
esiste più qualcosa simile a it.binari su cui spedirlo per tutti quelli che 
sono interessati?
Altrimenti ti sarei grato se me lo spedisci anche a me.
Ti ringrazio!  Un saluto!
			Umberto

 Sarebbe molto interessante anche per me.. e magari per altri del
newsgroup, 


1.1  DESCRIZIONE GENERALE
Il Navstar Global Positioning System (GPS) e' un sistema di
radionavigazione satellitare basato su una costellazione nominale di 24
satelliti 
su orbite polari semi-sincrone (Space segments), di una stazione principale
a terra di controllo ed annesse stazioni di monitoraggio (Control 
segments) e del ricevitore (User segments). 
 
Esso e' in grado di fornire la posizione esatta del ricevitore, la sua
velocità ed  un orologio sintonizzato su UTC (USNO) con precisione 
approssimativa di 200 nanosecondi (miliardesimi di secondo).
Dal 1993 e' attiva per l'intera superficie terrestre la capacita' di
risoluzione in 3-D (latitudine, longitudine ed altezza al suolo).
Un minimo di 4 SV (Space Vehicle = satellite)  sono richiesti per la
determinazione della posizione in 3-D, mentre 3 sono sufficienti se si 
conosce l'altitudine (ad esempio al livello del mare).
Normalmente i ricevitori GPS hanno delle limitazioni nell'accuratezza della
misura a causa del limiti imposti dal DoD (U.S. Department of 
Defense - Dipartimento della difesa degli USA). Solamente gli utilizzatori
autorizzati dal Governo USA possono accedere alla massima 
accuratezza del sistema.
1.2  DESCRIZIONE DEL SISTEMA
Il sistema si basa su tre componenti principali
a) SATELLITE (SV = Space Vehicle) - Space segments
b) STAZIONI DI CONTROLLO - Control segments
c) RICEVITORE - User segments
1.2.1 SATELLITE (SV = Space Vehicle) - Space segments
Figura 1
I satelliti sono posti su 6 orbite polari inclinate lungo l'equatore di 55
gradi e poste a 60 gradi tra di loro ed orbitano ad una altezza 
media di 20.200 km. Ogni orbita contiene 4 satelliti. Il satellite completa
l'orbita in circa 11 ore e 58 minuti. Poiché la terra e'in 
rotazione un osservatore fisso sulla terra vedrà apparire lo stesso
satellite nello stesso punto ogni 23 ore e 56 minuti.
I satelliti sono identificati da un gruppo (BLOCK) che individua il tipo di
satellite (attualmente BLOCK II) e da un numero (PRN nn) che 
individua il satellite. Al Block I appartenevano i vecchi satelliti,
lanciati in orbita  fino al 1985 ed attualmente disattivati, in quanto 
non forniti di SA e di A-S.(vedi piu avanti) Il primo satellite del Block
II fu lanciato in orbita il 14/02/1989. Il Block IIF e' previsto 
dopo l'anno 2001. La costellazione attuale e formata da 20 satelliti attivi
e 3 satelliti di scorta.
Ogni satellite ha i dati della propria posizione orbitale nonché quelli
degli altri satelliti e del tempo esatto (GPS-TIME  e UTC (USNO))  e 
possiede inoltre ben 4 orologi atomici: 2 al cesio e 2 al rubidio.
Ogni satellite emette dei segnali su 2 bande L-band con frequenza: 
a) Link 1 (Ll ) di 1575.42 MHz con un segnale minimo di  -160dBw sulla
superficie terrestre
b) Link 2 (L2) di 1227.6 MHz. con un segnale minimo di  -166dBw sulla
superficie terrestre
Le frequenze delle portanti vengono generate direttamente dagli orologi
atomici a bordo del satellite e quindi estremamente precise.
I segnali generati dai satelliti sono:
a) segnale digitale a 1,023 MHz = Coarse/Acquisition code (C/A-code)
trasmesso su  L1 
b) segnale digitale a 10,23 MHz = Precision code (P-code) trasmesso sia su 
L1 che su L2
c) segnale digitale a 50Hz = dati di navigazione sovrapposti sia al P-code
che al C/A-code
La modulazione dei segnali e' di tipo BPSK (Bipolar Phase Shift Key) 
"spread spectrum" ovvero ad ogni segnale viene assegnata un parte dello 
spettro di emissione. La variazione del segnale modulante da 1 a 0 o da 0 a
1 inverte la fase della portante. Il  C/A code viene invece 
spostato di 90 gradi sul P-code.
La costellazione attualmente in servizio (08/03/1999) e' la seguente (dati
dell'USNO):
UNITED STATES NAVAL OBSERVATORY (USNO)
                      AUTOMATED DATA SERVICE (ADS)
 
