Introduzione
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Nel terzo capitolo vengono descritti tutti i possibili problemi con cui, affrontando un
simile progetto, ci si potrebbe confrontare. Tali problemi vanno dalla sicurezza di accesso
al sistema da parte degli utenti, alla trasmissione dei dati, all’affidabilità ed all’analisi delle
risorse necessarie per la sua realizzazione pratica.
Gli strumenti adottati per la realizzazione del progetto sono descritti singolarmente
nel quarto capitolo.
La seconda parte inizia con il quinto capitolo, in cui viene descritto tutto ciò che è
stato realizzato ex-novo e ciò che, pur già facente parte del sistema esistente, è stato
modificato.
Infine, nel sesto e nel settimo capitolo, vengono descritti i risultati ottenuti e le
prospettive che il progetto ha in fatto di applicazioni pratiche e quali sono le ipotesi per
possibili evoluzioni.
Detto questo, dato il contesto in cui l’idea è nata, improntato alla
commercializzazione di nuovi prodotti e nuovi servizi, e dall’ambiente in cui essa è
maturata e si è sviluppata, cioè un laboratorio di R&D di un’azienda privata, mi preme
sottolineare la natura decisamente sperimentale del presente lavoro, evidenziata
dall’impronta chiaramente “pratica” dello stile di trattazione adottato.
Introduzione
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I° P A R T E :
P R O G E T T A Z I O N E
Capitolo 1 – Il sistema di radiolocalizzazione
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Capitolo 1
Il sistema di radiolocalizzazione
[GPS1]
Attualmente esistono diversi sistemi di radiolocalizzazione, ovvero sistemi in grado
di determinare la posizione dell'osservatore, dotato di un ricevitore, utilizzando le onde
radio. Alcuni di questi sistemi, i più recenti, sono basati su una rete di satelliti orbitanti
attorno alla Terra, in grado di assicurare la copertura di tutto il pianeta: esempio tipico è il
sistema GPS descritto nel primo paragrafo di questo capitolo.
Altri sistemi, sviluppati negli anni sessanta, ma ancora in uso, sono basati su stazioni
radio a terra. Il più usato, specialmente dai naviganti, è il LORAN-C, che si basa su un
certo numero di stazioni radio, sparse in tutto il mondo e raggruppate in "catene", ciascuna
delle quali si compone di una stazione "master" e di stazioni "slave", in numero variabile
da due a cinque e sincronizzate, mediante un orologio atomico, con la stazione master. La
posizione di tutte queste stazioni, nonché le frequenze di trasmissione e tutti i particolari
tecnici necessari sono ovviamente noti. Periodicamente la stazione master invia un segnale
a cui fanno seguito i segnali delle stazioni slave.
L'apparato ricevente è dotato di un orologio sincronizzato con quello delle stazioni
emittenti ed è quindi in grado di calcolare la differenza dei tempi di emissione e di arrivo
per ogni stazione. Nota la velocità di trasmissione delle onde radio, pari a quella della luce,
300.000 Km/sec, si può infine calcolare la distanza di ogni stazione, e quindi il punto in cui
ci si trova.
Capitolo 1 – Il sistema di radiolocalizzazione
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1.1 Il sistema di localizzazione GPS
Il 4 Ottobre 1957 viene lanciato il primo satellite artificiale: lo Sputnik. Quaranta
anni dopo, con un apparecchio non più grande di un telefono cellulare, chiunque può
ottenere la propria posizione, con un errore massimo di 100 metri, ed il tempo, con un
errore massimo inferiore al milionesimo di secondo. Con qualche accorgimento tecnico si
può fare anche di meglio: si raggiunge la precisione di un metro!!
Un'accuratezza neanche immaginabile all'inizio del nostro secolo e che apre, di
giorno in giorno, nuove prospettive di sviluppo di applicazioni sempre più diversificate.
Tutto questo si chiama GPS (Global Position System) e GLONASS (Global'naya
Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema)[GPS2], due sigle che significano la stessa cosa:
Sistema globale di navigazione satellitare. Il primo sistema è stato realizzato in America a
partire dagli anni 70, il secondo è in corso di realizzazione in Russia a partire dagli anni 90.
Nati come progetti militari, il loro uso viene rapidamente trasferito alla vita civile di
tutti i paesi del mondo che, attorno ad essi, riorganizzano nuovi e vecchi servizi, collettivi
ed individuali. Si pensi, per esempio, al catasto dei terreni e dei fabbricati che seguì
immediatamente la nascita della cartografia moderna, anch'essa concepita inizialmente in
ambito militare.
Il GPS come il GSM (Global system for movable comunication) ed Internet stanno
cambiando la vita di tutti i cittadini del mondo e, infatti, il progetto sviluppato con la
presente tesi sfrutta tutti e tre questi moderni sistemi di comunicazione per fornire un
nuovo servizio.
Le specifiche del progetto saranno l’argomento del prossimo capitolo, mentre adesso
si vuole accennare al funzionamento del sistema di radiolocalizzazione GPS [GPS1].
Per meglio comprenderlo, possiamo distinguere tre livelli di controllo:
™ i veicoli spaziali
™ il sistema di controllo distribuito
™ i ricevitori usati dagli utenti
Il GPS è basato su 24 satelliti che compiono una rotazione completa attorno alla
Terra in 11 ore e 58 minuti e quindi ripassano sopra lo stesso luogo, riassumendo la stessa
configurazione complessiva, ogni 23 ore e 56 minuti, una rotazione terrestre. I satelliti
Capitolo 1 – Il sistema di radiolocalizzazione
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sono distribuiti su sei piani orbitali, con quattro veicoli per piano. Le orbite sono inclinate
di circa 55° sul piano dell'equatore. Da qualunque punto della Terra ne sono visibili
almeno cinque, fino ad un massimo di otto.
