GNSS

GNSS (Global Navigation Satellite System) è il termine “ombrello” che comprende tutti i sistemi di navigazione satellitare: GPS (USA), Galileo (UE), GLONASS (Russia), BeiDou (Cina), ecc.

Un ricevitore GNSS moderno combina i segnali di più costellazioni per avere una posizione più precisa, affidabile e meno sensibile alla perdita di qualche satellite.

GPX

GPX è un formato di file testuale (XML) che contiene dati geografici: punti, percorsi, tracce. È lo “standard di fatto” per scambiarsi itinerari tra software, app e navigatori diversi.

Dentro un file GPX trovi tipicamente:

• waypoint (punti singoli, es. un passo di montagna);
• tracce composte da molti punti registrati sul percorso;
• percorsi pensati per essere ricalcolati dal navigatore.

Traccia

Una traccia è la “scia” di punti che descrive il percorso così come è stato realmente fatto o disegnato, punto dopo punto.

Il navigatore, di solito, non ricalcola una traccia: la mostra sulla mappa e tu segui quella linea. È il modo più fedele per ripercorrere esattamente lo stesso giro.

Percorso

Un percorso è una sequenza più “leggera” di punti chiave (via point, shaping point) che il navigatore usa per calcolare la strada in base alle sue impostazioni (tipo di strada, evitamento autostrade, ecc.).

Cambiando impostazioni o mappa, lo stesso percorso può generare linee leggermente diverse rispetto a chi lo ha creato.

Waypoint

Un waypoint è un punto geografico isolato salvato con nome (es. “Passo Giau”, “Punto panoramico”). Può essere usato come destinazione, come via intermedia o semplicemente come promemoria sulla mappa.

Trackpoint

I trackpoint sono i singoli punti che compongono una traccia: ogni punto ha latitudine, longitudine (e spesso quota, ora, velocità).

Più fitta è la traccia (più trackpoint), più accuratamente viene rappresentata ogni curva del tuo giro.

Correlatore (GPS)

Nel ricevitore GPS il correlatore è il blocco che confronta il segnale ricevuto dal satellite con una copia interna del codice pseudo-casuale (PRN) generato localmente.

Spostando nel tempo questa copia e cercando la massima “corrispondenza” (correlazione), il ricevitore trova il ritardo del segnale e quindi la distanza dal satellite. È il cuore della misura pseudorange.

Tracking loop

La tracking loop è l’anello di inseguimento che mantiene “agganciato” il ricevitore al segnale del satellite nel tempo.

Corregge continuamente fase, frequenza e ampiezza del segnale locale per seguire quello reale, compensando piccoli errori di movimento, doppler e rumore. Senza tracking loop stabile, il fix salta.

Modello Kalman

Il filtro di Kalman è un algoritmo matematico che combina misure rumorose (es. distanze dai satelliti) con un modello di come si muove il veicolo.

Ad ogni istante fa una previsione della posizione e la corregge con le nuove misure, pesandole in base all’incertezza. Risultato: una posizione più stabile e “pulita” rispetto ai dati grezzi.

Frequenze GPS

I satelliti GPS trasmettono su più frequenze portanti. Le principali in uso civile oggi sono:

• L1 (~1575 MHz): la frequenza storica, usata da quasi tutti i ricevitori;
• L5 (~1176 MHz): più moderna, pensata per applicazioni critiche (maggiore potenza e robustezza ai disturbi).

Usare più frequenze (multi-frequenza) permette di correggere meglio gli errori dovuti alla ionosfera e migliorare precisione e affidabilità.

Codici pseudo-casuali (PRN)

Ogni satellite trasmette un proprio codice pseudo-casuale (PRN), una sequenza di 0 e 1 che appare “casuale” ma è generata in modo deterministico.

Il ricevitore genera la stessa sequenza internamente e la confronta con quella ricevuta (correlazione). Questo permette di:

• identificare il satellite;
• misurare il ritardo del segnale nel tempo;
• separare i segnali di più satelliti sulla stessa frequenza.

Clock bias

I satelliti usano orologi atomici, il ricevitore no. La differenza di tempo tra l’orologio del ricevitore e quello “ideale” si chiama clock bias.

Anche un errore di pochi nanosecondi si traduce in metri di errore sulla distanza. Per questo, oltre alle tre coordinate spaziali, il ricevitore stima sempre anche il proprio clock bias come quarta incognita.

Filtri SAW

I filtri SAW (Surface Acoustic Wave) sono filtri a radiofrequenza usati all’ingresso del ricevitore GNSS per lasciar passare solo la banda di interesse (es. intorno a L1) e attenuare il resto.

Riducendo i segnali fuori banda, proteggono gli stadi successivi (LNA, mixer, ecc.) da interferenze forti e saturazioni.

LNA (Low Noise Amplifier)

Il LNA è il primo amplificatore che incontra il segnale dopo l’antenna. Deve amplificare segnali estremamente deboli aggiungendo il minor rumore possibile.

Un buon LNA è fondamentale per avere un SNR sufficiente e permettere al correlatore di “vedere” i codici PRN dei satelliti.

Modelli ionosferici

La ionosfera rallenta i segnali radio in modo variabile nel tempo e nello spazio. Questo introduce errori sulle distanze satellitari.

I modelli ionosferici (es. Klobuchar per il GPS) stimano questo ritardo in funzione dell’ora, della posizione e di alcuni parametri trasmessi dai satelliti. I ricevitori usano tali modelli per compensare in parte l’errore ionosferico, migliorando la precisione del fix.