                        GPS CONSTELLATION STATUS
 
************************************************************************
     Information in this file is retained for approximately seven 
     days or until completion of the event; be aware that the  
     information provided below may change.
************************************************************************
A.  BLOCK II/IIA INDIVIDUAL SATELLITE STATUS
SVN  PRN
13   02  Launched 10 JUN 89; usable 10 AUG 89; operating on Cs std
14   14  Launched 14 FEB 89; usable 15 APR 89; operating on Cs std
15   15  Launched 01 OCT 90; usable 15 OCT 90; operating on Cs std
16   16  Launched 18 AUG 89; usable 14 OCT 89; operating on Cs std
17   17  Launched 11 DEC 89; usable 06 JAN 90; operating on Cs std
18   18  Launched 24 JAN 90; usable 14 FEB 90; operating on Cs std
          Unusable 01 Mar 1332 to 2157 UT due to repositioning maintenance 
           (NANUs 1999021,1999024/02 MAR)
19   19  Launched 21 OCT 89; usable 23 NOV 89; operating on Rb std
20   20  Launched 26 MAR 90; no longer in service
21   21  Launched 02 AUG 90; usable 22 AUG 90; operating on Cs std
22   22  Launched 03 FEB 93; usable 04 APR 93; operating on Rb std
23   23  Launched 26 NOV 90; usable 10 DEC 90; operating on Cs std
24   24  Launched 04 JUL 91; usable 30 AUG 91; operating on Rb std
          Scheduled unusable beginning 16 Mar 0330 to 1530 UT for
           repositioning maintenance (NANU 1999023)
25   25  Launched 23 FEB 92; usable 24 MAR 92; operating on Cs std
26   26  Launched 07 JUL 92; usable 23 JUL 92; operating on Rb std
27   27  Launched 09 SEP 92; usable 30 SEP 92; operating on Cs std
28   28  Launched 10 APR 92; no longer in service
29   29  Launched 18 DEC 92; usable 05 JAN 93; operating on Rb std
30   30  Launched 12 SEP 96; usable 01 OCT 96; operating on Cs std
31   31  Launched 30 MAR 93; usable 13 APR 93; operating on Cs std
32   01  Launched 22 NOV 92; usable 11 DEC 92; operating on Cs std
33   03  Launched 28 MAR 96; usable 09 APR 96; operating on Cs std
34   04  Launched 26 OCT 93; usable 22 NOV 93; operating on Rb std
35   05  Launched 30 AUG 93; usable 28 SEP 93; operating on Cs std
36   06  Launched 10 MAR 94; usable 28 MAR 94; operating on Cs std
37   07  Launched 13 MAY 93; usable 12 JUN 93; operating on Cs std
38   08  Launched 06 NOV 97; usable 18 DEC 97; operating on Rb std
39   09  Launched 26 JUN 93; usable 20 JUL 93; operating on Cs std
40   10  Launched 16 JUL 96; usable 15 AUG 96; operating on Cs std
43   13  Launched 23 JUL 97; usable 31 JAN 98; operating on Rb std
B.  GPS ACTIVITIES
1.  Coordinated Universal Time (UTC) Time Step (Leap Second)
    a. A time step or leap second in UTC was introduced on 31 December 1998
        at 23 hours 59 minutes 60 seconds.  GPS time was not adjusted
        physically.  The leap second correction contained within the
        UTC data of Subframe 4, Page 18 of the GPS navigation message
        transmitted by the satellites has changed.  As of 01 January 1999
        0H 0M 0S, GPS is ahead of UTC by thirteen (13) seconds.  However,
        this change will not be reflected in the individual satellites'
        navigation messages until navigation uploads are performed after
        01 January 1999 0H 0M 0S.
    b. As of January 1, 1999, 0H 0M 0S, GPS is AHEAD of UTC by
        THIRTEEN (+13) seconds.
  2.  GPS Automatic Time Steering
       In effect 18 Mar 94 at 1415 UT and will remain in effect until
        further notice at rate +/-1.0E-19 seconds per second squared.
  3.  Activation of Anti-Spoof (A-S)
       A-S was activated January 31, 1994 at 0000 UTC.  Due to the
        December 8, 1993 declaration of Initial Operational Capability
        (IOC), the P-code will not normally be available to users who
        do not have valid cryptographic keys (iaw Federal Radionavigation
        Plan (FRP) 1992).  (NANU 050-94042/DTG 112045Z FEB 94)
  4.  Implementation of Selective Availability (SA)
    a. SA was reactivated on July 1, 1991 at 0400 UT and will remain in
        effect until further notice.  Civil users will receive Standard
        Positioning Service (SPS) accuracy as specified in the Federal
        Radionavigation Plan (FRP).  POC for policy:  CDR Jackson at
        DSN 692-2634 or 
(719) 554-2634
. (NANU 121-91182/DTG 011354Z JUL 91)
    b. According to the 2nd Satellite Operations Squadron (2SOPS)
        Operational Advisory Bulletin:  SA was implemented on November 15,
        1991 to the SPS level.
  5.  Change to GPS Broadcast Navigation Message
       On June 2, 1995 beginning approximately 1900 UT, the GPS Master
        Control Station began adding data to the spare data fields in
        the broadcast navigation message.  The navigation message will
        be in full compliance with existing message structure agreements
        outlined in ICD-GPS-200C and the GPS Standard Positioning Service
        (SPS) signal specification.  However, it must be stressed that
        this capability is only to be used for test purposes and not
        intended for operational use.  Note that SPS and PPS users will
        not be affected.
 