Fig.1.1: Stazioni di controllo della rete satellitare GPS
Il sistema di controllo è costituito da una rete di antenne distribuite su tutta la Terra
(Fig. 1.1) per conoscere la posizione di ciascun satellite, in qualunque momento, e le più
piccole variazioni della sua orbita.
In Colorado si trova il centro di controllo che invia a ciascun veicolo i segnali
necessari a correggere gli orologi atomici di bordo, e calcola le loro posizioni orbitali nel
tempo. Queste posizioni vengono poi inviate a ciascun satellite che, in questo modo, può
comunicare ai ricevitori la sua posizione.
I ricevitori sono dei piccoli calcolatori che, automaticamente, si sintonizzano con
quattro satelliti.
Da ogni satellite viene ricevuto un segnale che contiene la sua identificazione, la sua
posizione ed il tempo d'invio del segnale medesimo. Il ricevitore calcola la distanza
Capitolo 1 – Il sistema di radiolocalizzazione
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percorsa dal segnale facendo la differenza tra il tempo d'invio ed il tempo di ricezione. Si
conosce infatti la velocità del segnale che è quella della luce: circa 300.000 Km/sec.
Per ogni satellite il ricevitore individua così una sfera di posizione. Tre sfere si
incontrano in due punti e, poiché uno di essi cade nello spazio o all'interno della Terra, in
linea di principio sarebbero sufficienti a calcolare la posizione del ricevitore.
In realtà l'orologio del ricevitore ha sempre un piccolo errore che non può essere
eliminato, pena il costo proibitivo dell'apparecchio; è allora necessario ricorrere ad un
quarto satellite. Quattro sfere di posizione devono passare per un punto: si tratta di rifare i
calcoli facendo variare leggermente in avanti o indietro l'orologio del ricevitore fino a che
le quattro sfere si incontrano davvero in un punto. Esiste un solo valore del tempo e delle
coordinate della posizione dell'utente che soddisfano a queste condizione ed il problema è
risolto senza alcuna ambiguità.
Uno dei limiti della radiolocalizzazione tramite sistema GPS era dato dalla SA
(selective availability), un errore casuale introdotto sulla precisione dei dati a scopo di
sicurezza, che produceva un’incertezza sulla posizione dell’ordine del centinaio di metri, e
che obbligava chi volesse rilevamenti più accurati ad effettuare correzioni software come
la correzione differenziale, che sfruttando un ricevitore fisso, la cui posizione è quindi nota
a priori, permette di migliorare l’approssimazione sul calcolo della posizione di un
ricevitore mobile.
Dopo il 1° maggio 2000 la SA è stata disabilitata, consentendo rilevazioni
estremamente precise con il GPS (errore di 5-10 metri al massimo) senza bisogno di
correzione differenziale. Non è possibile fare previsioni sull’eventuale riattivazione della
SA nei prossimi anni.
1.2 Il sistema Telital Automotive
Il sistema di radiolocalizzazione sviluppato da Telital Automotive denominato CC20
SaturnNetwork e schematizzato in Fig. 1.2, consente di controllare flotte di veicoli dotati
dei dispositivi di radiolocalizzazione.
Capitolo 1 – Il sistema di radiolocalizzazione
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Fig. 1.2: Sistema di radiolocalizzazione SaturnNetwork.
Il sistema si compone di un apparecchiatura mobile da installare sul veicolo che si
vuole localizzare (tipicamente un auto od un camion), e di una centrale di controllo,
tipicamente fissa (anche se non indispensabilmente) che riceve ed elabora i dati.
La parte mobile del sistema è formata da un kit che comprende un ricevitore GPS,
una antenna per le comunicazioni GSM, un microtelefono ed una centralina.
Il ricevitore GPS, come accennato nel paragrafo precedente, riceve i segnali dai
satelliti e li invia alla centralina che li utilizza per il calcolo della posizione attuale, dell’ora
corrente, della velocità del veicolo e della sua direzione.
Una volta completata l’elaborazione, i dati vengono inviati tramite un modulo
telefonico GSM (precisamente il GM360 di produzione Telital Automotive, ovviamente!!)
alla centrale di controllo CC20, vero cuore di tutto il sistema (che sarà descritta in dettaglio
Capitolo 1 – Il sistema di radiolocalizzazione
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nel prossimo paragrafo), mediante la quale è possibile la visualizzazione di una cartina
geografica centrata sul mezzo mobile, il monitoraggio dei vari ingressi della centralina
(tipicamente collegati con una serie di sensori atti ai più svariati impieghi) e
l’archiviazione di tutti i dati relativi a quel veicolo in un archivio storico.
Il microtelefono, oggetto molto simile ad un telefono portatile, fornisce oltre alla
comunicazione vocale, tutte le funzioni tipiche di un telefono cellulare GSM, ed esplica
tutte le funzioni relative al sistema di localizzazione, come la visualizzazione della
posizione espressa in gradi di latitudine e longitudine, del tempo UTC (Universal Time
Coordinate) e del numero di satelliti che intervengono nella computazione.
1.3 Architettura della centrale CC20
Il sistema CC20 consente il controllo e la localizzazione di flotte di veicoli attraverso
l’uso dei satelliti GPS e delle reti telefoniche disponibili (PSTN, ISDN, ETACS, GSM).
Sui veicoli deve essere installato un terminale della Telital Automotive, ovvero un Sistema
di Radiolocalizzazione (da qui in avanti definito “SR”).
Fig. 1.3: SR-13 (Nettuno2)
Uno o più operatori possono visualizzare la posizione nota dei veicoli sulla
cartografia, effettuare chiamate e accogliere le richieste entranti.
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