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VALUTAZIONE DELLE ACCURATEZZE DI MISURA DI UN
RICEVITORE GPS PER UN SATELLITE IN ORBITA LEO
TRAMITE LO SVILUPPO DI UN AMBIENTE SIMULATIVO
SOFTWARE
FACOLTA' DI INGEGNERIADIPARTIMENTO DI INGEGNERIA AEROSPAZIALE E ASTRONAUTICA
IN COLLABORAZIONE CON ALCATEL ALENIA SPACE
VALUTAZIONE DELLE ACCURATEZZE DI MISURA DI UN RICEVITORE GPS PER UN SATELLITE IN ORBITA LEO TRAMITE LO SVILUPPO DI UN AMBIENTE SIMULATIVO SOFTWARE
AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 0 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
FACOLTA' DI INGEGNERIADIPARTIMENTO DI INGEGNERIA AEROSPAZIALE E ASTRONAUTICA
IN COLLABORAZIONE CON ALCATEL ALENIA SPACE
VALUTAZIONE DELLE ACCURATEZZE DI MISURA DI UN RICEVITORE GPS PER UN SATELLITE IN ORBITA LEO TRAMITE LO SVILUPPO DI UN AMBIENTE SIMULATIVO SOFTWARE
AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 1 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
Obiettivo della tesi :Sviluppare un software di simulazione in linguaggio Fortran 77 che ricostruisca l’ambiente della costellazione NAVSTAR ed il comportamento di un ricevitore GPS montato a bordo di un satellite LEO.
Scopo del simulatore software :
- l’azienda Alcatel Alenia Space lo ha richiesto con lo scopo di poter effettuare con esso le analisi relative alle missioni in progetto.- divenire uno rapido strumento di analisi preliminare di missione. Una delle caratteristiche che deve acquisire è quindi quella di essere veloce, stabile e preciso.
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IN COLLABORAZIONE CON ALCATEL ALENIA SPACE
VALUTAZIONE DELLE ACCURATEZZE DI MISURA DI UN RICEVITORE GPS PER UN SATELLITE IN ORBITA LEO TRAMITE LO SVILUPPO DI UN AMBIENTE SIMULATIVO SOFTWARE
AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 2 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
Gli argomenti trattati nella tesi (1):A. Problematica della determinazione orbitale precisa su satellite LEO
B. Applicazioni GPS nello spazio
C. Design e test di un progetto in ambito spaziale
D. Introduzione al sistema GPS
E. La soluzione navigazionale per la navigazione satellitare
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AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 3 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
Gli argomenti trattati nella tesi (2):F. Il simulatore del ricevitore GPS
G. Il DOP e la precisione
H. Risultati plot e confronti
I. Conclusioni
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 4 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
A. Problematica della determinazione orbitale precisa su satellite LEO
Richiede:1) un ricevitore GPS2) software di bordo per l’elaborazione in “real
time” dei dati del ricevitore
Ricevitore GPS Lagrange
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 5 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
1) software di bordo per l’elaborazione in “real time” dei dati del ricevitore (1)
Lo sviluppo di un software di controllo abordo che lavori in “autonomia” permette
Riduzione del numerodelle Stazioni di
Terra (soprattuttoper i satelliti LEO)
Autonomia nelle manovre e
nelle attività ditelerilevamento
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 6 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
1) software di bordo per l’elaborazione in “real time” dei dati del ricevitore (2)
Geolocazione(puntamenti di terra) “Baseline
determination” trasatelliti in formazioneControllo dinavigazione
della piattaforma
Lo sviluppo di un software di controllo abordo che lavori in “autonomia” permette
Produce un aumento di precisione nelle tecniche interferometriche radar per il telerilevamento
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AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 7 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
B. Applicazioni GPS nello spazio
Ricevitore GPS a bordo
Come “sensore” di piattaforma
In ausilio diSistemi di Terra
(telerilevamento)
La tematica del controllo in “real time”
Assetto e puntamento(determinazione della terna
di riferimento dello S/C)
Determinazione econtrollo orbitale
Navigazione
Usato in aggiunta a propagatori orbitali
e filtri di bordo
Autonomia e risparmio di
Stazioni di Terra per satelliti LEO
Post processing
Sensingda Terra
Misure di rangingalternative
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AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 8 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
Design e test di un progetto in ambito spaziale
Lo sviluppo di un progetto in ambito spaziale prevede due fasi, la prima di “analisi e design” al simulatore, la seconda di “test” in laboratorio o camera pulita a seconda dei casi.
