Appunti di Navigazione Moderna

Istituto Tecnico Nautico "Artiglio" - Viareggio

Appunti
di
Navigazione Moderna

Mauro Bertolini

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Premessa
Sommario

Il presente lavoro è stato fatto in occasione di un corso di aggiornamento svolto a Viareggio su alcuni temi di Navigazione Moderna. Non sono stati affrontati tutti i possibili argomenti, ma soltanto quelli più attuali e di maggior interesse per il pubblico cui era rivolto il corso.

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Sommario
Inizio

1 I Satelliti artificiali

1.1 Principi generali
1.2 Periodo e velocità
1.3 Suborbita
1.4 Parametri orbitali
1.5 Perturbazioni dell'orbita
1.6 Orbite sincrone e geostazionarie
1.7 Orbite eliosincrone
1.8 Area di acquisizione di un satellite
1.9 Coordinate altazimutali di un satellite

Una piccola appendice matematica
Coordinate altazimutali di un satellite geostazionario

1.10 Orizzonte radioelettrico dell'osservatore
1.11 Durata del passaggio
1.12 Successivi passaggi
1.13 Effetto Doppler

2 NAVSTAR - GPS

2.1 Principio operativo e caratteristiche

2.1.1 Introduzione
2.1.2 Principio di funzionamento
2.1.3 I satelliti

Satelliti di sviluppo o prototipi (BLOCK I)
Satelliti operativi (BLOCK II e IIA)
Satelliti operativi di sostituzione (BLOCK IIR)

2.1.4 Sistema di controllo terrestre
2.1.5 Frequenze utilizzate e codici trasmessi

Codice P (Protected o Precision)
Codice C/A (Clear Access o Coarse Acquisition)
Codice D (Navigation Data)

2.1.6 Tempo standard di riferimento o GPS time
2.1.7 Modulazione dei segnali
2.1.8 Degradazione artificiale della precisione

Selective Availability (SA)
Anti-Spoofing (AS)
2.2 Ricezione ed utilizzo dei segnali
2.2.1 Ricevitori GPS
2.2.2 Misura dei ritardi e calcolo delle distanze
2.2.3 La posizione del ricevitore

Qualche indicazione analitica

2.3 Errori del sistema

2.3.1 Considerazioni generali

Errori dei satelliti
Errori nella propagazione dei segnali nella ionosfera e nella troposfera
Errori prodotti da percorsi multipli o Multipath
Errori del ricevitore

2.3.2 Errori sulla posizione

Incertezza sul luogo di posizione terrestre
Errore di posizione nel piano orizzontale
Errore di posizione nello spazio

2.4 DGPS o GPS differenziale

2.4.1 Principio di funzionamento
2.4.2 Stazioni di riferimento ed utilizzo del DGPS
2.4.3 Organizzazione delle stazioni DGPS

2.5 La navigazione con il GPS

2.5.1 Dati misurati e dati calcolati
2.5.2 Ellissoide terrestre
2.5.3 Coordinate geografiche e quota del ricevitore
2.5.4 Rotta e velocità (COG e SOG)
2.5.5 Set and Drift
2.5.6 Accensione dell'apparato
2.5.7 Dati sui satelliti

Situazione della costellazione
Scelta dei satelliti

2.5.8 Programmazione e controllo della traversata

Rotte e waypoints
Durante la navigazione

3 Calcolatori

3.1 Principi base

3.1.1 Struttura di un calcolatore
3.1.2 Codici di trasmissione
3.1.3 Capacità di una memoria
3.1.4 Segnali analogici e digitali

Definizioni
Conversione analogico-digitale

3.2 Linguaggi di programmazione
3.3 Trasferimento dati

3.3.1 Trasferimento seriale e parallelo
3.3.2 Velocità di trasmissione
3.3.3 Trasmissioni seriali sincrone e asincrone
3.3.4 Lo standard RS-232 nella trasmissione seriale
3.3.5 Protocolli di trasmissione
3.3.6 Protocollo NMEA

Connessioni elettriche
Caratteristiche dei segnali
Struttura delle frasi

3.4 Unità video

3.4.1 Informazioni preliminari
3.4.2 Tubo a raggi catodici
3.4.3 Sistemi di deflessione
3.4.4 Risoluzione video e modalità di lavoro
3.4.5 La realizzazione dei colori
3.4.6 Occupazione di memoria
3.4.7 Altri sistemi video
3.4.8 Display a cristalli liquidi

4 Carte elettroniche

4.1 Generalità
4.2 Tipi di carte elettroniche

4.2.1 Carte Raster
4.2.2 Carte vettoriali

4.3 Requisiti della carta elettronica
4.4 L'ECDIS - Electronic Chart Display System

4.4.1 Introduzione
4.4.2 Requisiti degli apparati
4.4.3 Standardizzazione degli archivi

5 Navigazione integrata

5.1 Introduzione
5.2 Schema di un sistema di navigazione integrata
5.3 Il filtro di Kalman

Valore medio e scarto quadratico medio
Successive misure
Stima mediante più misure indipendenti

5.4 Autopilota

5.4.1 Generalità
5.4.2 Autopilota convenzionale
5.4.3 Autopilota adattativo
5.4.4 Alcune caratteristiche di un autopilota

5.5 Bussola magnetica elettronica

5.5.1 Alcuni richiami di magnetismo navale
5.5.2 Sensori fluxgate
5.5.3 Funzionamento della bussola fluxgate

5.6 Navigazione con un sistema integrato

Route steering
Radar Steering o modalità radar
Manual steering o modalità manuale

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Copyright (c) 1999 ITN "Artiglio"
Viareggio (LU) - Italy
Ultima modifica: 01/10/1999

