Sia che stiate facendo un'escursione nella natura selvaggia o che stiate guidando in una strada trafficata, il GNSS è un compagno affidabile che vi guida con la massima precisione. Anche se fortemente influenzato dall'attività ionosferica, i cosiddetti errori ionosferici. Offriamo una nuova soluzione per correggerli: Qinertia con la sua modalità Ionoshield.
Introduzione al GNSS
Il sistema globale di navigazione satellitare (GNSS) si riferisce a una costellazione di satelliti che forniscono segnali dallo spazio per trasmettere dati di posizionamento e di temporizzazione ai ricevitori GNSS. Agricoltura, mappatura, trasporti, navigazione: la tecnologia GNSS ha un'ampia gamma di applicazioni nei settori industriali e nella vita quotidiana.
Alcuni dei principali sistemi GNSS in funzione sono:
- Il Global Positioning System o GPS, sviluppato dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, è una rete di satelliti in orbita intorno alla Terra. Attualmente sono operativi 30 satelliti GPS. Questi satelliti trasmettono continuamente segnali che contengono informazioni sulla loro posizione precisa e sull'ora.
- Il Global Navigation Satellite Systems o GLONASS è un sistema di navigazione satellitare sviluppato dalla Russia. Il sistema aveva una costellazione iniziale di 24 satelliti.
- Galileo è il sistema globale di navigazione satellitare dell'Unione Europea. Ha lo scopo di fornire un sistema di posizionamento indipendente per l'Europa e altre regioni.
- Il sistema di navigazione satellitare BeiDou o BDS è il GNSS cinese. Inizialmente forniva una copertura regionale, ma con il completamento della costellazione BeiDou-3, ora fornisce servizi di navigazione globale.
Errori atmosferici
Una delle fonti di errore più significative nel posizionamento GNSS può essere attribuita all'atmosfera. Poiché i satelliti e i ricevitori del segnale GNSS si trovano a grande distanza, il segnale GNSS percorre migliaia di chilometri tra il satellite e il ricevitore. Durante questo viaggio, il segnale passa attraverso gli strati atmosferici.
La ionosfera è lo strato dell'atmosfera compreso tra 50 e 1000 km sopra la Terra. Questo strato esterno della Terra contiene particelle elettricamente cariche chiamate ioni. Esse influenzano in modo significativo la trasmissione del segnale GNSS causandone la distorsione e il ritardo.
Poiché gli errori atmosferici sono difficili da prevedere a causa della loro natura mutevole, è difficile determinare il loro impatto preciso sulle posizioni calcolate.
I ritardi causati dall'attività ionosferica possono variare in base a:
- L'ora del giorno
- La stagione dell'anno
- Posizione geografica
- L'attività solare
Linee di base
Gli errori atmosferici dipendono anche dalla distanza tra la stazione base di riferimento e il ricevitore del rover. La distanza tra la stazione base e il rover è nota come linea di base. Se non si tiene conto degli errori della linea di base, questi causano errori di posizionamento significativi, in particolare nelle applicazioni con linea di base lunga.
La stazione base è installata in una posizione nota con precisione. Stima gli errori GNSS e invia continuamente le correzioni al ricevitore del rover.
Il ricevitore del rover utilizza quindi questi dati per correggere tutti gli errori e calcolare la posizione esatta. Questo funziona bene quando la stazione base e il rover sono vicini.
Sappiamo che quando diversi ricevitori sono affiancati in un'area aperta, tendono ad avere errori simili. Sia la stazione base che i ricevitori del rover subiscono lo stesso ritardo dovuto alla ionosfera e quindi hanno errori identici. Questo è noto come errore GNSS standard.
Grazie a questa caratteristica unica, possiamo calcolare con maggiore precisione la distanza relativa tra i ricevitori. In questo modo è più facile per i sistemi correggere gli errori atmosferici.
Perché la linea di base lunga è particolarmente interessante in questo momento?
Quando la linea di base è lunga, l'attività ionosferica introduce discrepanze significative tra la stazione base e il rover. Con l'aumento dell'attività solare, le fluttuazioni nella ionosfera aumentano.
