44
2. IL SISTEMA GALILEO
In questo capitolo saranno presentate: l architettura, i segnali ed i codici utilizzati per il
nuovo sistema di posizionamento satellitare GALILEO.
2.1 Servizi del sistema GALILEO
Galileo Ł un sistema di posizionamento satellitare che nasce e si sviluppa per gli utenti
civili, garantendo notevole flessibilit e sfruttab ilit commerciale, ma che pu anche essere
utilizzato militarmente, facendo cessare la dipendenza dagli Usa.1
Il programma Galileo fu avviato ufficialmente il 26 maggio 2003 con un accordo tra
l’Unione Europea e l’Agenzia Spaziale Europea (ESA).
Il 28 dicembre 2005 alle 6:19 (ora centrale europea) dalla base di Baikonur (Kazakistan)
Ł avvenuto il lancio del primo satellite: GSTB-V2/A, chiamato anche GIOVE-A dal nome
1
http://www.comlab.uniroma3.it/telecinfo/satelliti.pdf
2. IL SISTEMA GALILEO
45
attribuito al programma di prova GIOVE (Galileo In-Orbit Validation Element), che ha avuto
essenzialmente il compito di occupare la posizione orbitale e bloccare le frequenze.
Per il passo piø importante Ł avvenuto nelle prime ore di domenica 27 aprile 2008, in
cui Ł stato mandato in orbita anche il secondo satellite di prova del sistema, ossia il GSTB-
V2/B (Galileo Satellite Test Beds), chiamato anche GIOVE-B.
Tale satellite, che avr una vita operativa di soli due anni, Ł identico ad ognuno dei 30
satelliti della costellazione e dovr dimostrare il buon funzionamento e la correttezza delle
scelte tecnologiche fatte finora.
Rispetto a GSTB-V2/A, GSTB-V2/B trasporta in piø un ulteriore orologio atomico
all’idrogeno e degli amplificatori di potenza del segnale.
Il suo principio di funzionamento Ł analogo a quello del sistema GPS: un utente,
attraverso la ricezione di almeno quattro segnali radio trasmessi dai satelliti, riuscir a stabilire
con correttezza la propria posizione.2
Il sistema sar compatibile e ridondante rispetto a l GPS, adottato oggi dalla gran parte
dei produttori di sistemi di posizionamento. Quando Galileo sar operativo, si potr decidere
di usare, di volta in volta, il piø affidabile. Combinando un piccolo ricevitore satellitare ad un
telefono cellulare, sar possibile determinare la p osizione esatta con un’approssimazione di un
metro; inoltre, grazie agli orologi atomici a bordo, Galileo fornir un servizio del tempo
(Timing Services).
Vengono chiamati orologi atomici perchØ sfruttano la comune propriet che hanno gli
atomi, se posti in opportune condizioni, di assorbire ed emettere radiazioni elettromagnetiche
ad una sola frequenza estremamente stabile nel tempo. Semplificando, si pu dire che
l’orologio atomico Ł un dispositivo elettronico che misura il tempo contando le oscillazioni
dell’atomo.
GALILEO offrir una precisione superiore e costante , grazie in particolare alla struttura
della sua costellazione di satelliti e del suo sistema di relŁ al suolo; una precisione metrica
garantita Ł necessaria per alcune applicazioni: ci permetter di evitare una collisione
all’entrata di un porto o la localizzazione di un veicolo rubato, anche se si trova in un garage.
2
http://www.comlab.uniroma3.it/telecinfo/satelliti.pdf
2. IL SISTEMA GALILEO
46
Avr un’affidabilit superiore, poichØ comporta un "messaggio d’integrit " che informa
immediatamente l’utente degli errori che possono apparire ed ha una copertura senza rischi
nelle zone difficili come il nord dell’Europa.
Il costo dell’operazione Galileo non Ł certo irrilevante, si parla di 3.2-3.4 miliardi di
euro, ma non Ł tale da dover far ricorso al contributo diretto dei singoli Paesi dell’Unione
Europea. E stato, infatti, finanziato nell’ambito del bilancio dell’UE con l’importante
contributo, soprattutto nella prima fase, dell’Esa (che comprende oltre agli Stati membri
dell’UE anche Svizzera e Norvegia) che si Ł occupata della progettazione e messa in orbita dei
satelliti. La struttura societaria che Ł stata creata Ł particolare e prevista dal Trattato di
istituzione dell’UE e si chiama Joint Undertaking.
2.2 Le sezioni del sistema Galileo
Il sistema Galileo sar composto da tre sezioni:
• Segmento spaziale (galileo space segment).
• Segmento controllo a terra (galileo round segment).
• Segmento utente.