For information concerning:   BLOCK II       see file . . . . . GPSB2
                              GPS SYSTEM     see file . . . . . GPSSY
                              TIME TRANSFER  see file . . . . . GPSTT
--  
File GPSTD
last updated
Tue Mar  2 14:40:34 UTC 1999
1.2.2 C/A-CODE
Questo segnale ha lo scopo di identificare il satellite e permettere il suo
tracciamento.  E'  riservato all'uso civile del sistema ed e 
affetto dall'SA (vedi sotto) che non può essere rimossa. Viene utilizzato
anche dai ricevitori militari come informazione di aggancio al 
P-code. Viene trasmesso esclusivamente sul link L1 (1575.42 MHz). E'
formato da una sequenza di 1023 byte  (ovvero di 0 (zero) e di 1 (uno)), 
dedotta da un codice chiamato Gold Code, che si ripete ogni millisecondo.
Questo segnale e' talmente complesso che viene anche chiamato PRN 
(pseudo random noise - rumore quasi casuale). Ogni satellite ha il suo PRN
diverso dagli altri ed il termine stesso individua il satellite. La 
complessità di questo segnale e' impiegata per evitare che il ricevitore si
sintonizzi accidentalmente su di un rumore spurio o su di un 
segnale di qualche altro satellite. Il segnale presenta quindi un'ampiezza
di banda pari a 2,046 MHz. A causa della distanza del satellite 
dalla terra, dell'ampio spettro di emissione e dal fatto che il satellite
non può avere a bordo una fonte inesauribile di energia, tale 
segnale arriva sulla superficie terrestre con una potenza tale da essere
confusa con il rumore termico tipico dell'elettronica. L'intensità di 
tale segnale e prevista ad un valore minimo di -160dBw. Questo comporta il
fatto che qualsiasi ostacolo, anche le stesse fronde degli alberi 
se fitte, possano attenuare ulteriormente il segnale fino a renderlo
pressoché nullo. Ovviamente il segnale diventa nullo all'interno di 
edifici. Un buon segnale si ha solamente in presenza della visibilità
totale da parte dell'antenna del ricevitore del cielo.
1.2.3 P-CODE
Il P-CODE  ha gli stessi scopi del C/A-code, la stessa forma, ma velocità
10 volte maggiore e si ripete ogni 267 giorni invece che ogni 
millisecondo con un'ampiezza di banda pari a 20,46 MHz. Viene trasmesso sia
sul link L1 (1575.42 MHz) che sul link L2 (1227.6 MHz).  Il P-code 
viene ruotato in fase di 90 gradi rispetto al C/A-code. Anche il P-code e
affetto dall'SA (degradamento della precisione - vedi più avanti), 
solo che, contrariamente al C/A-code, gli utenti abilitati , impiegando un
codice segreto che viene normalmente modificato ogni 24 ore, 
possono rimuovere l'SA dal P-code. Alcuni tipi di ricevitori (quelli di
classe superiore e normalmente impiegati in geodetica) possono  
tracciare entro certi limiti il P-code.
L'intensità di tale segnale e prevista ad un valore minimo di -166dBw.
Attualmente il P-code viene anche crittografato entro il P(Y)-code per 
mezzo dell A-S al fine di evitare intrusioni.
L'impiego contemporaneo sia del C/A-code che del P-code, unito all'impiego
contemporaneo delle due frequenze di emissione dei satelliti, 
comporta il vantaggio della possibilità di misurare la propagazione sia
ionosferica che stratosferica.
1.2.3 MESSAGGIO DI NAVIGAZIONE
Il messaggio di navigazione viene sovraimposto sia al P-code che al
C/A-code e fornisce le informazioni generali di tutti i satelliti e le 
informazioni secifiche del satellite che lo sta emettendo. La frequenza del
segnale e di 50 byte al secondo. Le principali componenti del  
messaggio sono:
Il tempo esatto di trasmissione del messaggio stesso
Hand Over Word (messaggio particolare per il passaggio al P-code)
La correlazione temporale
Le effemeridi (dati orbitali del satellite) e lo stato di funzionamento del
satellite che sta trasmettendo il segnale
Le effemeridi e lo stato di funzionamento degli altri satelliti
I coefficienti di calcolo della propagazione ionosferica
La differenza tra il tempo del GPS e l' UTC per il calcolo dell'UTC stesso.
Il messaggio consiste in 25 frame ognuna di 1500 byte. Ogni frame viene
suddivisa in 5 subframe di 300 byte. Una subframe viene trasmessa in 6 
secondi, un frame impiega 30 secondi mentre l'intero messaggio viene
trasmesso in 12 minuti e 30 secondi.
I subframe 1, 2 e 3 sono uguali per tutti i satelliti e per tutte le 25
frame. Il subframe 1 contiene la correlazione temporale del satellite, 
mentre i subframe 2 e 3 contengono le effemeridi del satellite. I subframe
4 e 5 contengono dati meno critici dei vari satelliti e variano da 
frame a frame. La ripetizione continua dei subframe 1, 2 e 3 fa in modo che
il ricevitore possa effettuare il calcolo della posizione in tempi 
brevi. 
I principali valori delle effemeridi sono:
l'anomalia, l'eccentricità dell'orbita, il semiasse maggiore, la
longitudine del nodo ascendente, l'inclinazione dell'orbita, l'argomento
del 
perigeo, l'ascensione retta, il tempo a cui le effemeridi stesse si
riferiscono, ed il tempo di emissione.  Per ulteriori informazioni 
riferirsi al documento gpssps1.pdf. Effemeridi aggiornate vengono trasmesse
ogni 2 ore.
1.2.2  STAZIONI DI CONTROLLO - Control segments
Le stazioni di controllo consistono in una stazione master a Falcon Air
Force
Base (AFB) in Colorado Springs, USA, ed alcune stazioni di monitoraggio
sparse in varie parti del mondo.
 
