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Il sistema di posizionamento Galileo, sistema europeo che affianca altri analoghi sistemi satellitari quali GPS, GLONASS, BEIDOU, nasce con presupposti e in un contesto leggermente diverso rispetto ai suoi omologhi.
Il sistema di posizionamento Galileo, spiegato bene
Una prima caratteristica tipica di Galileo è il fatto di essere gestito da un ente civile, l’agenzia spaziale europea (ESA); una seconda caratteristica riguarda il fatto che Galileo nasce in risposta ad una serie di esigenze provenienti direttamente dalle comunità di utenti. In tal senso è, di fatto, un sistema maggiormente orientato, perché così pensato fin dall’origine, all’utenza civile e alle sue necessità.
Non si tratta soltanto di una differenza “formale” o ancor più “gestionale”; ma segna un diverso approccio proprio nei confronti di chi utilizza queste tecnologie per attività professionali, per migliorare i processi o anche solo per attività ludiche. Galileo infatti è guidato proprio dalle esigenze di chi fa positioning. Pertanto, molti dei servizi che fornisce possono rappresentare una svolta importante per gli utenti civili. Non da ultimo c’è da rimarcare il fatto che con Galileo l’Europa si garantisce una totale autonomia rispetto agli altri sistemi di posizionamento.
Fasi di sviluppo
Il sistema di posizionamento Galileo ha previsto tre fasi di sviluppo. La prima, iniziale, di “Validazione in Orbita”, la seconda cosiddetta di Initial Operational Capability (IOC); la terza ed ultima di Full Operational Capability (FOC) prevista nel 2020 con una costellazione in orbita di 30 satelliti, di cui 24 operativi e 6 per ridondanza.
Dopo una serie di riprogrammazioni e ritardi, anche fisiologici per un programma così complesso ed ambizioso, siamo attualmente in una fase in cui il numero di satelliti in orbita e il numero di servizi a disposizione rende Galileo una risorsa a tutti gli effetti decisamente utile per gli utenti finali.
Benefici di Galileo per gli utenti
In particolare è interessante in questo contesto concentrarsi sugli utenti che utilizzano i sistemi satellitari per applicazioni tecniche e topografiche. Quali benefici porta Galileo a tutti gli utenti civili?
Intanto un aspetto interessante, da mettere in evidenza, riguarda i clock a bordo dei satelliti. Nel caso della costellazione Galileo ogni satellite porta a bordo 4 orologi atomici; due “Passive Hydrogen Masers” che garantiscono una stabilità di 0,5 ns in 12 ore e due al rubidio con una stabilità di circa un ordine di grandezza in meno. I primi sono gli orologi atomici più stabili messi in orbita ad oggi; per fare un concreto esempio numerico tali orologi perdono 1 secondo ogni 3 milioni di anni.
Come è noto la stabilità della scala temporale è elemento essenziale per il positioning, poiché impatta direttamente sulla misura della distanza satellite ricevitore. In termini di distanza percorsa dal segnale satellitare, per fare un esempio, 1 ns di scostamento sulla scala dei tempi corrisponde a circa 30 cm di incertezza sulla misura di tale distanza. Se è vero che gli effetti di deriva dei clock a bordo dei satelliti possono poi essere trattati ed affrontati in fase di processamento, ad esempio utilizzando le doppie differenze, è pur vero che in generale un clock più stabile è condizione per poter effettuare un buon posizionamento anche assoluto.
La visibilità satellitare
Da un punto di vista della visibilità satellitare è indubbio che una costellazione in più porti evidenti e decisivi benefici. Fino a che di fatto è stato in uso soltanto il GPS, era utile pianificare il proprio rilievo con un planning che ci indicasse quale era il momento migliore della giornata per poter uscire in campagna con un ricevitore GNSS, in ragione del numero di satelliti in vista. Attualmente si può essere ragionevolmente certi che il numero stesso dei satelliti sia sempre abbondante; in qualsiasi ora del giorno e della notte, più o meno in ogni punto del globo. In un contesto come questo aggiungere il sistema satellitare Galileo a quelle solitamente in uso, GPS e GLONASS, consente mediamente di incrementare il numero di satelliti in vista di 4 o 5 unità. Spesso si passa da valori intorno a 10 / 12 a valori intorno a 15/18.