2.2.1 Galileo Ground Segment
Le funzioni che dovr svolgere la sezione terrestre sono: il controllo dei satelliti ed il
controllo missione. Il controllo missione preveder tutta la serie di o perazioni necessarie per
determinare l orbita dei satelliti, per il monitoraggio del timing, per la determinazione e
diffusione, attraverso i satelliti, delle informazioni d integrit . Il controllo ed il monitoraggio
dei satelliti avverranno attraverso le stazioni TT&C.
La sezione terrestre pu essere divisa in tre parti principali:
• Centro di controllo Galileo.
• Stazioni remote.
• Rete di comunicazioni.
2. IL SISTEMA GALILEO
47
Il centro di controllo, GCC (Galileo Control Centre), sar il cuore del sistema GCS
(Ground Control System) ed includer tutte le funzioni di controllo ed el aborazione.3 Il GCC,
oltre a provvedere alla generazione dei dati di navigazione e del GST (Galileo System Time)
in relazione al TAI (Temps Automatiche International) ed al UTC, controller anche le orbite
e lo stato dei satelliti, come pure il servizio fornito da questi.
I centri di controllo saranno due, ridondanti e geograficamente separati, per garantire il
funzionamento del sistema in caso di malfunzionamento di uno dei due.
Le stazioni remote raccoglieranno le informazioni inviate dai satelliti GALILEO cos
come altre informazioni riguardanti le condizioni metereologiche ed ambientali.4 Piø
precisamente, questa parte della sezione terrestre, sar costituita da: 5 S-band TT&C Station,
dotate di una sola antenna S-band per sito, che si occuperanno di ricevere e trasmettere i dati
per la telemetria ed il controllo dei satelliti; 10 C-band Mission Up-linl Station ULS (Up-link
Stations), dotate al massimo di 3 antenne per stazione, che trasmetteranno dati specifici
relativi alla missione GALILEO; 35 Galileo Sensor Station (GSS), stazioni per la ricezione e
demodulazione dei segnali trasmessi dai satelliti sulle quattro portanti. Tutte le informazioni
ricevute saranno poi inviate al GCC per essere elaborate.5
Gli elementi che fanno parte del GCC saranno connessi attraverso una LAN (Local Area
Network), mentre lo stesso GCC sar connesso alle stazioni remote tramite una geographical
link basata su una serie di ripetitori e tecniche di comunicazioni VSAT.
E stato anche previsto un sistema di protezione per difendere le comunicazioni GALILEO da
eventuali minacce esterne.
2.2.2 Segmento Utente
Gli utenti del sistema GALILEO avranno a disposizione una vasta gamma di terminali
riceventi in funzione dei segnali diffusi dai satelliti e relativi ai diversi servizi di base offerti.
In aggiunta a ci , si avranno anche terminali in gr ado di lavorare contemporaneamente con i
segnali GALILEO e GPS, capaci di sfruttare l interoperabilit dei due sistemi per conseguire
3
http://www.comlab.uniroma3.it/telecinfo/satelliti.pdf
4
http://www.comlab.uniroma3.it/telecinfo/satelliti.pdf
5
http://www.comlab.uniroma3.it/telecinfo/satelliti.pdf
2. IL SISTEMA GALILEO
48
delle prestazioni migliori rispetto a quelle ottenibili tramite l uso di un solo sistema. Un
ulteriore tipologia di terminale sar richiesta per il servizio SAR, gi illustrato
precedentemente.
2.3 Caratteristiche dei segnali Galileo
I satelliti GALILEO trasmettono 3 diverse portanti cui corrispondono 3 bande diverse,
corrispondenti alle omonime portanti, che sono denominate rispettivamente con 5E , 6E e
112 ELE −− (indicata anche come 1L ); inoltre, sar prevista anche una quarta banda (u na
banda stretta), 6L , dedicata esclusivamente alla ricezione del segnale per il servizio di
emergenza SAR. Alcune di queste bande sono parzialmente sovrapposte a quelle del GPS e
ci per garantire l interoperabilit tra i due sist emi.[10] Nella tabella 2.1 sono riassunti i dati
principali che riguardano i segnali GALILEO.
La portante, il codice e la modulazione sono scelti secondo il tipo di servizio richiesto.
Le tecniche utilizzate per trasmettere i dati di navigazione variano a seconda della portante;
tale scelta Ł dettata da una serie di condizioni tra cui l ottimizzazione delle prestazioni, la
massimizzazione dell efficienza energetica e la minimizzazione delle interferenze.