PROGETTO
“ANALISI E DESIGN” AL SIMULATORE
REFERENCE
“TEST” AL PIANETTODI PROVA IN
LABORATORIO
VALIDAZIONE
REQUISITI
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AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 9 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
La soluzione navigazionale per la navigazione satellitare
ˆ 0ut =ˆ 0ut =
ALGORITMO PER IL CALCOLO DELLA POSIZIONE
[ ] [ ]ˆ ˆ ˆ ˆ 0 0 0T Tu u uu x y z= =
ˆ ˆj u j jct s uρ ρΔ = − −
1( )T Tx G G G ρ−Δ = Δ
ˆˆ ˆ
ˆ
u u
u u
u u
x xu u u y y
z z
Δ⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎢ ⎥ ⎢ ⎥= + Δ = + Δ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥Δ⎣ ⎦ ⎣ ⎦
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AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 10 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
Il simulatore del ricevitore GPS
GPS_RECEIVER
COMP
INPLIB
MAIN
OUT
INP
ant_ricev.inp
ant_trasm.inp
gps.inp
time.inp
utentdati.inp
utente.inp
dato.inp
MeanClockDelay.inp
WorstClockDelay.inp
PROPAGATORE
ERRORS
IONO
NUMERICA
ORBITALE
RICEVITORE
GPS_NORAD
LIB
ARCHITETTURA DEL SIMULATORE (1)
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 11 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
NUMERICA
DPYTHAG.f
DSVBKSB.f
DSVDCMP.f
ident.f
inver.f
inver2.f
inver3.f
norm_vet.f
opp.f
ricci.f
rot_mat.f
rot_scal.f
rot_vet.f
sum_mat.f
sum_vet.f
trasp.f
unos.f
zeros.f
ARCHITETTURA DEL SIMULATORE (2)
PROPAGATORE ALS
acceleration.f
cira.f
drag.f
eph.f
RKNL78.f
spress.f
sub_drag.f
sub_drag.f
sunmoon.f
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AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 12 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
ARCHITETTURA DEL SIMULATORE (3)
RICEVITORE
carrier_phase.f
code_phase.f
code_range.f
confronto_visibili.f
DOP.f
ECEF_ECI.f
misura_pos.f
prop_anomaly.f
stima_pos.f
stima_stato.f
time_propag.f
time_trasm.f
TR_time.f
visib_user_gps.f
misura_vel.f
stima_vel.f
GPS_NORAD
GPS_NORAD_NEW
deep.f
driver.f
GPS_prop.f
sdp4.f
sdp8.f
sgp4.f
sgp8.f
sgp.f
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 13 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
ARCHITETTURA DEL SIMULATORE (4)
ERRORS
allan.f
gps_clock_err.f
multipath.f
rel_freq.f
rel_gps.f
rel_user.f
rel_user2.f
user_clock_err1.f
user_clock_err2.f
IONO
MEAN_TEC_ARCHIVE
iono.f
MEAN_TEC_ARCHIVE_2
MAIN
def_stati.f
input.f
prop_user.f
ricevitore.f
single_point.f
svd_sps.f
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 14 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
COSA FA IL SIMULATOREDEFINIZIONE DEI PARAMETRI DI FLAG
LETTURA DATI DI INPUT
MAIN/input.fINP/time.inp
(LETTURA DATI TIME)
INP/utente.inp(LETTURA DATI UTENTE)
INP/utentdati.inp(LETTURA DATI UTENTE)
INP/ant_ricev.inp(LETTURA DATI
ANTENNE)
INP/ant_trasm.inp(LETTURA DATI
ANTENNE)
MAIN/def_stati.f(DEFINIZIONE VETTORI
DI STATO)
LIB/GPS_NORAD_GPS_NORAD_NEW/gps.h
(LETTURA DATI NORAD)
INP/dato.inp(LETTURA DATI NORAD)
DEFINIZIONE DELLA STIMA INIZIALE DI POSIZIONE
INIZIO DEL CICLO DI SIMULAZIONE
PROPAGAZIONE DEL MOTO ORBITALE DEL RICEVITORE (DALLE CONDIZIONI INIZIALI)
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 15 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1x 106 pos-vero(1)
time (s)
pos-
vero
(1) (
m)
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8x 106 pos-vero(2)
time (s)
pos-
vero
(2) (
m)
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8x 106 pos-vero(3)
time (s)
pos-
vero
(3) (
m)
-1-0 .5
00.5
1
x 106
-1-0 .5
0
0 .51
x 107
-1
-0 .5
0
0 .5
1
x 107
pos -ve ro (1 ) (m )
pos -vero
pos -ve ro(2 ) (m )
pos-
vero
(3) (
m)
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500vel-vero(1)
time (s)
vel-v
ero(
1) )(
m/s
)
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000-8000
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000vel-vero(2)
time (s)
vel-v
ero(
2) (m
/s)
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000-8000
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000vel-vero(3)
time (s)
vel-v
ero(
3) (m
/s)
-2000-1000
01000
2000
-1-0.5
0
0 .51
x 104
-1
-0.5
0
0.5
1
x 104
ve l-vero(1) (m /s )
ve l-vero
vel-vero (2) (m /s )
vel-v
ero(
3) (m
/s)
Rappresentazione 3D dell’andamento col tempo della posionevera in ECI del ricevitore nei primi 6000 secondi di simulazione
Rappresentazione 3D dell’andamento col tempo della velocità
vera in ECI del ricevitore nei primi 6000 secondi di simulazione
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VALUTAZIONE DELLE ACCURATEZZE DI MISURA DI UN RICEVITORE GPS PER UN SATELLITE IN ORBITA LEO TRAMITE LO SVILUPPO DI UN AMBIENTE SIMULATIVO SOFTWARE
AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 16 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
CALCOLO DELLA VISIBILITA’ BASATA SULLA POSIZIONE VERA DEL RICEVITORE AL TEMPO DI SIMULAZIONE
SCELTA E CALCOLO DELLA POSIZIONE E DELLA VELOCITA’ STIMATE DEL RICEVITORE AL TEMPO DI SIMULAZIONE
IL PROPAGATORE ORBITALE KEPLERIANO DEL MOTO DEL RICEVITORE
'0 '
'
'
cos ( )( ) arccos
1 cos ( )R
RR
R R simulaz
e tE t
e tt t t
νν
+=
+ += −Δ
0 ' 0 ' 0 '