Non è però un incremento “superfluo”. Si potrebbe pensare che trovandosi già in condizioni ottimali tale incremento aggiunga poco alla precisione del posizionamento. In condizioni ottimali per il rilievo ciò potrebbe anche essere vero. Infatti le precisioni dell’ordine di pochi centimetri, se ad esempio ci si riferisce ad un rilievo in modalità NRTK, sono intrinseche nella tecnologia e nella modalità di posizionamento, per cui diventa difficile scendere al di sotto. Ma quando ci si trova in condizioni non ottimali, quando cioè ne abbiamo più bisogno, il vantaggio di Galileo si fa sentire.
Quando ad esempio alcuni segnali sono disturbati, ad esempio a causa di effetti locali, un maggiore numero di satelliti consente al ricevitore di “isolare” più agevolmente i segnali più sporchi. È possibile, sia per rilievi NRTK sia per elaborazioni in Post Processamento, impostare ad esempio dei filtri proprio sul rapporto segnale rumore (SNR). Un numero sovrabbondante di satelliti consente di essere più stringenti da questo punto di vista, garantendo il più possibile una soluzione maggiormente “robusta”.
L’analisi dei ricevitori
Tale considerazione trova specifica applicazione in caso di ricevitori particolarmente rumorosi ed apre ad una serie di possibilità per tutti quei device che possono essere considerati low cost. In particolare, fin dall’avvio degli initial service nel 2016, i produttori di ricevitori che hanno adeguato i propri device alla ricezione del segnale Galileo e ad oggi quasi tutti i ricevitori. Sia per applicazioni di tracking che per applicazioni topografiche e/o geodetiche sono abilitati a ricevere segnali Galileo. Tale trend è individuabile anche su ricevitori a bordo degli smartphone. Più di un miliardo di smartphone usano ad oggi il sistema satellitare Galileo e, dal 2021, si stima che tutti gli smartphone potranno tracciare la costellazione europea. Proprio sugli smartphone gli effetti di multipath e altri disturbi locali impattano in maniera pesante, data la scarsa qualità delle componentistiche hardware.
I servizi di Galileo
I servizi che, a regime, saranno forniti da Galileo sono quattro:
Open service
Si tratta di un servizio aperto, accessibile a tutti in maniera gratuita. Attraverso questo servizio sarà possibile stimare la posizione del ricevitore con maggiore precisione. Proprio attraverso gli open service si potranno trarre benefici nelle condizioni di maggiore difficoltà, come canyon urbani o aree con bassa visibilità satellitare.
Attraverso gli open service Galileo fornirà il cosiddetto servizio di eCall, anch’esso gratuito, con il quale verrà dato supporto alla tracciabilità e ricostruzione degli incidenti stradali; questo inviando direttamente ed in maniera automatica e accurata la posizione dei veicoli coinvolti nei sinistri, a bordo dei quali sia inserito un ricevitore Galileo.
High Accuracy Service
Si tratta di un servizio rivolto ad applicazioni professionali e/o commerciali basato su due aspetti sostanziali. Da un lato l’alta accuratezza del posizionamento, dall’altro l’autenticazione del segnale che lo rende meno vulnerabile rispetto a interferenze come il jamming o lo spoofing.
Public Regulated Service
Si tratta di un servizio ad accesso profilato ed autorizzato, controllato da enti governativi dei paesi appartenenti all’Unione Europea. Per lo più è un tipo di servizio riservato a forze di polizia e forze dell’ordine in genere
Search and Rescue
Servizio aperto a tutti, che avrà un ruolo importante nelle attività di ricerca e soccorso. Consente di localizzare i segnali inviati in caso di emergenza che si stima possa consentire di ridurre i tempi di individuazione di un disperso da 3 ore a 10 minuti
Conclusioni
La costellazione Galileo è ormai un attore principale nel panorama dei servizi di posizionamento satellitare. Il numero di satelliti, i servizi attivi e la disponibilità di ricevitori di ogni tipologia rendono Galileo importante in molti frangenti. Al netto della qualità dei ricevitori, poter tracciare anche i satelliti Galileo consente di ridurre il TTFF (Time To First FIX), di incrementare la robustezza del posizionamento; poi di effettuare posizionamento anche in aree complicate, come aree urbane e zone a bassa visibilità satellitare.
