- Improvement of ionospheric corrections applied to the European Geostationary Navigation Overlay System (EGNOS) for applications to terrestrial positioning
- Paparini, Claudia
Subject
- EGNOS
- GNSS
- Posizionamento
- Ionosfera
- SBAS
- DGNSS
- INGEGNERIA CIVILE E AMBIENTALE
- ICAR/06 TOPOGRAFIA E CARTOGRAFIA
Description
- 2012/2013
- L’attività di Ricerca svolta durante il ‘Corso di Dottorato in Ingegneria Civile e Ambientale ha riguardato l’attività in collaborazione con il Prof. Radicella presso il Telecommunications/ICT for Development Laboratory (T/ICT4D), the Abdus Salam International Centre of Theoretical Physics, Miramare, e il periodo formativo di tre mesi all’estero presso l’EGNOS Project Office (EPO), sede dell’European Space Agency (ESA) a Toulouse (Francia), sotto la supervisione di Dott. Stefan Schlueter dell’ EPO. Il lavoro svolto, che consiste nello studio dell’effetto della ionosfera sul segnale satellitare di EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay System e del conseguente degrado del calcolo della posizione plano altimetrica che ne deriva, si intende come un contributo per l’ottimizzazione di uno dei servizi forniti da EGNOS denominato EGNOS Open Service, ovvero del primo servizio reso disponibile agli utenti a partire dal 2009. Le caratteristiche del servizio EGNOS Open Service sono presentate in un documento ufficiale chiamato EGNOS SDD-OS dell’Agenzia Spaziale Europea. Il suo obiettivo principale è di aumentare l’accuratezza nel posizionamento correggendo i differenti errori che influenzano il segnale GPS a singola frequenza: gli errori di orologio e di orbita dei satelliti e gli errori legati al ritardo di propagazione del segnale in ionosfera. Altre tipologie di errori, come quelli legati alla propagazione del segnale in troposfera e gli errori da multipath, essendo dovuti a effetti locali non possono essere corrette dai sistemi SBASs (Satellite Based Augmentation System). Lo scopo del documento è di suggerire le tecniche e linee guida per i produttori di ricevitori satellitari e di mettere in evidenza l’importanza del posizionamento e delle prestazioni temporali attualmente disponibili per utenti equipaggiati con strumentazione in grado di ricevere sia il segnale di trasmissione GPS in modalità Standard Positioning Service, con utilizzo della sola frequenza L1, sia il segnale fornito da EGNOS. L’importanza di questo lavoro risiede nel fatto che l’EGNOS OS, essendo un Open Service, può facilmente essere usato da differenti utenze, in una vasta gamma di settori quali la navigazione stradale, l’agricoltura di precisione e le applicazioni personali su palmari. Il lavoro svolto quest’anno s’inserisce pertanto in uno degli obiettivi proposti dall’EGNOS SDD OS. L’aspetto fondamentale riguarda i dati ionosferici forniti da EGNOS tramite i messaggi navigazionali MT 18 e MT26. E’ ormai noto come la precisione nel calcolo del posizionamento, che si ottiene mediante un sistema GNSS a singola frequenza, sia dipendente da vari fattori tra i quali quello dominante è legato alla propagazione del segnale in ionosfera. Sebbene i sistemi SBAS, (del quale EGNOS è la componente Europea) abbiano consentito di ridurre notevolmente gli effetti legati a quest'ultima tipologia di errore, anch'essi soffrono di una forte riduzione di prestazioni in condizioni di grande variabilità ionosferica, come quelle legate a alle basse latitudini o alla presenza di tempeste geomagnetiche. Per questo motivo è importante valutare a livello quantitativo le prestazioni di EGNOS in termini di range delay e di posizionamento tramite un adeguato confronto dei dati trattati con software dedicati, come quelli utilizzati dalla scrivente durante i mesi trascorsi all’EPO. Il dato principale fornito da EGNOS consiste nella correzione ionosferica in punti ionosferici di griglia (IGPs). A causa della presenza di punti IGP “non monitorati” in alcune zone dell’area di copertura del sistema (ECAC, European Civil Aviation Conference), non e' possibile calcolare in modo appropriato il ritardo ionosferico nei corrispondenti punti ionosferici (IPPs) in accordo con la tecnica di interpolazione prevista nel documento ufficiale dell’EGNOS, RTCA Do 229C-D Minimal Operational Performance Standard for GPS/WAAS. Questo