L'errore multipercorso è un problema comune nei sistemi di posizionamento basati su satellite, come i sistemi globali di navigazione satellitare (GNSS). In particolare, si verifica quando i segnali provenienti da un satellite raggiungono il ricevitore seguendo percorsi multipli. Di conseguenza, questi segnali causano imprecisioni nei dati di posizionamento. Per risolvere questo problema, ingegneri e ricercatori devono comprendere e mitigare l'errore di multipath per migliorare la precisione dei sistemi GNSS utilizzati per la navigazione, il rilevamento e le applicazioni scientifiche.
Inoltre, si riferisce alle imprecisioni nel posizionamento GNSS che si verificano quando i segnali satellitari si riflettono o si disperdono sulle superfici vicine, come edifici, alberi o il terreno.
Invece di ricevere un singolo segnale diretto dal satellite, il ricevitore GNSS rileva più segnali che percorrono percorsi diversi prima di arrivare all'antenna. Di conseguenza, l'interferenza tra questi segnali porta a errori nella posizione calcolata.
Gli aspetti principali dell'errore di multipath sono:
- Riflessione del segnale: I segnali riflessi rimbalzano sulle superfici prima di raggiungere il ricevitore, causando discrepanze nella tempistica del segnale e nei calcoli di posizionamento.
- Diffusione del segnale: I segnali dispersi si disperdono dopo aver colpito superfici irregolari, complicando ulteriormente la ricezione e la misurazione di dati precisi.
- Differenza di percorso: Le diverse lunghezze dei percorsi dei segnali determinano differenze nei tempi di percorrenza dei segnali, contribuendo agli errori di posizionamento.
3 cause di errore di multipath
L'errore multipercorso è influenzato da vari fattori ambientali e tecnici. La comprensione di queste cause aiuta a sviluppare strategie efficaci per ridurre al minimo il loro impatto sulla precisione del GNSS.
1 - Superfici riflettenti
Un esempio di superfici riflettenti sono le superfici dure come edifici, marciapiedi e specchi d'acqua, che possono causare la riflessione dei segnali satellitari. Queste riflessioni raggiungono il ricevitore insieme al segnale diretto, causando errori nella misurazione del tempo di percorrenza del segnale.
Ambienti urbani
Nelle città con edifici e infrastrutture dense, l'errore di multipath è più pronunciato a causa del maggior numero di superfici riflettenti. Ciò può compromettere gravemente l'accuratezza dei sistemi di posizionamento in ambiente urbano.
Corpi idrici
I grandi corpi idrici, come laghi e oceani, possono riflettere i segnali GNSS, causando un errore di multipath. La natura riflettente delle superfici acquatiche può causare complesse interferenze di segnale.
2 - Irregolarità della superficie
Irregolarità della superficie: Le superfici irregolari o irregolari possono disperdere i segnali GNSS in più direzioni. Questi segnali dispersi possono mescolarsi con i segnali diretti, creando errori nel calcolo della posizione.
Caratteristiche del terreno
Caratteristiche naturali come colline, alberi e affioramenti rocciosi possono diffondere e riflettere i segnali GNSS, contribuendo all'errore di multipath. Le irregolarità del terreno influenzano la propagazione e la ricezione del segnale.
Strutture artificiali
Anche strutture come antenne, recinzioni e superfici di veicoli possono causare la dispersione e la riflessione del segnale. Queste strutture introducono ulteriori percorsi per il segnale, aumentando il potenziale di errore multipath.
3 - Condizioni atmosferiche
Le variazioni delle condizioni atmosferiche, come la temperatura e l'umidità, possono influenzare la propagazione dei segnali GNSS. Queste condizioni possono influenzare indirettamente l'errore di multipath alterando le caratteristiche dei segnali riflessi o diffusi.
Variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura possono influire sulla densità e sulla composizione dell'atmosfera, influenzando la propagazione e la riflessione dei segnali GNSS.
Livelli di umidità
L'umidità elevata può causare cambiamenti nell'indice di rifrazione dell'atmosfera, influenzando il percorso del segnale e contribuendo all'errore di multipath.
Strategie di mitigazione dell'errore multipercorso
Per ridurre l'impatto dell'errore di multipath sull'accuratezza del posizionamento GNSS vengono impiegate diverse tecniche e tecnologie. L'implementazione di queste strategie può migliorare significativamente l'affidabilità dei sistemi di navigazione.
Tecnologia avanzata del ricevitore
I moderni ricevitori GNSS sono dotati di funzionalità avanzate di elaborazione del segnale per identificare e mitigare le interferenze multipath. Questi ricevitori utilizzano algoritmi per distinguere tra segnali diretti e riflessi.
Algoritmi di rilevamento del multipath
I ricevitori utilizzano algoritmi per rilevare e filtrare i segnali multipath. Questi algoritmi analizzano le caratteristiche dei segnali in arrivo per separare i segnali diretti da quelli riflessi.
Tecniche di elaborazione del segnale
Le tecniche avanzate di elaborazione del segnale, come il filtraggio adattivo e l'analisi della correlazione, aiutano a ridurre gli effetti dell'errore di multipath(multipath rejection). Queste tecniche migliorano l'accuratezza del posizionamento migliorando la qualità dei segnali ricevuti.
Progettazione dell'antenna
La progettazione e il posizionamento delle antenne GNSS svolgono un ruolo cruciale nel ridurre al minimo l'errore di multipath. Antenne con design specifici possono ridurre la sensibilità ai segnali riflessi.
Piani di terra
L'uso di piani di terra o di superfici riflettenti intorno all'antenna può contribuire a migliorare la ricezione del segnale riducendo l'impatto delle riflessioni provenienti dalle superfici vicine.
Posizionamento dell'antenna
Un corretto posizionamento delle antenne GNSS, lontano da superfici riflettenti e da potenziali fonti di interferenza, contribuisce a ridurre l'errore di multipath. Garantire una linea di vista libera verso il cielo riduce al minimo le possibilità di riflessione e dispersione del segnale.
Tecniche di rilevamento e di elaborazione dei dati
Nelle applicazioni di rilevamento e scientifiche, le tecniche di post-elaborazione possono essere utilizzate per correggere gli errori di multipath. Queste tecniche prevedono l'analisi dei dati raccolti nel tempo per identificare e correggere gli errori causati dagli effetti del multipath.
Correzioni post-elaborazione
Gli strumentisoftware e gli algoritmi dipost-elaborazione possono analizzare i dati GNSS registrati per identificare e correggere gli errori di multipath. Queste correzioni migliorano l'accuratezza dei risultati di posizionamento e di misura.
Uso di stazioni di riferimento
Le stazioni di riferimento con ubicazione fissa possono fornire dati di correzione per correggere gli errori di multipath nelle misure GNSS. Questa tecnica è comunemente utilizzata nelle applicazioni ad alta precisione.
L'errore di multipath è una sfida significativa per il posizionamento GNSS che deriva dalla riflessione e dalla dispersione dei segnali satellitari. Comprendendo le cause dell'errore di multipath e implementando strategie di mitigazione efficaci, è possibile migliorare l'accuratezza e l'affidabilità dei sistemi GNSS.
La tecnologia avanzata dei ricevitori, la corretta progettazione delle antenne e le tecniche di elaborazione dei dati giocano un ruolo fondamentale nell'affrontare l'interferenza di multipath, assicurando che le applicazioni di navigazione e posizionamento raggiungano prestazioni ottimali in vari ambienti.