Analisi delle prestazioni di integrità e accuratezza di sistemi di localizzazione satellitare per il controllo della marcia dei treni

Il rilievo statico rapido e quello cinematico vennero proposti come evoluzione dallo statico tradizionale negli anni ’80; le problematiche relative all’elaborazione dei dati, in particolare il fissaggio delle ambiguità, vennero sviscerate nel decennio successivo e quindi implementate nei programmi di postelaborazione.
Parallelamente venne introdotta l’idea del rilievo statico rapido o cinematico in tempo reale, di cui si semplifica il processo.
1. Il ricevitore di riferimento e quello mobile acquisiscono i dati dalla costellazione GPS (o da più costellazioni);
2. i dati di entrambi, ad ogni epoca e appena acquisiti, vengono inviati a una stazione di elaborazione.
3. La stazione di elaborazione elabora i dati contemporaneamente alla loro disponibilità, senza attendere il termine della sessione e utilizzando algoritmi ottimizzati per non accumulare latenza.
4. Le prime epoche vengono elaborate per arrivare al fissaggio delle ambiguità iniziali: il processo, che risulta più veloce se il ricevitore mobile rimane fermo fino al successo nel fissaggio, prende nome di inizializzazione del rilievo.
5. Una volta inizializzato il rilievo le differenze doppie di fase vengono utilizzate per stimare le posizioni del ricevitore mobile in tempo reale, epoca per epoca: se il ricevitore mobile è fermo su un punto, si può parlare di rilievo statico rapido in tempo reale, se il ricevitore mobile è effettivamente in moto, si parla di rilievo cinematico (Real Time Kinematic, RTK).
6. Parallelamente alla stima delle coordinate viene effettuato un ciclo di controllo per identificare eventuali cycle slip: in caso di tale evenienza, è necessaria una nuova inizializzazione delle nuove ambiguità iniziali.
Tipicamente la stazione di elaborazione dei dati coincide fisicamente con il ricevitore mobile, che riceve i dati della stazione di riferimento, effettua l’elaborazione, visualizza all’operatore e memorizza internamente la propria posizione e la traiettoria. La trasmissione fra i due ricevitori può avvenire attraverso canali radio o di telefonia cellulare.
L’elaborazione dei dati e la stima delle incognite può avvenire mediante un filtro di Kalman o mediante minimi quadrati sequenziali. Il rilievo in tempo reale esaspera le problematiche già evidenziate per la post-elaborazione del cinematico e dello statico rapido, sostanzialmente per tre motivi specifici; innanzitutto la comunicazione fra i due ricevitori può subire eventuali interferenze, che possono causare la perdita, totale o parziale, di blocchi di epoche; inoltre vi è necessità di ottimizzare numericamente i passi dell’elaborazione dei dati, in modo da renderli paralleli al flusso di acquisizione degli stessi; infine gli algoritmi di stima devono procedere in modo sequenziale, ovvero impilando man mano il vettore delle osservazioni: in sostanza si ha un aumento del rischio di non identificare correttamente i cycle slip, di insuccesso nel fissaggio delle ambiguità e della conseguente scarsa qualità delle soluzioni. [...]