incide ovviamente sulle prestazioni globali del sistema EGNOS che, in condizioni nominali, presenta una disponibilità massima di punti ionosferici di griglia (IGPs) monitorati nelle zone centrali dell’area ECAC. In questo contesto, il lavoro svoltosi all’EPO si è' diviso in 3 fasi principali: 1. Sono state considerate le possibili aree di miglioramento delle prestazioni del sistema; per queste aree sono state proposte diverse soluzioni di implementazione. Ognuna di queste soluzioni è stata scelta con l’obiettivo di migliorare la disponibilità dell’EGNOS OS e allo stesso tempo di soddisfare le richieste di accuratezza specificate nel documento. 2. Una volta identificate le possibili aree di miglioramento e di studio, sono state valutate le prestazioni associate a ciascuna soluzione proposta, usando un prototipo di ricevitore GNSS. L’utilizzo di un ricevitore/software è motivato dal fatto che questo permette grande flessibilità quando si testano le differenti opzioni. 3. Infine, sulla base della valutazione delle prestazioni ottenute, sono state considerate e discusse le soluzioni in ciascuna area analizzata. Nella prima fase della ricerca è stato studiato una strategia di calcolo per ovviare alla mancanza dei dati di EGNOS ed estendere la disponibilità per i dati di griglia, in particolare nella parte sud della zona ECAC: e’ stato effettuato uno studio delle mappe globali, in particolare quelle fornite dall’International GNSS Service (IGS) e dal CODE, dell’Università di Berna, eseguendo un confronto fra i ritardi ionosferici verticali e quelli obliqui (slant). Lo scopo di questa analisi e' stato quello di determinare il ritardo ionosferico e correggerne l'influenza in un settore critico dell'area ECAC, come quello delle regioni meridionali, a causa dell'assenza dei dati di correzione ionosferica EGNOS. L’obiettivo principale di questa fase è stato quello di confrontare il TEC verticale estratto dai dati EGNOS con quello ottenuto utilizzando le mappe globali di CODE in tutta la zona d’interesse, e infine l'utilizzo dei valori di correzione dei punti di griglia del CODE in sostituzione dei valori mancanti nei punti di griglia non monitorati da EGNOS. L’analisi è stata eseguita per gli anni 2012 e 2013 in giorni caratterizzati sia da condizioni di quiete che da condizioni di tempeste geomagnetiche, in un’area di copertura [40°W, 40°E ] in longitudine e [20°N, 60°N] in latitudine, in modo da valutare quantitativamente in che misura le mappe globali riproducano le condizioni regionali descritte dalla griglia di EGNOS in termini di gradiente spaziale di TEC (sia in longitudine che latitudine). Nella seconda fase della ricerca sono stati calcolati i valori di TEC verticale e obliquo e le coordinate dei punti IPP. In seguito sono stati calcolati i diversi contributi agli IPP ( in termini di TEC) con l’algoritmo di interpolazione bilineare a quattro punti. Sono stati considerati i valori del TEC negli IGPs: - di EGNOS - di CODE - di una griglia sintetica ottenuta sostituendo i dati di CODE nei punti di griglia non monitorati da EGNOS. Utilizzando le diverse correzioni ionosferiche sono stati ricalcolati i valori dei relativi pseudoranges da utilizzare per il calcolo della posizione con correzione WADGPS. I nuovi valori pseudorange così calcolati sono stati inseriti all'interno dei files rinex di diverse stazioni di riferimento, operanti nella parte sud dell’area ECAC. Con l'utilizzo di diversi software utilizzati all’EGNOS Project Office, sono stati valutati gli errori di posizionamento per i diversi modelli di TEC assunti al fine di valutare l’attendibilità delle precisioni planimetriche e altimetriche ottenute. Si è' deciso di usare software di posizionamento flessibili per le varie esigenze che simulassero i ricevitori, in modo da poter applicare le varie correzioni in modo sistematico. Lo scopo dell'attivita' di ricerca svolta, è quello di permettere l’estensione della disponibilità dei dati EGNOS nei valori di griglia in caso di condizioni “non monitorate” del sistema, attraverso lo studio degli effetti dell’impatto ionosferico su EGNOS.
- XXV Ciclo
- 1984
Date
- 2014-07-08T11:40:21Z
- 2014-07-08T11:40:21Z
- 2014-04-24
Type
- Doctoral Thesis
Format
- application/pdf
Identifier
urn:nbn:it:units-12544