1 I Satelliti artificiali
	1.1 Principi generali 1.2 Periodo e velocità 1.3 Suborbita 1.4 Parametri orbitali 1.5 Perturbazioni dell'orbita 1.6 Orbite sincrone e geostazionarie 1.7 Orbite eliosincrone 1.8 Area di acquisizione di un satellite 1.9 Coordinate altazimutali di un satellite
			Una piccola appendice matematica Coordinate altazimutali di un satellite geostazionario
	1.10 Orizzonte radioelettrico dell'osservatore 1.11 Durata del passaggio 1.12 Successivi passaggi 1.13 Effetto Doppler
2 NAVSTAR - GPS
	2.1 Principio operativo e caratteristiche
		2.1.1 Introduzione 2.1.2 Principio di funzionamento 2.1.3 I satelliti
			Satelliti di sviluppo o prototipi (BLOCK I) Satelliti operativi (BLOCK II e IIA) Satelliti operativi di sostituzione (BLOCK IIR)
		2.1.4 Sistema di controllo terrestre 2.1.5 Frequenze utilizzate e codici trasmessi
			Codice P (Protected o Precision) Codice C/A (Clear Access o Coarse Acquisition) Codice D (Navigation Data)
		2.1.6 Tempo standard di riferimento o GPS time 2.1.7 Modulazione dei segnali 2.1.8 Degradazione artificiale della precisione
			Selective Availability (SA) Anti-Spoofing (AS)
	2.2 Ricezione ed utilizzo dei segnali
		2.2.1 Ricevitori GPS 2.2.2 Misura dei ritardi e calcolo delle distanze 2.2.3 La posizione del ricevitore
			Qualche indicazione analitica
	2.3 Errori del sistema
		2.3.1 Considerazioni generali
			Errori dei satelliti Errori nella propagazione dei segnali nella ionosfera e nella troposfera Errori prodotti da percorsi multipli o Multipath Errori del ricevitore
		2.3.2 Errori sulla posizione
			Incertezza sul luogo di posizione terrestre Errore di posizione nel piano orizzontale Errore di posizione nello spazio
	2.4 DGPS o GPS differenziale
		2.4.1 Principio di funzionamento 2.4.2 Stazioni di riferimento ed utilizzo del DGPS 2.4.3 Organizzazione delle stazioni DGPS
	2.5 La navigazione con il GPS
		2.5.1 Dati misurati e dati calcolati 2.5.2 Ellissoide terrestre 2.5.3 Coordinate geografiche e quota del ricevitore 2.5.4 Rotta e velocità (COG e SOG) 2.5.5 Set and Drift 2.5.6 Accensione dell'apparato 2.5.7 Dati sui satelliti
			Situazione della costellazione Scelta dei satelliti
		2.5.8 Programmazione e controllo della traversata
			Rotte e waypoints Durante la navigazione
3 Calcolatori
	3.1 Principi base
		3.1.1 Struttura di un calcolatore 3.1.2 Codici di trasmissione 3.1.3 Capacità di una memoria 3.1.4 Segnali analogici e digitali
			Definizioni Conversione analogico-digitale
	3.2 Linguaggi di programmazione 3.3 Trasferimento dati
		3.3.1 Trasferimento seriale e parallelo 3.3.2 Velocità di trasmissione 3.3.3 Trasmissioni seriali sincrone e asincrone 3.3.4 Lo standard RS-232 nella trasmissione seriale 3.3.5 Protocolli di trasmissione 3.3.6 Protocollo NMEA
			Connessioni elettriche Caratteristiche dei segnali Struttura delle frasi
	3.4 Unità video
		3.4.1 Informazioni preliminari 3.4.2 Tubo a raggi catodici 3.4.3 Sistemi di deflessione 3.4.4 Risoluzione video e modalità di lavoro 3.4.5 La realizzazione dei colori 3.4.6 Occupazione di memoria 3.4.7 Altri sistemi video 3.4.8 Display a cristalli liquidi
4 Carte elettroniche
	4.1 Generalità 4.2 Tipi di carte elettroniche
		4.2.1 Carte Raster 4.2.2 Carte vettoriali
	4.3 Requisiti della carta elettronica 4.4 L'ECDIS - Electronic Chart Display System
		4.4.1 Introduzione 4.4.2 Requisiti degli apparati 4.4.3 Standardizzazione degli archivi
5 Navigazione integrata
	5.1 Introduzione 5.2 Schema di un sistema di navigazione integrata 5.3 Il filtro di Kalman
			Valore medio e scarto quadratico medio Successive misure Stima mediante più misure indipendenti
	5.4 Autopilota
		5.4.1 Generalità 5.4.2 Autopilota convenzionale 5.4.3 Autopilota adattativo 5.4.4 Alcune caratteristiche di un autopilota
	5.5 Bussola magnetica elettronica
		5.5.1 Alcuni richiami di magnetismo navale 5.5.2 Sensori fluxgate 5.5.3 Funzionamento della bussola fluxgate
	5.6 Navigazione con un sistema integrato
			Route steering Radar Steering o modalità radar Manual steering o modalità manuale

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Il presente lavoro è stato fatto in occasione di un corso di aggiornamento svolto a Viareggio su alcuni temi di Navigazione Moderna. Non sono stati affrontati tutti i possibili argomenti, ma soltanto quelli più attuali e di maggior interesse per il pubblico cui era rivolto il corso. Per questioni di tempo la pubblicazione è stata lasciata nel formato originale scritto con Word 97 e convertita quindi nel formato PDF mediante Adobe Acrobat.
Scarica documento ZIP (1.2 Mb) Scarica documento PDF (1.3 Mb)
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