Le stazioni di controllo mantengono i dati dei satelliti in modo da
aggiornare le loro effemeridi (dati di posizione esatta del satellite e 
tempo) .
1.2.3  RICEVITORE - User segments
I ricevitori decodificano ed elaborano i segnali ricevuti dal satellite e
forniscono i dati di tempo e di navigazione. Non trasmettono alcun 
segnale verso i satelliti ne verso le stazioni di controllo. Nessuna
procedura e' richiesta per il loro impiego ed ognuno li può utilizzare a 
piacere,  perlomeno nell'impiego civile del sistema (SPS).  I ricevitori ad
uso civile impiegano la sola banda L1 tranne quelli imiegati per 
sorveglianza geodetica, il segnale C/A-Code ed il messaggio di navigazione.
I ricevitori ad uso militare impiegano tutti i segnali ed ambedue 
le bande (L1 ed L2).
Ve ne sono di diverse fatture a seconda dell'uso previsto e della
precisione richiesta.
1.2.4 TIPI DI RICEVITORI
I ricevitori GPS si differenziano innanzitutto per il loro utilizzo. Le
grandi classi si dividono in:
Ricevitori militari abilitati al servizio PPS
Ricevitori di tipo aereonautico - militare
Ricevitori per misure e sorveglianza geodetica
Ricevitori campione di tempo
Ricevitori ad uso civile
I ricevitori per scopi di misure e sorveglianza geodetiche (stesura di
mappe e misure di spostamento delle zolle) hanno precisioni anche 
millimetriche e non effettuano una misura diretta delle coordinate, ma
solamente determinano normalmente solo il deltarange (vedi oltre). Con 
il successivo post-processo (vedi nel capitolo dedicato al GPS
differenziale) dei dati vengono determinate le coordinate geografiche. 
Normalmente impiegano ambedue le frequenze di trasmissione dei segnali ed i
codici sia il C/A-code che il P-code. Ovviamente il P-code, a meno 
che l'utilizzatore non sia abilitato, non può essere "pulito" dall'SA ed il
suo tracciamento presenta delle limitazioni. Il P(Y)-code non può 
venir decrittografato senza i necessari privilegi e la sua correlazione
avviene con tecniche di cross correlation, code correlation e  
Z-tracking. Il vantaggio e quello di poter misurare la propagazione sia
stratosferica che ionosferica. Il ricevitore GPS, per determinare la 
sua posizione misura il tempo impiegato dal segnale a giungere al
ricevitore stesso. Sia la ionosfera che la stratosfera impongono dei
ritardi 
(delay) al segnale. Ciò si traduce ovviamente in un errore di posizione.
Mentre per i ritardi dovuti alla ionosfera vi sono dei modelli 
matematici che possono determinarli (coefficienti trasmessi nel messaggio
di navigazione), i ritardi dovuti alla stratosfera non sono 
determinabili a priori. Essi dipendono infatti dal tipo di tempo
meterelogico, ovvero nubi, pioggia, nebbie, umidità etc. presenti nella
zona.
I ricevitori per scopi di misura del tempo prevedono un uscita di un
segnale campione di tempo e non prevedono di fornire un informazione di 
coordinate geografiche che invece viene fornita loro dall'utilizzatore.
Essi vengono posti in un luogo di cui sono note le coordinate 
geografiche con la massima precisione e quindi possono controllare l'SA
riducendone gli effetti. Il funzionamento dei ricevitori per scopi 
militari hanno un tipo di funzionamento simile a ai ricevitori comuni, solo
che impiegano ambedue le frequenze ed ambedue i codici e possono 
rimuovere l'effetto dell'SA dal P-code. 
Per quanto invece riguarda i ricevitori a scopi civili essi impiegano
normalmente solo il C/A-code e si dividono in:
a) RICEVITORI SEQUENZIALI (Sequential receivers)
I ricevitori di tipo sequenziale utilizzano normalmente un solo canale
(logica di inseguimento, decodifica ed elaborazione del segnale) per 
l'acquisizione del segnale dei satelliti. Questi tipi sono stati i primi ad
essere prodotti. Impiegano un tempo elevato a determinare la prima 
posizione una volta accesi in quanto devono acquisire i vari segnali
sequenzialmente uno alla volta. Poiché il messaggio di navigazione 
(effemeridi del satellite) dura 12 minuti e 30 secondi e' chiaro che il
tempo può essere molto lungo. Hanno inoltre una risposta dinamica 
molto limitata, se vengono posti su veicoli in moto rapido possono non
essere in gradi di fornire dati esatti se non adirittura di perdere 
l'aggancio al satellite. Si tratta comunque di ricevitori oggi superati.
(se venduti rappresentano "fondi di magazzino").
b) RICEVITORI MULTIPLEXATI (mux receivers)
I ricevitori multiplexati impiegano normalmente 1 o 2 canali per
l'acquisizione del segnale del satellite. Ogni canale viene suddiviso per
un 
brevissimo istante (normalmente 20 millisecondi) sui satelliti da
acquisire. E' chiaro che il tempo necessario per la decodifica dei segnali 
viene ad essere notevolmente ridotto. Si tratta comunque di ricevitori con
tecnologia superata. Vengono impiegati tutt'oggi nei ricevitori 
molto economici (classe inferiore alle 250.000 - 300.000 lire italiane al
1999). Presentano l'inconveniente di una maggiore "rumorosità"  che 
si traduce in una minore precisione nei dati forniti a causa dei continui e
rapidi passaggi da un satellite all'altro.
c) RICEVITORI MULTICANALE (multichannel receivers)
         I ricevitori multicanale invece impiegano una logica di decodifica
del segnale e di elaborazione dedicata singolarmente ad ogni   
satellite utilizzato nella determinazione del punto. Normalmente hanno un
minimo di 5 fino ad un massimo di 8 canali dedicati. Ancora una 
volta il tempo per determinare la prima posizione viene ad essere ridotto
rispetto ai ricevitori multiplexati. Inoltre sono più precisi dei 
precedenti e non presentano l'inconveniente della "rumorosità" .
Appartengono alla classe "ecconomica" ed il loro prezzo può aggirarsi
intorno 
alle 300.000 - 450.000 lire italiane (anno 1999)
d) RICEVITORI ALL-IN-VIEW (all-in-view receivers)