'
( ) ( ) sin ( )R R R
R R simulaz
M t E t e E tt t t
= −
= − Δ
0 ' 3
'
( ) ( )R R simulaz
R R simulaz
M t M t ta
t t t
μ= + Δ
= + Δ
( ) ( )R k R kM t E t=
1
( ) 0sin ( )
( ) ( ) ( )1 cos ( )
( ) ( ) ( )
R k
R kR k R k R k
R k
R k R k R k
E te E t
E t M t E te E t
E t E t E t+
Δ =
Δ = − +−
= + Δ
cos ( )( ) arccos
1 cos ( )R
RR
E t et
e E tν
−=
−_ '( )user sps Rr tr
_ ( )user stima Rr tr
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CALCOLO DEL TEMPO DI PROPAGAZIONE DEL SEGNALE
( ) ( ) ( )i i i iGPS T GPS T user R
iT R
t r t r t
t t
ρ = −
=
r r
( )( )i i i iGPS T GPS T
iT R
r t r t
t t
=
=
r
3( ) ( ) ( )(1 )( ) log[ ]( ) ( ) ( )
i i i ii i user R GPS T GPS TShapiro T i i i i
user R GPS T GPS TiT R
r t r t tt t
c r t r t t
t t
ρμ γρ
+ ++Δ =
+ −
=
( )( )
i ii i iGPS T
IONO Shapiro T
iT R
tt t t
ct t
ρτ = + Δ + Δ
=
( ) ( ) ( )i i i iGPS T GPS T user R
i iT R k
t r t r t
t t
ρ
τ
= −
= −
r r
( )( )i i i iGPS T GPS T
i iT R k
r t r t
t t τ
=
= −
r
3( ) ( ) ( )(1 )( ) log[ ]( ) ( ) ( )
i i i ii i user R GPS T GPS TShapiro T i i i i
user R GPS T GPS Ti iT R k
r t r t tt t
c r t r t t
t t
ρμ γρ
τ
+ ++Δ =
+ −
= −
1( )
( ) ( )i i
i i iGPS Tk IONO R Shapiro T
i iT R k
tt t t t
ct t
ρτ
τ
+ = + Δ + Δ
= −
( ) ( )i i i iShapiro T Shapiro T
i iT R
t c t t
t t
ρ
τ
Δ = ⋅Δ
= −
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 18 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 104
4
6
8
10
12
14
16n-sat-visib-pos
time (s)
n-sa
t-vis
ib-p
os
0
2
4
6
8
10
12
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
'C:\Programmi\MATLAB7\OUT2\I_SAT_VISIBILI1.dat' us 1:2
Andamento nel tempo del numero di satelliti in visibilitàper il calcolo della posizione SPS in una simulazione di
36000 secondi
Andamento nel tempo degli identificativi dei satelliti in visibilità per il calcolo della posizione SPS in una simulazione di 36000 secondi
CALCOLO DELLA VISIBILITA’ BASATA SULLA POSIZIONE STIMATA DEL RICEVITORE AL
TEMPO DI SIMULAZIONE
CONFRONTO TRA LA VISIBILITA’ DEI SATELLITI BASATA SULLA POSIZIONE VERA E SULLA POSIZIONE STIMATA DEL RICEVITORE AL TEMPO DI SIMULAZIONE
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 19 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
CONFRONTO TRA LA VISIBILITA’ DEI SATELLITI COMUNE RISPETTO ALLA POSIZIONE VERA E ALLA POSIZIONE STIMATA DEL RICEVITORE AL TEMPO DI SIMULAZIONE PRECEDENTE E QUELLA DEI SATELLITI
COMUNE RISPETTO ALLA POSIZIONE VERA E ALLA POSIZIONE STIMATA DEL RICEVITORE AL TEMPO DI SIMULAZIONE ATTUALE PER IL CALCOLO DELLO PSEUDORANGE-RATE MISURATO
CALCOLO DEL TEMPO DI TRASMISSIONE DEL SEGNALE GPS
CALCOLO DEL MISURE DI PSEUDORANGE
_( ) ( ) ( )
( )
i i irange R GPS T user vero R
i iT R R
t r t r t
t t t
ρ
τ
= −
= −
r r _ _ _ _
_ _ _
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
( )
i i i ipseudorange R range R error clock user R rel user R rel GPS T
i i i ierror clock GPS T multipath R iono R Shapiro delay T
i iT R R
t t t t t t t t
t t t t t t t t
t t t
ρ ρ
τ
= +Δ +Δ +Δ −
Δ +Δ +Δ +Δ
= −
1 _ _ _ _
_ _ _
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
( )
i i i ipseudo R range R error clock user R rel user R rel GPS T
i i i ierror clock GPS T multipath R iono R Shapiro delay T
i iT R R
t t t t t t t t
t t t t t t t t
t t t
ρ ρ
τ
= +Δ +Δ +Δ −
Δ +Δ +Δ +Δ
= −
2 _ _ _ _
_ _ _
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
( )
i i i ipseudo R range R error clock user R rel user R rel GPS T
i i i ierror clock GPS T multipath R iono R Shapiro delay T
i iT R R
t t t t t t t t
t t t t t t t t
t t t
ρ ρ
τ
= +Δ +Δ +Δ −
Δ +Δ −Δ +Δ
= −
( ) ( )i ie R R Rt t t tτ= −
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AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 20 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
x 1 0 4
2 . 1
2 . 2
2 . 3
2 . 4
2 . 5
2 . 6
2 . 7
2 . 8
2 . 9
3x 1 0 7 p s e u d o ra n g e m is u ra t o
t im e (s )
pseu
dora
nge
(m)
Andamento nel tempo delle misure di pseudorange per una simulazione di 1 giorno (ogni valore corrisponde ad un satellite diverso a seconda della visibilità in quell’istante di tempo)
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AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 21 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
CALCOLO DEL MISURE DI CODE-RANGE
( )( ) ( )
1.023
ii misura R code nomcode range R
code nom
t fN t INT
cf MHz
ρ −−
−
=
=
( )( )
1.023
icode range Ri
code range Rcode nom
code nom
c N tt
ff MHz
ρ −−
−
−
⋅=
=
( ) ( )i icode range R misura Rt tρ ρ− <
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
x 104
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10x 104 cicli-code-range-cicli2
time (s)
cicl
i-cod
e-ra
nge-
cicl
i2 (c
icli)
Andamento nel tempo delle misure (in cicli) del code range per un tempo di simulazione di 48000 secondi (le misure si riferiscono a satelliti
diversi a seconda della visibilità in quel momento)
FACOLTA' DI INGEGNERIADIPARTIMENTO DI INGEGNERIA AEROSPAZIALE E ASTRONAUTICA
IN COLLABORAZIONE CON ALCATEL ALENIA SPACE
VALUTAZIONE DELLE ACCURATEZZE DI MISURA DI UN RICEVITORE GPS PER UN SATELLITE IN ORBITA LEO TRAMITE LO SVILUPPO DI UN AMBIENTE SIMULATIVO SOFTWARE
AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 22 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
CALCOLO DEL MISURE DI CARRIER-PHASE
( ) ( )( ) ( )
( ) ( ) ( )
ii misura R carrier Rcarrier phase R
carrier R carrier nom rel R Doppler R
t f tN t INT
cf t f f t f t
ρ−
−
=
= + Δ + Δ
( )( )
( )( ) ( ) ( )
icarrier phase Ri
carrier phase Rcarrier R
carrier R carrier nom rel R Doppler R
c N tt
f tf t f f t f t
ρ −−
−
⋅=
= + Δ + Δ
( ) ( )i icarrier phase R misura Rt tρ ρ− <
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
x 104
1.1
1.15
1.2
1.25
1.3
1.35
1.4
1.45
1.5
1.55x 108 carrier-phase-cicli2
time (s)
carri
er-p
hase
-cic
li2 (c
icli)
Andamento nel tempo delle misure (in cicli) del carrier phase per un tempo di simulazione di 48000 secondi (le misure si riferiscono a satelliti diversi a
seconda della visibilità in quel momento)
FACOLTA' DI INGEGNERIADIPARTIMENTO DI INGEGNERIA AEROSPAZIALE E ASTRONAUTICA
IN COLLABORAZIONE CON ALCATEL ALENIA SPACE
VALUTAZIONE DELLE ACCURATEZZE DI MISURA DI UN RICEVITORE GPS PER UN SATELLITE IN ORBITA LEO TRAMITE LO SVILUPPO DI UN AMBIENTE SIMULATIVO SOFTWARE
AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 23 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
CORREZIONE DELLE STIME DI POSIZIONE
( ) ( )ˆ ( )( ) ( )
i ii GPS T user RGPS user R i i
GPS T user R
r t r tt
r t r tρ −
−=
−
r r
r r
1 1 1
2 2 2
2 2
ˆ ˆ ˆ( ) ( ) ( ) 1
ˆ ˆ ˆ( ) ( ) ( ) 1
( ,4)ˆ ˆ ˆ( ) ( ) (
GPS user R x ECI GPS user R y ECI GPS user R z ECI
GPS user R x ECI GPS user R y ECI GPS user R z ECI
iGPS user R x ECI GPS user R y ECI GPS user R
t t t
t t t
G nt t t
ρ ρ ρ
ρ ρ ρ
ρ ρ ρ
− − − − − −
− − − − − −
− − − − −
− − −
− − −
=− − −
L L L L
L L L L
) 1
ˆ ˆ ˆ( ) ( ) ( ) 1
z ECI
n n iGPS user R x ECI GPS user R x ECI GPS user R z ECIt t tρ ρ ρ
−
− − − − − −
⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥− −⎣ ⎦
L L L L
L L L L
1_ _
i nn n sat visibili< <=
( ) ( , 4) ( )R user Rt G n r tρΔ = Δ ( ) ( ( ,4) ( ,4)) ( ,4) ( )T TR Rr t G n G n G n tρΔ = Δ
1
2
( )
( )
( )( )
( )
R
R
R iR
nR
t
t
tt
t
ρ
ρ
ρρ
ρ
⎡ ⎤Δ⎢ ⎥Δ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥
Δ = ⎢ ⎥Δ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥Δ⎢ ⎥⎣ ⎦
L
L
L
L
( )( )
( )( )( )
user R
user Ruser R
user R
user R
x ty t
r ty t
c t t
Δ⎡ ⎤⎢ ⎥Δ⎢ ⎥Δ =⎢ ⎥Δ⎢ ⎥⋅Δ⎣ ⎦
( ) ( ( ,4) ( ,4)) ( ,4) ( )T TR Rr t G n G n G n tρΔ = Δ
_ _( ) ( ) ( )user sps R user stima R Rx t x t x t= −Δ
_ _( ) ( ) ( )user sps R user stima R Ry t y t y t= −Δ
_ _( ) ( ) ( )user sps R user stima R Rz t z t z t= −Δ
_
_ _
_
( )
( ) ( )
( )
user sps R
user sps R user sps R
user sps R
x t
r t y t
z t
⎡ ⎤⎢ ⎥
= ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦
r
FACOLTA' DI INGEGNERIADIPARTIMENTO DI INGEGNERIA AEROSPAZIALE E ASTRONAUTICA
IN COLLABORAZIONE CON ALCATEL ALENIA SPACE
VALUTAZIONE DELLE ACCURATEZZE DI MISURA DI UN RICEVITORE GPS PER UN SATELLITE IN ORBITA LEO TRAMITE LO SVILUPPO DI UN AMBIENTE SIMULATIVO SOFTWARE
AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 24 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
x 104
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40dx(1)
time (s)
dx(1
) (m
)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
x 104
-500
0
500
1000
1500
2000
2500dx(2)
time (s)dx
(2) (
m)
Andamento della componente secondo x in ECI della correzione della stima di posizione del ricevitore per un tempo di simulazione pari ad 1
giorno
Andamento della componente secondo y in ECI della correzione della stima di posizione del ricevitore per un tempo di simulazione pari ad 1
giorno
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IN COLLABORAZIONE CON ALCATEL ALENIA SPACE
VALUTAZIONE DELLE ACCURATEZZE DI MISURA DI UN RICEVITORE GPS PER UN SATELLITE IN ORBITA LEO TRAMITE LO SVILUPPO DI UN AMBIENTE SIMULATIVO SOFTWARE
AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 25 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
x 104
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140dx(3)
time (s)
dx(3
) (m
)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
x 104
-2.8
-2.7
-2.6
-2.5
-2.4
-2.3
-2.2
-2.1
-2x 106 dx(4)
time (s)
dx(4
) (m
)
Andamento della componente secondo z in ECI della correzione della stima di posizione del ricevitore per un tempo di simulazione pari ad 1
giorno
Andamento della componente temporale (cambiata di segno) della correzione della stima del tempo di ricezione del ricevitore per un
tempo di simulazione pari ad 1 giorno
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IN COLLABORAZIONE CON ALCATEL ALENIA SPACE
VALUTAZIONE DELLE ACCURATEZZE DI MISURA DI UN RICEVITORE GPS PER UN SATELLITE IN ORBITA LEO TRAMITE LO SVILUPPO DI UN AMBIENTE SIMULATIVO SOFTWARE
AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 26 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
CALCOLO DEL RANGE TRA LA POSIZIONE STIMATA CORRETTA DEL RICEVITORE E LA POSIZIONE DEI SATELLITI
DELLA COSTELLAZIONE GPS_( ) ( ) ( )i i i
range R GPS T user sps Rt r t r tρΔ = −r r