Tabella 2.1 Frequenze e bande dei segnali GALILEO
2. IL SISTEMA GALILEO
49
In totale GALILEO sar in grado di trasmettere 10 d iversi segnali di navigazione, con
polarizzazione RHCP6, nei range di frequenze: 1164-1215 MHz ( 5E ), 1260-1300 MHz ( 6E ) e
1559-1592 MHz ( 1L ). Sei segnali, considerando i tre canali pilota (solo codice senza
modulazione dati), disponibili per tutti gli utenti GALILEO, sulle frequenze 5E ed 1L per i
servizi OS e SOL. Due segnali, considerando un canale pilota, con codici criptati sulla
frequenza 6E per il servizio CS. Due segnali, uno sulla banda 6E ed uno sulla 1L , con codice
criptato per il servizio PRS.7 [9]
In figura 2.1, oltre alle portanti ed alle bande dei segnali GALILEO, sono indicati anche
le bande del GPS e del sistema russo GLONASS (parzialmente funzionante) ed Ł quindi
possibile vedere le sovrapposizione di banda tra i due sistemi.
Infatti come si pu notare la banda di frequenza L1 Ł sovrapposta con le bande del GPS
per garantirne l interoperabilit ed evitare l inte rferenza.
Tutti i satelliti che condividono le stesse frequenze utilizzeranno la tecnica di accesso
multiplo CDMA, che Ł compatibile con il GPS. Per generare i dati trasmessi verr utilizzato
un codificatore convoluzionale8 con rate pari ad 1/ 2 .
6
Tipo di polarizzazione circolare in cui l onda Ł composta dalla somma di due campi di uguale ampiezza e
perpendicolari le cui oscillazioni siano sfasate di un quarto di periodo (ovvero 90 gradi); in questo caso, la
somma dei campi d un campo rotante, la cui intensi t resta sempre la stessa, mentre la direzione perc orre una
rotazione circolare destrorsa (RHCP) o sinistrosa (LHCP).
7
P. J.G Teunissen, N.F. Jonkman, P. Joosten, C.C. J.M. Tiberius, Long Baseline 3 Frequency Differen tial
GNSS , Department of Mathematical Geodesy and Posit ioning, Delft University of Technology, Thijsseweg.
8
Tipo di codificatore che prende in considerazione tutto il bitstream trasmesso a differenza del codificatore a
blocchi che prende in esame solo un blocco alla volta (un byte alla volta).
2. IL SISTEMA GALILEO
50
Figura 2.1 Scenario segnali GALILEO, GPS e GLONASS
2.3.1 Modulazione BOC ed AltBOC
A differenza del GPS, nel sistema GALILEO si nota la presenza, sui segnali da
trasmettere, delle modulazioni BOC (Binary Offset Carrier) ed AltBOC (alternate BOC) a
seconda della portante utilizzata.
Il concetto di modulazione BOC sta nel moltiplicare un generico segnale e( t), per
un onda quadra a frequenza Sf (subcarrier), in maniera tale da ottenere:
( )[ ]tfsigntetS SBOC pi2sin)()( ⋅= (2.1)
Piø precisamente questo tipo di modulazione si indica con BOC ( Sf , Cf ) in cui Cf sta
ad indicare la chip-rate della sequenza di codice che rappresenta il segnale di partenza, mentre
Sf , come gi visto, indica la frequenza della sottopo rtante. L effetto della BOC Ł quello di
generare due componenti spettrali del segnale di partenza posizionate a cavallo della frequenza
centrale.
2. IL SISTEMA GALILEO
51
Infatti, a causa dell andamento rettangolare del codice, il segnale e( t) avrebbe una dsp9
di tipo )(sin ⋅c mentre quella del segnale )(tSBOC pu essere espressa, trascurando le
armoniche di ordine superiore, da
[ ])()()()( SSBOC fffffEfS +−−⊗⋅≈ δδα (2.2)
Si evince che lo spettro di partenza, con buona approssimazione, viene diviso in due
componenti simmetriche rispetto alla frequenza di centro banda.
Quindi, tramite la presenza della modulazione BOC, si modifica lo spettro in maniera
tale da poter rendere possibile un eventuale trasmissione sulla stessa portante di segnali di
diversi sistemi, come ad esempio quella di un segnale GPS BPSK ed un segnale GALILEO
modulato.10 [10]
9
Un DSP (Digital Signal Processor) Ł un microprocessore ottimizzato per eseguire in maniera estremamente
efficiente sequenze di istruzioni ricorrenti (come ad esempio somme, moltiplicazioni e traslazioni) nel
condizionamento di segnali digitali. I DSP utilizzano un insieme di tecniche, tecnologie, algoritmi che
permettono di trattare un segnale continuo dopo che Ł stato campionato.
10
Zhao Chen, The Usage of Turbo Code in the Signal of Galileo System , 2003.
Ricevi informazioni sui nostri servizi, sulle offerte e non perdere news e consigli su università e lavoro.