Rappresentano il tipo più recente. 12 canali, ognuno dedicato ad un
satellite, per la totalità dei satelliti possibili sopra l'orizzonte sono 
equipaggiati in questo tipo di ricevitori. Con questo sistema il ricevitore
e' quasi sempre in grado di fornire la posizione. Se un satellite 
viene ad essere coperto da ostacoli (edifici lungo la strada, alberi che ne
riducono la visibilità etc.) il ricevitore e' in grado di 
commutare su un altro satellite senza doverlo riacquistare, in quanto
all'atto dell'accensione il ricevitore stesso acquisisce e traccia tutti 
i satelliti disponibili. Questo tipo di ricevitori presentano inoltre
svariati altri accorgimenti (ovviamente dipende dal modello). I più 
importanti sono la presenza di una memoria interna che possa mantenere le
effemeridi dei satelliti e l'orologio (in questo caso il primo FIX 
diventa molto più rapido) e la possibilità di "filtrare" i dati in modo
dinamico (filtri di Kalman).
I ricevitori possono inoltre essere integrati con sistemi di
interfacciamento cartografico e quindi presentare non solo un'informazione
di 
posizionamento in coordinate geografiche, ma rappresentare il punto su una
mappa. La presenza inoltre di un'uscita compatibile con altra 
strumentazione o con computer e rappresenta attualmente un dato
irrinunciabile. Per quanto riguarda la navigazione marittima ed il 
collegamento con sistemi di elaborazione dati, si  attua con interfacce di
tipo NMEA. Lo standard più recente e rappresentato dall' NMEA 183. 
Interfacce di questo tipo rappresentano la possibilità del ricevitore GPS
di comandare autopiloti ed altre aparecchiature. Spesso pero' non e 
cosa semplicissima. Protocolli di tipo proprietario si rendono inoltre
spesso necessari per una raccolta sistematica dei dati (catalogazione 
waypoint, rotte etc.).  E' disponibile oggi una notevole quantità di
software, libero e no, per elaborazioni più svariate.
ATTENZIONE PERO':  Uno skipper di chiara fama diceva: ciò che non c'e' non
si guasta. Io aggiungo: affidare la vita a pochi millimetri di 
silicio, per giunta drogato, non e' affatto una brillante idea. Il GPS e'
un sistema estremamente complesso e sofisticato e non e' affatto 
privo di inconvenienti di malfunzionamento o di interruzione del sistema.
E' un'ottimo aiuto alla navigazione. Ma SOLO AIUTO.
Un discorso particolare, a mio avviso, andrebbe riferito a sistemi per la
navigazione automobilistica. Gli apparecchi dedicati a questo scopo 
vanno senzaltro riferiti ai sistemi "all-in-view receivers" in quanto gli
ostacoli presenti durante il moto della vettura ed il loro continuo 
mutare fanno in modo che il ricevitore debba spesso commutare tra i vari
satelliti. Il transito in gallerie o passaggi che oscurano 
completamente il cielo richiedono inoltre che il sistema debba riacquistare
i satelliti in tempi molto brevi e, nel frattempo,  possibilmente 
mantenere una sorta di "navigazione stimata" (filtri di Kalman od
interfacciamenti ai sistemi di guida tipo sterzo, acceleratore, 
contachilometri etc. ) anche in assenza di segnale. Richiedono inoltre
correzione da parte di segnali che possono venire riflessi da edifici 
vicini alterando o riducendo la precisione del sistema (multipath).
Richiedono inoltre uno "snap" (aggancio alla strada) alla cartografia. Per 
una navigazione sicura (senza che il guidatore debba continuamente guardare
la mappa ed interagire con il sistema), presentano intefacce di 
tipo "vocale". Forniscono cioè informazioni attraverso un sintetizzatore
vocale tipo "al prossimo bivio girare a sinistra etc."  La 
complessità di questi sistemi e molto spinta mentre il loro utilizzo
richiede la pressoché assenza di intervento da parte dell'operatore.
1.3  SERVIZI FORNITI DAL SISTEMA.
Due tipi di servizio sono previsti dal GPS: PPS e SPS.
1.3.1  PPS
Il primo chiamato PPS (Precise Positioning Service - posizionamento
preciso) e' indirizzato a scopi principalmente militari.
Per poter accedere a questo servizio il ricevitore deve essere in grado di
decodificare il segnale P-code oltre al C/A-code.
Poiché il P-code e' crittografato (P(Y)-code) e' necessario possedere la
chiave di accesso al codice e l'algoritmo di crittografazione. Questi 
vengono forniti ad enti (militari o civili in spcial modo NATO, Australian
Defense Forces e U.S. Defense Mapping Agency) approvati dal Governo 
USA. Il ricevitore deve essere inoltre progettato per questi scopi
(decodifica P(Y)-code).
La migliore precisione per l'impiego del servizio PPS si ottiene impiegando
sia la banda L1 che la banda L2 nonché tutti i segnali disponibili 
(P(Y)-Code, C/A-Code, messaggio di navigazione). Con l'impiego delle due
bande e infatti possibile misurare il "delay" (ritardo) di 
propagazione sia ionosferico che stratosferico. Ricordo che il segnale di
navigazione contiene solo i coefficienti per la propagazione 
ionosferica. La propagazione stratosferica e troppo vincolata al luogo ove
si trova il ricevitore GPS e varia al variare delle nubi, 
dell'umidità, della nebbia e di altri fattori legati al tempo
meteorologico.
La precisione prevista e' di :
16  metri 3-D (50% delle misure)  e 100 nanosecondi in tempo.
Con opportuni accorgimenti la precisione in orizzontale può arrivare al di
sotto del centimetro e a 20 nanosecondi in tempo.
1.3.2  SPS
Il secondo tipo di servizio, il  più comune,  prende il nome di SPS
(Standard Positioning Service - posizionamento standard). Chiunque può 
utilizzare questo servizio senza alcuna restrizione o pagamento di alcuna
tassa. Tutti i ricevitori sono in grado di riconoscere il servizio 
SPS.
Tuttavia l'utilizzo civile e' vincolato ad una degradazione della
precisione dovuta all' SA (Selective Availability - precisione disponibile)
 