MISURA DEL TEMPO DI RICEZIONE DEL SEGNALE DA PARTE DEL RICEVITORE
_ _ _( ) ( )Rstima R error clock user R rel user R
R simulaz
t t t t t t
t t
= + Δ + Δ
≡
MISURA DEL TEMPO DI RICEZIONE DEL SEGNALE DA PARTE DEL RICEVITORE
Rstima Rmisura SVD
R simulaz
t t tt t
= − Δ
≡
CALCOLO DEL TEMPO DI TRASMISSIONE DEL SEGNALE DA PARTE DEI SATELLITI DELLA COSTELLAZIONE GPS _ _ _( ) ( ) ( )i i i i
Tmisura R R error clock GPS R rel GPS Rt t t t t t tτ= − + Δ + Δ
CALCOLO DELLE MISURE DI PSEUDORANGE-RATE
'
'
( ) ( )Rmisura Rmisura R Rmisura R
R R simulaz
t t t t tt t tΔ = −
= + Δ
_ _'
'
( )( ( ) ( ))( )
i ierror clock user Ri misura R misura R
misura R nomRmisura nom
R R simulaz
c f tc N t N tt f
t ft t t
ρ⋅Δ⋅ −
= ⋅ +Δ
= + Δ
&
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AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 27 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
CALCOLO DELLE STIME DI PSEUDORANGE-RATE
__
_
( ) ( )ˆ ( )
( ) ( )
i iGPS T user stima Ri
GPS user stima R i iGPS T user stima R
r t r tt
r t r tρ −
−=
−
r r
r r
_( ) ( ) ( )i i iGPS user R GPS T user stima Rv t v t v t−Δ = −r r r _ _ _
_ _( )
ˆ( ) ( ) ( ) stima error clock user Ri i istima R GPS user stima R GPS user stima R
nom
c f tt v t t
fρ ρ− −
⋅= Δ ⋅ +
r&
'
'
( ) ( )Rstima Rstima R Rstima R
R R simulaz
t t t t tt t tΔ = −
= + Δ
CORREZIONE DELLE STIME DI VELOCITA’
( ) ( ) ( )i i iR misura R stima Rt t tρ ρ ρΔ = −& & &
( ) ( )ˆ ( )( ) ( )
i ii GPS T user RGPS user R i i
GPS T user R
r t r tt
r t r tρ −
−=
−
r r
r r
1 1 1
2 2 2
2 2
ˆ ˆ ˆ( ) ( ) ( ) 1
ˆ ˆ ˆ( ) ( ) ( ) 1
( , 4)ˆ ˆ ˆ( ) ( ) (
GPS user R x ECI GPS user R y ECI GPS user R z ECI
GPS user R x ECI GPS user R y ECI GPS user R z ECI
iGPS user R x ECI GPS user R y ECI GPS user R
t t t
t t t
G nt t t
ρ ρ ρ
ρ ρ ρ
ρ ρ ρ
− − − − − −
− − − − − −
− − − − −
− − −
− − −
=− − −
L L L L
L L L L
) 1
ˆ ˆ ˆ( ) ( ) ( ) 1
z ECI
n n iGPS user R x ECI GPS user R x ECI GPS user R z ECIt t tρ ρ ρ
−
− − − − − −
⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥− −⎣ ⎦
L L L L
L L L L
1_ _ _
i nn n sat visibili comuni< <=
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AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 28 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
( ) ( , 4) ( )R user Rt G n v tρΔ = Δ&
1
2
( )
( )
( )( )
( )
R
R
R iR
nR
t
t
tt
t
ρ
ρ
ρρ
ρ
⎡ ⎤Δ⎢ ⎥Δ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥
Δ = ⎢ ⎥Δ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥Δ⎢ ⎥⎣ ⎦
&
&
L
L&
&
L
L
&
( )( )
( ) ( )( )
user R
user R
user R user R
user R
nom
x ty t
v t y tc f t
f
Δ⎡ ⎤⎢ ⎥Δ⎢ ⎥⎢ ⎥Δ = Δ⎢ ⎥⋅Δ⎢ ⎥
⎢ ⎥⎣ ⎦
&
&
&
( ) ( ( ,4) ( ,4)) ( , 4) ( )T TR Rv t G n G n G n tρΔ = Δ & _ _( ) ( ) ( )user sps R user stima R Rx t x t x t= −Δ& & &
_ _( ) ( ) ( )user sps R user stima R Ry t y t y t= −Δ& & &
_ _( ) ( ) ( )user sps R user stima R Rz t z t z t= −Δ& & &
_
_ _
_
( )
( ) ( )
( )
user sps R
user sps R user sps R
user sps R
x t
v t y t
z t
⎡ ⎤⎢ ⎥
= ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦
&r
&
&
CALCOLO DEL DOP ASSOCIATO ALLA VISIBILITA’
1_ (4 4) ( (4 ) ( 4))
_ _
Tpseudo invG G n G n
n n sat visibili
−× = × ×
=_[ ]pseudo invGDOP Tr G=
_ _ _ _ _[ ] (1,1) (2,2) (3,3) (4,4)pseudo inv pseudo inv pseudo inv pseudo inv pseudo invTr G G G G G= + + +
_ _[ ] (4, 4)pseudo inv pseudo invPDOP Tr G G= −
_ _(1,1) (2,2)pseudo inv pseudo invHDOP G G= + _ (3,3)pseudo invVDOP G=
_ (4,4)pseudo invTDOP G=
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IN COLLABORAZIONE CON ALCATEL ALENIA SPACE
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 29 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
MODELLI DI ERRORE
ERRORE DOVUTO AL PASSAGGIO DEL SEGNALE ATTRAVERSO LA IONOSFERA
40.3( )IONO RTECt t
c⋅
Δ =
( ) ( )IONO R IONO Rt c t tρΔ = ⋅Δ
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
x 104
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2x 10-8 iono-time-delay
time (s)
iono
-tim
e-de
lay
(s)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
x 104
0
1
2
3
4
5
6iono-range-delay
time (s)
iono
-rang
e-de
lay
(m)
Andamento nel tempo del ritardo ionosferico (in sec) in una
simulazione di 1 giorno
Andamento nel tempo del ritardo ionosferico (in m) in una simulazione di 1 giorno
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AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 30 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
20 0 0 0
0 0 0 0
1( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )2
t
Rf fx t t t t t t t t f w dw
f f fτ τ Δ
= − = − + ⋅ − + ⋅ − + ⋅ ∫&
ERRORE DOVUTO ALLA INACCURATEZZA DELL’OROLOGIO DEL RICEVITORE A BORDO DEL SATELLITE LEO
,,2 2
1 1 0
312 86400 1
y RWFMy WFM
k k kttx x y d
σ σ− −
⋅ ⋅= + Δ + Δ + Δ + Δ
,
1 0
3
86400
y RWFM
k kty y dσ
−
⋅= + Δ + Δ
( ) ( )clock clockR Rt c t tρΔ = ⋅Δ
Andamento nel tempo dell’errore di clock (in tempo) dopo 26000 secondi
Otteniamo un valore massimo di per il Clock Bias di 0.0068535 secondi contro i
0.0067817 secondi misurati durante la missione ENEIDE ed un valore del Clock Bias
Rate di 8.4611 m/s contro gli 8.617 m/s misurati durante la stessa missione.
