Le costellazioni GNSS sono gruppi coordinati di satelliti che lavorano insieme per fornire servizi di posizionamento, navigazione e tempistica (PNT) agli utenti in qualsiasi parte della Terra. Queste costellazioni costituiscono la spina dorsale dei moderni sistemi di navigazione, consentendo di tutto, dal tracciamento della posizione degli smartphone alla guida autonoma dei veicoli, all'aviazione, alle operazioni marittime, all'agricoltura di precisione e alla ricerca scientifica.
Una costellazione GNSS è tipicamente costituita da un numero specifico di satelliti che orbitano attorno alla Terra su traiettorie orbitali attentamente pianificate. Questi satelliti trasmettono segnali radio con indicazione oraria dallo spazio. Un ricevitore GNSS, come quello del tuo smartphone, capta questi segnali, calcola la distanza da ciascun satellite in base al tempo di percorrenza del segnale e determina la sua posizione tramite trilaterazione. Per questo calcolo, un ricevitore ha generalmente bisogno di segnali da almeno quattro satelliti per tenere conto di latitudine, longitudine, altitudine ed errore dell'orologio.
Costellazioni attualmente disponibili
Oggi sono operative diverse importanti costellazioni GNSS:
- GPS (Global Positioning System) – Gestito dagli Stati Uniti, il GPS è stato il primo GNSS completamente funzionale. È costituito da almeno 24 satelliti che orbitano in orbita terrestre media (MEO) a circa 20.200 km di altitudine. Ha iniziato a funzionare negli anni '90 e gli utenti di tutto il mondo continuano ad affidarsi ad esso.
- GLONASS – Gestito dalla Russia, GLONASS è anch'esso una costellazione di 24 satelliti che operano in MEO. GLONASS offre copertura globale e spesso lavora insieme al GPS per migliorare le prestazioni, specialmente nelle regioni ad alta latitudine dove la sua configurazione orbitale offre un vantaggio.
- Galileo – Questa è la costellazione GNSS dell'Unione Europea, sviluppata dall'Agenzia Spaziale Europea (ESA). Fornisce un posizionamento ad alta precisione ed è progettato per essere interoperabile con GPS e GLONASS. Galileo offre caratteristiche uniche come servizi crittografati per uso governativo e servizi aperti al pubblico, con una precisione di posizionamento fino al livello del centimetro in alcune applicazioni.
- BeiDou – Il GNSS cinese, sviluppato dal China Satellite Navigation Office, si è evoluto da sistema regionale a globale. L'intera costellazione è stata completata nel 2020 e ora offre copertura mondiale con oltre 30 satelliti in orbita MEO, geostazionaria e geosincrona inclinata.
Come funzionano le costellazioni GNSS?
Gli ingegneri progettano le costellazioni GNSS per fornire una copertura continua distribuendo i satelliti in modo che gli utenti ne vedano sempre diversi da qualsiasi punto della Terra. Ciò richiede un'attenta pianificazione dei parametri orbitali come l'altitudine, l'inclinazione e la spaziatura. La maggior parte delle costellazioni utilizza l'orbita terrestre media perché offre un buon equilibrio tra area di copertura, potenza del segnale e durata del satellite.
L'utilizzo di più costellazioni GNSS migliora la precisione e aumenta l'affidabilità. I dispositivi in grado di ricevere segnali da GPS, GLONASS, Galileo e BeiDou contemporaneamente, noti come ricevitori multi-GNSS, possono calcolare le posizioni più velocemente e con maggiore precisione, soprattutto in ambienti difficili come canyon urbani, foreste o regioni montuose.
Le costellazioni GNSS incorporano anche stazioni di controllo a terra e reti di monitoraggio che tracciano continuamente i satelliti, caricano dati aggiornati e mantengono l'integrità del sistema. Queste reti garantiscono tempi e posizionamenti accurati e rilevano anomalie nelle prestazioni dei satelliti.
Oltre alle funzioni PNT di base, le moderne costellazioni GNSS supportano funzionalità avanzate. Queste includono sistemi di aumento come WAAS (USA), EGNOS (Europa) e MSAS (Giappone), che migliorano l'accuratezza e l'integrità per applicazioni come l'aviazione. Alcuni sistemi forniscono anche funzionalità di ricerca e soccorso (SAR) per aiutare a localizzare le persone in difficoltà.
In sintesi, le costellazioni GNSS utilizzano reti di satelliti e infrastrutture di terra per consentire il posizionamento e la navigazione globali. Utilizzando una combinazione di più sistemi, gli utenti beneficiano di una maggiore precisione, robustezza e resilienza, rendendo il GNSS essenziale per innumerevoli tecnologie e industrie moderne.