imposto dal DoD (U.S. Department of Defense). E' direttamente il Presidente
USA, tramite l'Autorità Militare che può modificare il livello 
dell' SA.
Il servizio SPS impiega la sola banda L1, il segnale C/A Code ed il
messaggio di navigazione.
La precisione prevista e' di :
100 metri in orizzontale (95% delle misure), 156 metri in verticale (95%
delle misure) e 337 nanosecondi in tempo (95% delle misure) in tempo 
di pace e può  venire aumentata in tempo di crisi. Con opportuni
accorgimenti (mediare il segnale per lungo tempo o GPS Differenziale, 
trattati più oltre) la precisione può aumentare anche considerevolmente.
Con il post-processamento dei dati e l'utilizzo delle due frequenze e 
del C/A-code assieme al P-code, normalmente impiegati per scopi di
sorveglianza geodetica o di stesura delle mappe, anche con il servizio SPS 
si possono ottenere precisioni al di sotto del centimetro.
1.4  SELECTIVE AVAILABILITY
L' SA e' un degradamento nella precisione del sistema imposto dal DoD (U.S.
Department of Defense).
Viene attuato sia alterando le effemeridi (posizione) del satellite al fine
di fornire uno spostamento apparente del satellite (metodo 
chiamato epsilon) sia alterando la frequenza (clock) con cui viene generata
sia la portante che il P-Code ed il C/A-code (metodo chiamato 
dither). Vengono quindi modificate sia le informazioni atte a risolvere la
posizione (effemeridi) che il tempo (orologio) impiegato a 
determinare quanto tempo impiega il segnale a giungere al ricevitore. Un
codice segreto puo eliminarla dal P(Y)-code. E facile dedurre che 
l'effetto dell'epsilo, visto che il messaggio di navigazione dura 12.5
minuti ha effetti lenti sullo spostamento del punto, mentre il dither 
ha effetti che possono essere immediati.
In tempo di pace il livello dell'SA e normalmente basso e prevede una
precisione nel posizionamento di 100 metri in orizzontale e 150 metri in 
verticale massima sul 95% delle misure. Attualmente, da misure da me fatte,
la precisione media e' di circa 40-50 metri ed a volte raggiunge i 
25 metri.  Aumenta in tempo di crisi. Attualmente e' previsto che nell'anno
2002 l'SA sarà eliminata
1.5  ANTI SPOOFING
L' anti spoofing (A-S) e' una protezione anti intrusione che il sistema
impiega per prevenire manomissioni. La tecnica e' quella di 
crittografare il P-Code entro l' Y-Code. Il P-code cosi trattato prende il
nome di P(Y)-code. L'A-S viene solo impiegato nel servizio PPS, il 
servizio SPS e' privo di A-S.
1.6  FUNZIONAMENTO DEL RICEVITORE GPS
Detto in parole molto povere il funzionamento e' assai semplice.
Il satellite invia i suoi dati di posizione al ricevitore. Il ricevitore
GPS (che d'ora in poi chiameremo semplicemente GPS) misura il tempo 
che il segnale impiega ad arrivare al ricevitore. Poiché la posizione del
satellite e nota ed il segnale viaggia alla velocità della luce, 
(299.792 Km/sec.) il ricevitore si trova in un luogo dei punti sferico di
distanza pari a: spazio = velocità x tempo  dal satellite. 
L'intersezione di due luoghi dei punti sferici misurati da due satelliti
danno luogo ad un cerchio di posizione, mentre 3 satelliti forniscono 
l'intersezione di 2 punti, uno dei quali normalmente scartabile in quanto
significherebbe trovarsi nello spazio, oppure viaggiare con velocità 
irraggiungibile. Il quarto satellite (necessario alla determinazione di un
punto in 3 dimensioni) serve a sincronizzare l'orologio del 
ricevitore con l'orologio del satellite. Come detto sopra, il segnale
compie 300.000.000 di metri in un secondo (valore approssimato) ovvero 
1/300.000.000 di secondo a percorrere la distanza di un metro. Per misurare
una distanza di un metro occorre quindi un orologio che abbia la 
precisione di 1/300.000.000 di secondo. Ecco quindi la necessita, da parte
dei satelliti, di avere a bordo ben 4 orologi atomici.
Il GPS deve sintonizzarsi su questi orologi con estrema precisione, pena
misure assolutamente inaffidabili, un milionesimo di secondo comporta 
un'errore di posizione di 300 metri.
Vediamo come. Per inciso questa spiegazione serve anche a comprendere
meglio come funzionano i vari tipi di ricevitori GPS.
Abbiamo detto che il satellite invia sulla portante a  1575.42 MHz 
(servizio SPS) due segnali ed ogni satellite ha PRN e messaggio di 
navigazione diversi dagli altri satelliti.  Tutti i satelliti inviano
contemporaneamente ed a un tempo rigorosamente esatto i loro segnali su 
un unica frequenza. Al GPS arriva quindi la somma di tutti questi segnali
con intensità prossima al rumore di fondo e non contemporaneamente. 
Infatti il segnale impiega un tempo a raggiungere il GPS variabile in
funzione della distanza del satellite. Un'artificio viene impiegato per 
la decodifica di un particolare satellite e per pulire il suo segnale dal
rumore e dai segnali inviati dagli altri satelliti. Il GPS, che ha 
al suo interno in memoria, i Gold Code da cui derivare il PRN, genera
localmente il segnale che si aspetta dal satellite in acquisizione. 
Questo segnale viene quindi spostato in tempo e sommato ai segnali in
ricezione. Quando il segnale generato dal GPS si trova in fase (e' 
contemporaneo) con il segnale ricevuto dal satellite in acquisizione, il
segnale ricevuto viene amplificato ed estratto dagli altri segnali 
presenti. L'amplificazione serve solo come informazione che il segnale e'
statio agganciato. Il GPS usa il suo segnale ai fini della misura. 
Ecco quindi come debole segnale diviene un segnale perfetto. Oltre al fatto
di amplificare e separare il segnale questo sistema, che prende il 
nome di correlazione,  comporta già di per se la misura del tempo impiegato
dal segnale a giungere al ricevitore. E' sufficiente misurare 
quanto il GPS ha dovuto ritardare il PRN per poterlo ricevere. Quando il
GPS ha agganciato (correlato) il C/A-code (PRN) può decodificare 
anche il secondo segnale, sincronizzandosi su un particolare byte del
C/A-code (telemetry word), Vengono quindi acquisiti i dati orbitali di 
posizione del satellite (messaggio di navigazione). Agganciato il primo
satellite e rilevati i suoi dati orbitali, la stessa operazione viene 
eseguita anche sugli altri satelliti. Nei GPS multicanale la correlazione
dei vari satelliti avviene contemporaneamente. Se invece non si 
ottiene la correlazione del C/A-code il GPS estrae dalla sua memoria un
altro Gold code e ritenta la correlazione. Misure in fase ed in 
quadratura tolgono gli effetti dell'effetto Doppler (questo prima della
correlazione) mentre PLL (anelli agganciati in fase) sia sulla 
frequenza portante (per i ricevitori di classe superiore) che sul
sintetizzatore (per gli altri tipi di ricevitore) che sul C/A-code fanno in
 