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 31 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
Andamento nel tempo dell’offset di frequenza normalizzata dopo 26000 secondi,
in cui appare evidente l’impatto del rumore sulla frequenza
Andamento nel tempo dell’errore di clock (scalato in range) dopo 26000 secondi
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IN COLLABORAZIONE CON ALCATEL ALENIA SPACE
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 32 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
Andamento nel tempo del bias rate dopo 26000 secondi Andamento nel tempo del bias e del bias-rate dell’orologio del ricevitore Lagrange misurati durante la missione ENEIDE
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AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 33 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
ERRORE DOVUTO ALLA RELATIVITA’ SPECIALE E GENERALE A CUI E’ SOGGETTO IL RICEVITORE A BORDO DEL SATELLITE LEO
2
20
1 ( )2
tuser Rrel R
vt V dt
cΔ = ⋅ +∫
2 223( ( ) sin( ))
2relR R
at t e E
ac cμμ ⋅ ⋅
Δ = − ⋅ − ⋅ − ⋅ ⋅
rel relR Rc tρΔ = ⋅Δ
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
x 104
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5x 10
-9 relativity-user-time-delay
time (s)
rela
tivity
-use
r-tim
e-de
lay
(s)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
x 104
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8relativity-user-range-delay
time (s)
rela
tivity
-use
r-ran
ge-d
elay
(m)
Andamento nel tempo del time-error (in sec) e del range error (in metri) dovuti alla relatività del ricevitore su satellite LEO per un tempo totale di simulazione di 48000 secondi
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AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 34 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
2
0 2
1 1 ( )( ) ( ) 2 ( ) (1 )( )[1 ]
( )(1 )
R RR R R R GPS GPSE
R GPSE
N v tV t v ta r t cf f
c N v tc
μ ⋅− + + − −= + ⋅
⋅−
r r
r r
( ) ( )
( ) ( )
GPSR R E
GPSR R E
v t v tN
v t v t
−=
−
r rrr r
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
x 104
1.5754
1.5754
1.5754
1.5754
1.5754
1.5754
1.5754
1.5754
1.5755
1.5755
1.5755x 109 freq-carrier-1
time (s)
freq-
carri
er-1
(Hz)
Andamento nel tempo della frequenza della carrier (in Hz) dovuta alla relatività
del ricevitore su satellite LEO per un tempo totale di simulazione di 1 giorno (i valori si riferiscono a satelliti diversi a
seconda della visibilità in quel momento)
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IN COLLABORAZIONE CON ALCATEL ALENIA SPACE
VALUTAZIONE DELLE ACCURATEZZE DI MISURA DI UN RICEVITORE GPS PER UN SATELLITE IN ORBITA LEO TRAMITE LO SVILUPPO DI UN AMBIENTE SIMULATIVO SOFTWARE
AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 35 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
ERRORE DOVUTO ALLA RELATIVITA’ CHE INFLUENZA IL CAMMINO DI PROPAGAZIONE DEL SEGNALE RF (EFFETTO SHAPIRO) 2 3
( ) ( )(1 ) ln[ ]( ) ( )
R R GPS EREL
R R GPS E
r t r tt
r t r tc
ργμρ
+ ++Δ =
+ −
r r
r r
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
x 104
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2x 10-10 Shapiro-time-delay
time (s)
Sha
piro
-tim
e-de
lay
(s)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
x 104
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07Shapiro-range-delay
time (s)S
hapi
ro-ra
nge-
dela
y (m
)
Contributi in tempo dovuti all’effetto del Multipath per una simulazione di 48000 secondi
Contributi in range dovuti all’effetto del Multipath per una simulazione di 48000 secondi
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IN COLLABORAZIONE CON ALCATEL ALENIA SPACE
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AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 36 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
ERRORE DOVUTO ALLA INACCURATEZZA DELL’OROLOGIO A BORDO DEI SATELLITI GPS _ _( ) ( )i i i i
clock gps T clock gps Tt c t tρΔ = ⋅Δ
0 5 10 15 20 25 30 35-2
0
2
4
6
8
10x 104 gps-mean-clock-delay-range
time (s)
gps-
mea
n-cl
ock-
dela
y-ra
nge
(m)
0 5 10 15 20 25 30 35-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5x 105 gps-worst-clock-delay-range
time (s)
gps-
wor
st-c
lock
-del
ay-ra
nge
(m)
Contributi in “range” “medi” e “peggiori” dovuti all’effetto dell’errore di clok dei satellliti GPS
FACOLTA' DI INGEGNERIADIPARTIMENTO DI INGEGNERIA AEROSPAZIALE E ASTRONAUTICA
IN COLLABORAZIONE CON ALCATEL ALENIA SPACE
VALUTAZIONE DELLE ACCURATEZZE DI MISURA DI UN RICEVITORE GPS PER UN SATELLITE IN ORBITA LEO TRAMITE LO SVILUPPO DI UN AMBIENTE SIMULATIVO SOFTWARE
AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 37 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
ERRORE DOVUTO ALL’ EFFETTO DEL MULTIPATH
Contributi di Multipath Valori interpolati per i contributi di Multipath
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AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 38 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
x 104
0.545
0.55
0.555
0.56
0.565
0.57MULTIPATH1
time (s)
MU
LTIP
ATH
1 (m
)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
x 104
0.545
0.55
0.555
0.56
0.565
0.57MULTIPATH2
time (s)
MU
LTIP
ATH
2 (m
)
Andamento nel tempo dei contributi di ritardo in tempo dovuti al Multipath per un tempo totale di simulazione pari a 86400 secondi (i valori corrispondono a satelliti diversi via via che cambia la visibilità)
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 39 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
Il DOP e la precisioneL’accuratezza con la quale è determinata la posizione è strettamente correlata all’errore della
misura mediante il fattore DOP (Diluition of Precision)
Geometria dei satelliti rispetto al ricevitore R
11 12 13 1
21 22 23 2
31 32 33 3
41 42 43 4
1111
a a a RXa a a RYa a a RZa a a RT
ΔΔ⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎡ ⎤⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥ ΔΔ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥ =⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥ ΔΔ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥
ΔΔ⎣ ⎦ ⎣ ⎦⎣ ⎦
H X R⋅Δ = ΔT TH R H H XΔ = Δ
1( )T TX H H H R−Δ = Δ1 1[( ) ] ( )T T T T T TX H H H R HH H R− −Δ = Δ = Δ
1( )T T TX X H H R R−Δ Δ = Δ Δ
1 20( )TCOV X H H σ−Δ =
2
21
2
2
( )
x xy xz xT
yz y yz yTT
xz zy z zT
Tx Tz Tz T
COV X H H
σ σ σ σ
σ σ σ σ
σ σ σ σ
σ σ σ σ
−
⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥Δ = =⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦
1( )TGDOP traccia H H −=
1X H R−Δ = Δ1
j jij
X R HH
Δ = Δ −∑2( )d i
i
M Xσ = Δ∑2 2 21
d i ij iji j ij
H HH H
σσ σ= =∑ ∑ ∑1dGDOP S
H Hσ
= =
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 40 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
Il GDOP dipende unicamente, attraverso la matrice H, dall’orientamento nello spazio dei
quattro versori diretti dall’antenna ricevente ai satelliti e inoltre sia indipendente dalla scelta
del sistema di riferimento adottato
L’espressione analitica del GDOP consente di determinare la migliore e anche peggiore
configurazione geometrica dei quattro satelliti attorno al ricevitore
Rappresentazione del volume del tetraedro associato aquattro satelliti di cui uno allo zenith del ricevitore R
Geometria di un PDOP molto alto
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 41 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
Risultati plot e confronti
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70000
2
4
6
8
10
12
14GDOP
time (s)
GD
OP
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70005
6
7
8
9
10
11
12n-sat-visibili
time (s)n-
sat-v
isib
ili
Rappresentazione dell’andamento col tempo del valore del GDOP per una simulazione di 6000 secondi
Rappresentazione dell’andamento col tempo del valore del numero di satelliti in visibilità per una simulazione di 6000 secondi
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 42 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 7 0 0 00
2
4
6
8
1 0
1 2
1 4c o n fr o n t o G D O P / s a t - v i s i b i l i
t i m e ( s )
GD
OP
/sat
-vis
ibili
Rappresentazione degli andamenti col tempo sovrapposti del valore del GDOP e del numero di satelliti in visibilità per una simulazione di 6000 secondi
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 43 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 104
4
6
8
10
12
14
16n-sat-visib-1
time (s)
n-sa
t-vis
ib-1
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 104
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18gdop
time (s)gd
op
Rappresentazione dell’andamento col tempo del valore del numero di satelliti in visibilità per una simulazione di 36000 secondi
Rappresentazione dell’andamento col tempo del valore del GDOP per una simulazione di 36000 secondi
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 44 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4
x 1 0 4
0
2
4
6
8
1 0
1 2
1 4
1 6
1 8c o n fr o n t o G D O P / s a t - v i s i b i l i
t i m e ( s )
GD
OP
/sat
-vis
ibili
Rappresentazione degli andamenti col tempo sovrapposti del valore del GDOP e del numero di satelliti in visibilità per una simulazione di 36000 secondi
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0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70000
2
4
6
8
10
12
14GDOP
time (s)
GD
OP
Rappresentazione dell’andamento col tempo del valore del GDOP per una simulazione di 6000 secondi
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70000
10
20
30
40
50
60
70
80
90precisione
time (s)pr
ecis
ione
(m)
Rappresentazione dell’andamento col tempo della precisione nella stima di posizione per una simulazione di 6000 secondi
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0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 7 0 0 00
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
9 0p r e c i s i o n e / G D O P
t i m e ( s )
prec
isio
ne/G
DO
P
Rappresentazione degli andamenti col tempo sovrapposti del valore del GDOP e della precisione nella stima di posizione del ricevitore in visibilità per una simulazione di 6000 secondi
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 47 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 104
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18gdop
time (s)
gdop
Rappresentazione dell’andamento col tempo del valore del GDOP per una simulazione di 36000 secondi
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 104
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90precisione
time (s)
prec
isio
ne (m
)Rappresentazione dell’andamento col tempo della precisione nella
stima di posizione per una simulazione di 36000 secondi
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 48 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4
x 1 0 4
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
9 0p r e c i s i o n e / G D O P
t i m e ( s )
prec
isio
ne/G
DO
P
Rappresentazione degli andamenti col tempo sovrapposti del valore del GDOP e della precisione nella stima di posizione del ricevitore in visibilità per una simulazione di 36000 secondi
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 49 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70000
10
20
30
40
50
60
70
80
90confronto precisione/sat-visibili
time (s)
prec
isio
ne/s
at-v
isib
ili
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 104
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90confronto precisione/sat-visibili
time (s)
prec
isio
ne/s
at-v
isib
iliRappresentazione degli’andamenti col tempo sovrapposti del valore del numero di satelliti in visibilità e della precisione nella stima di posizione del ricevitore in visibilità per una simulazione di 6000
secondi
Rappresentazione degli’andamenti col tempo sovrapposti del valore del numero di satelliti in visibilità e della precisione nella stima di posizione del ricevitore in visibilità per una simulazione di 36000
secondi
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 50 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 7 0 0 00