modo che l'orologio del GPS abbia lo stesso passo (frequenza) dell'orologio
atomico del satellite.  La sincronizzazione esatta si ottiene con 
un sistema che analizzeremo più avanti. Il GPS e' quindi anche un'orologio
con una precisione di classe atomica.
Quando almeno 3 satelliti (per determinazioni 2-D) o 4 satelliti (per
determinazioni 3-D) sono stati acquisiti, il GPS  può calcolare la prima 
posizione secondo un sistema di coordinate cartesiane nelle quali la Terra
si trova immobile al centro del sistema di coordinate (ECEF - Earth 
Centered, Earth Fixed) . Questo calcolo può pero essere affetto da un
errore e la posizione calcolata in questo modo prende il nome di 
pseudorange. Se il passo dell'orologio del GPS, ovvero la sua velocità, e
stata sincronizzata con l'orologio atomico del satellite l'istante 
iniziale non e' pero' stato ancora fissato. L' orologio del GPS e quello
del satellite possono non partire nello stesso istante pur avendo lo 
stesso passo.  A questo punto entra in ballo la funzione del quarto (terzo)
satellite. Poiché l'offset dell'orologio del GPS (la non perfetta 
sincronizzazione dell'istante di partenza del segnale dal satellite)
influisce su tutte le misure allo stesso modo, ovvero influisce con un 
coefficiente unico,  la differenza del punto calcolato con i primi tre
satelliti ed il luogo dei punti calcolato con quest'ultimo satellite 
rappresenta l'esatto offset dell'orologio del GPS. La correzione e' quindi
possibile. A questo punto il GPS può determinare il deltarange 
ovvero la posizione esatta.
Forse e meglio se mi spiego con un'esempio. Supponiamo di effettuare una
determinazione di posizione in 2 dimensioni.
Opportune equazioni convertono infine dal sistema di coordinate ECEF a vari
sistemi di coordinate. Queste equazioni (MOLODENS CONVERSION) sono 
assai complesse e sono della forma a covergenza. In forma molto elementare
sono nella forma  X= f(x,y,z) x f(x). E' quindi necessario 
calcolare approssimativamente la X con formule semplificate, calcolare la
f(x) (che e una funzione trigonometrica) ed inserirla nella X= 
f(x,y,z) x f(x), calcolare la nuova X che e' più precisa della X
precedentemente calcolata, calcolare la nuova f(x) e ripetre le operazioni 
sopra descritte. L'interazione continua fintantoche la differenza tra la X
calcolata come penultima e l'ultima X e minore della precisione 
desiderata.
In definitiva il GPS e' un dispositivo molto complesso.
I piu importanti sono:
Latitudine e longitudine, sistema che attualmente e' il piu impiegato nella
navigazione 
UTM - Universal Trasverse Mercato - Proiezione Trasversa di Mercatore, la
più usata nelle mappe (al 25.000 - 100.000) con reticolo 
chilometrico
Alla fine vengono applicate le correzioni dovute al DATUM.
Come si e visto nei GPS sequenziali i processi sopra descritti avvengono
uno alla volta sequenzialmente. Oltre al maggior tempo impiegato 
nella determinazione del deltarange viene ad essere diminuita anche la
dinamicità del sistema, ovvero la risposta a rapidi cambiamenti  di 
posizione o di moto.
E' chiaro a questo punto come GPS di tipo a canali paralleli possano
acquisire ed agganciare i satelliti in un tempo molto minore dedicando 
contemporaneamente ogni canale ad uno specifico satellite e mantenendone la
correlazione. Diminuzione nel tempo per il primo FIX ed aumento 
della dinamicità del sistema.
La possibilità inoltre  GPS di ultima generazione di avere una memoria
interna non volatile, (non cancellabile all'atto dello spegnimento) che 
possa mantenere i dati orbitali dei satelliti e l'orologio interno in
funzione comporta un'ulteriore velocizzazione della prima risposta. In 
questo caso il GPS può conoscere a priori quale satellite si aspetti di
trovare,  generando a colpo sicuro il relativo PRN ed un ritardo di 
correlazione prossimo a quello esatto. In tal caso il GPS entra
immediatamente nella fase di acquisizione (correlazione) ed in breve tempo 
nella fase di traking (tracciatura  e fix della posizione). I dati orbitali
rimangono validi ai fini della visibilità dei satelliti per un 
tempo di circa 2 mesi, mentre per il calcolo della posizione vengono
aggiornati ogni 2 ore ma rimangono validi per tempi anche superiori alle 
4 ore.
In mancanza di ciò il GPS deve entrare in una funzione chiamata "SEARCH THE
SKY" atta a generare il PRN, tentare di agganciarlo al satellite e 
se non lo trova, deve provare con un altro PRN fintantoché non riesce a
correlare i segnali. Se il GPS viene mantenuto spento per un tempo 
superiore ai 2 mesi oppure se il GPS viene spostato dall'ultima posizione
in cui ha eseguito l'ultimo FIX (ultima posizione determinata) di 
una distanza in cui l'orizzonte viene ad essere notevolmente diverso
(normalmente 500 miglia)  il GPS deve comunque entrare nella funzione di 
"SEARCH THE SKY"
ECCO DEGLI ESEMPI DI TEMPI PER LA DETERMINAZIONE DEL PRIMO FIX
RICEVITORE  A 12 CANALI PARALLELI (GARMIN II+)
ACQUISITION TIMES: 
WARM: APPROX. 15 SECONDS  (QUANDO ILGPS PUO MANTENERE AL SUO INTERNO SIA
L'OROLOGIO CHE LE EFFEMERIDI VALIDE)
COLD: APPROX. 45 SECONDS • (QUANDO L'OROLOGIO DEL GPS E' SBAGLIATO O QUANDO
LE EFFEMERIDI SONO RELATIVAMENTE VECCHIE - UNO SOLO DEI 2 PERO')
AUTOLOCATETM: APPROX. 5 MINUTES           (corrisponde alla funzione
"SEARCH THE SKY")
EZINIT: EASY INITIALIZATION, 45 SECONDS    (corrisponde alla funzione
"SEARCH THE SKY" quando pero viene inserita manualmente la posizione 
iniziale stimata e quindi il ricevitore può stabilire a priori quali
satelliti siano in vista)
RICEVITORE  A 8 CANALI PARALLELI (GARMIN II)
Receiver: Differential-ready MultiTrac8TM continuously tracks and uses up
to eight satellites to compute and update a position 
Acquisition Times: 
•Warm: approx. 20 seconds •
Cold: approx. 2 minutes •
AutolocateTM: approx. 15 minutes     (corrisponde alla funzione "SEARCH THE
SKY")
RICEVITORE  MULTIPLEXATO (MAGELLAN MERIDIAN XL)
•Weight: 14 oz. (397 g) 
•Acquisition Time: 
•Less than 40 seconds (warm start) 
Less than 2 minutes (cold start) 
Il tempo di "SEARCH THE SKY" non viene fornito (!!...)
•Antenna Type: Detachable quadrifilar helix
SCUSATE MA E" ABNCORA DA CORREGGERE
SEGUE.............
CAPITOLO 1:    INTRODUZIONE
DESCRIZIONE DEL GPS	

 generato dalla rotazione di un'elisse..........
Sono terrorizzato, Sabato proverò ad fare Imperia - Alassio senza
accendere quello che pensavo un facilissimo congegno, il GPS, e giuro
che alla prossima traversata metterò la prua su Calvi come si faceva una
volta, tracciandola.
Tanto per dove devo andare....
Vendo Garmin............
PS: Ma la Terra ha forma strana di geoide oppure geoide (dal greco Géos)
è un solido molto com(p)lesso tipo la Terra?

 Vendo Garmin............
Facciamo un "Boccio".......aggiungi anche il mio 45........
 
Ciao           alberto
 

 è un solido molto com(p)lesso tipo la Terra?
OK! OK! OK! OK!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!   URKA te lo avevo detto che e'
da correggere.
Grazie per la nota. 
Ciao e grazie
Claudio
ortodromiche
(vedi che poi non so se molti lo sanno)
Nota che non lo dico a TE che mi sembri molto preparato (scrivo poco ma
leggo sempre it.hobby.nautica, sono maniaco di vela).

  
URKA!!! incomincio a credere di avere fatto un'affare a scrivere.
Compero GPS a basso prezzo.
Scherzo
Il mio mi basta.
Ciao
Claudio

 Il mio mi basta.
Intanto ti ringrazio per il tuo kilometrico mex sui GPS.......almeno
qualcosina l'ho capita........il mio fa parte della vecchia generazione
(garmin 45).
Come gia' ho scritto in passato, l'ho usato pochino........mi piace
tracciare la rotta e seguire la bussola. Trovo molto pratico l'uso del GPS
ma preferisco la vecchia maniera.
Un mio amico ha comperato di recente un Geonav 6 plus...............che mi
dici in proposito?
ciao e grazie ancora
alberto
 

leggo sempre it.hobby.nautica, sono maniaco di vela...
Qual e' la rotta ortodromica da Trento allo specchio d'acqua piu' vicino?
;-)
grazie delle informazioni. ciao. gio'

 grazie delle informazioni. ciao. gio'
Ciao 
Claudio

 ......................
Ma no, la formula esatta della spirale lossodromica trasversale
lon2-lon1=-tan(tc)*(log((1+sin(lat2))/cos(lat2))-
                      log((1+sin(lat1))/cos(lat1)))
           =-tan(tc)*(log((2+tan(lat1/2))/(1-tan(lat2/2)))-
                      log((1+tan(lat1/2))*(1-tan(lat1/2))))
           =-tan(tc)*(log(2tan(lat2/2+pi/4)/3tan(lat1/2+pi/4)))
mi stupisco di te....
Tra l'altro mi chiedo come facciate a navigare senza conoscere tutte ste
cose!
g.kaldewe

Caldonazzo (2 Km x 500 metri circa, ma pieno di vele)
Abbiamo fatto li' una regata con i Laser 2. Bel posticino, pero' poco
vento.
Ciao. Gio'