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
9 0p r e c i s i o n e / G D O P / s a t - v i s i b i l i
t i m e ( s )
prec
isio
ne/G
DO
P/s
at-v
isib
ili
Rappresentazione degli andamenti col tempo sovrapposti del valore del GDOP, del numero di satelliti in visibilità e della precisione nella stima di posizione del ricevitore in visibilità per una simulazione di 6000 secondi
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 51 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4
x 1 0 4
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
9 0p r e c i s i o n e / G D O P / s a t - v i s i b i l i
t i m e ( s )
prec
isio
ne/G
DO
P/s
at-v
isib
ili
Rappresentazione degli andamenti col tempo sovrapposti del valore del GDOP, del numero di satelliti in visibilità e della precisione nella stima di posizione del ricevitore in visibilità per una simulazione di 36000 secondi
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 52 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
Confronti dei risultati del simulatore con i dati di missione del ricevitore GPS Lagrange in orbita con la Missione ENEIDE
0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4
x 1 0 4
4
6
8
1 0
1 2
1 4
1 6n - s a t - v i s i b - 1
t i m e ( s )
n-sa
t-vis
ib-1
Numero di satelliti in visibilità al variare del tempo
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 53 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
0
5
10
15
20
25
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000
'C:\Programmi\MATLAB7\OUT2\I_SAT_VISIBILI1.dat' us 1:4
0
5
10
15
20
25
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000
'C:\Programmi\MATLAB7\OUT2\I_SAT_VISIBILI1.dat' us 1:3
Satelliti in visibilità al variare del tempo
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 54 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
0
2
4
6
8
10
12
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
'C:\Programmi\MATLAB7\OUT2\I_SAT_VISIBILI1.dat' us 1:2
Numero di satelliti in visibilità al variare del tempo
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 55 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
x 104
0.545
0.55
0.555
0.56
0.565
0.57MULTIPATH1
time (s)
MU
LTIP
ATH
1 (m
)
Ritardo in range dovuto al Multipath al variare del tempo
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 56 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
x 1 04
- 1 2 0
- 1 0 0
- 8 0
- 6 0
- 4 0
- 2 0
0
2 0
4 0d x ( 1 )
t i m e ( s )
dx(1
) (m
)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
x 1 0 4
- 5 0 0
0
5 0 0
1 0 0 0
1 5 0 0
2 0 0 0
2 5 0 0d x ( 2 )
t i m e ( s )
dx(2
) (m
)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
x 1 04
- 4 0
- 2 0
0
2 0
4 0
6 0
8 0
1 0 0
1 2 0
1 4 0d x ( 3 )
t i m e ( s )
dx(3
) (m
)
Precisione in metri sulle 3 componenti dell’SPS al variare del tempo
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
x 1 0 4
2
2 . 1
2 . 2
2 . 3
2 . 4
2 . 5
2 . 6
2 . 7
2 . 8x 1 0 6 u s e r - c l o c k - r a n g e - e r r o r
t i m e ( s )
user
-clo
ck-ra
nge-
erro
r (m
)
Receiver clock bias scalato in range al variare del tempo
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Conclusioni
Ho esaminato i risultati del simulatore e riscontrato una loro completa coerenza con i dati derivanti dalle misure sperimentali di un ricevitore GPS reale a bordo di un satellite LEO e dai valori tipici delle grandezze corrispondenti in uscita da simulatori commerciali di alto livello messi a disposizione dall’azienda
Possiamo concludere che l’errore di stima corretta del simulatore del ricevitore rispecchia numericamente l’errore, nel senso di valori massimi, commesso dal reale ricevitore Lagrange. Come il Lagrange, anche il simulatore compie un errore di stima massimo, riscontrato in simulazioni molto lunghe (giorni), di non più di 80 metri in modulo sulle tre componenti di posizione
Le accuratezze di misura riscontrate sono vicine a quelle di un ricevitore reale, con i limiti derivanti inevitabilmente dall’implementare perfettamente in un software modelli numerico matematici che riproducano perfettamente la fisica reale alla base della meccanica celeste e le caratteristiche dell’elettronica a bordo di un satellite in orbita
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RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 58 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
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FACOLTA' DI INGEGNERIADIPARTIMENTO DI INGEGNERIA AEROSPAZIALE E ASTRONAUTICA
IN COLLABORAZIONE CON ALCATEL ALENIA SPACE
VALUTAZIONE DELLE ACCURATEZZE DI MISURA DI UN RICEVITORE GPS PER UN SATELLITE IN ORBITA LEO TRAMITE LO SVILUPPO DI UN AMBIENTE SIMULATIVO SOFTWARE
AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
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FACOLTA' DI INGEGNERIADIPARTIMENTO DI INGEGNERIA AEROSPAZIALE E ASTRONAUTICA
IN COLLABORAZIONE CON ALCATEL ALENIA SPACE
VALUTAZIONE DELLE ACCURATEZZE DI MISURA DI UN RICEVITORE GPS PER UN SATELLITE IN ORBITA LEO TRAMITE LO SVILUPPO DI UN AMBIENTE SIMULATIVO SOFTWARE
AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
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IN COLLABORAZIONE CON ALCATEL ALENIA SPACE
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AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
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AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
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IN COLLABORAZIONE CON ALCATEL ALENIA SPACE
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AUTORE : Michelangelo Ambrosini 1 giugno 2006
RRELATORE : Prof. Paolo Gasbarri pag 19 CORRELATORE : Dott. Arturo Intelisano
Prospettive per il futuro
Applicazione nel simulatore di più di un ricevitore per utilizzarlo in modalità GPS Differenziale (DGPS) con l’inserimento degli algoritmi di pulizia degli errori, necessari per il raggiungimento della precisione richiesta nella determinazione della posizione
GPS_Receiver.JPG