Ogni undici anni, il campo magnetico del Sole si capovolge completamente.
Questo porta a un aumento dell'attività solare (picco tra il 2023 e il 2025). Molti pacchetti software di correzione moderni offrono soluzioni per tenere conto della lunga linea di base e dell'attività solare.
Come possono gli utenti GNSS minimizzare l'impatto dell'aumento dell'attività ionosferica?
Ridurre l'impatto dell'aumento dell'attività ionosferica sulle operazioni GNSS:
- Assicuratevi che i vostri sensori GNSS abbiano il software più aggiornato per ottenere le migliori prestazioni di tracciamento e posizionamento con il GNSS.
- Utilizzate diversi sistemi GNSS come GPS, GLONASS, Galileo e Baidu, se sono accessibili. In questo modo si aumenta il numero di osservazioni utilizzate per il posizionamento e si ottiene una gamma più ampia di segnali GNSS tracciati. Un maggior numero di dati porta a una maggiore affidabilità.
- Nelle attività di rilevamento di alta precisione, eseguire due o più misurazioni in tempi diversi e in condizioni ionosferiche variabili.
- Verificate l'attuale influenza della ionosfera nella vostra zona utilizzando vari fornitori di servizi di correzione GNSS.
- Scegliere un metodo di correzione GNSS adatto alle proprie esigenze.
Correzioni degli errori GNSS: RTK vs PPK
Immaginate un mondo in cui tutto è perfetto: nessun errore dai dispositivi che ricevono i segnali, nessun problema dai satelliti e nessuna perturbazione dall'atmosfera. In questo mondo ideale, il GNSS potrebbe localizzare i luoghi con una precisione incredibile.
Ma nella realtà, ci sono errori che possono verificarsi. Esiste un modo per ridurre questi errori. Questo è ciò che fanno i vari GPS differenziali, o DGPS. Il DGPS funziona utilizzando le informazioni provenienti da più ricevitori per stimare gli errori e rimuoverli.
Le applicazioni, come i rilievi, richiedono una maggiore precisione. Ciò dipende dalla tecnologia e dalle capacità di correzione del ricevitore.
È possibile applicare vari metodi di correzione per gestire l'errore lato ricevitore:
- Cinematica in tempo reale (RTK)
- Cinematica post-elaborata (PPK)
Correzioni RTK
L'RTK utilizza un punto di riferimento, come una stazione di base, che si trova vicino al dispositivo GPS di cui si vuole conoscere la posizione (chiamato rover).
Sapendo dove si trova la stazione di base e utilizzando un algoritmo, l'RTK può eliminare gli errori che sia la stazione di base che il rover condividono. Questi errori possono provenire dai satelliti e/o dall'atmosfera.
Per correggere gli errori dell'atmosfera, il rover e la stazione base devono affrontare gli stessi errori. Per questo motivo devono essere vicini.
Grazie all'RTK, il GPS può essere preciso fino a 1 centimetro. Questo metodo RTK è molto efficace per ottenere soluzioni GPS precise, soprattutto per il rilevamento del territorio.
Correzioni PPK
Il PPK consente un'accurata post-elaborazione dei dati GNSS per migliorare la qualità delle informazioni sulla posizione. È particolarmente utile in scenari con condizioni di segnale GNSS difficili, fornendo risultati più affidabili e precisi.
È ampiamente utilizzato in applicazioni come la mappatura dei droni, i rilievi geodetici e la gestione delle risorse.
Ora la grande domanda è: quale metodo di correzione è il migliore? Questo dipende da una serie di fattori come la posizione, la lunghezza della linea di base, l'attività ionosferica, i requisiti di precisione, l'affidabilità e il budget.
Metodi di correzione degli errori GNSS RTK e PPK
Confrontiamo due dei metodi di correzione più diffusi:
| Criteri | RTK | PPK |
|---|---|---|
| Correzione dei dati | Fornisce una correzione in tempo reale dei dati di localizzazione raccolti. | Raccoglie prima i dati relativi all'intera posizione e fornisce la correzione fuori sede. |
| Post-elaborazione | Non richiede la post-elaborazione dei dati e quindi non è necessario utilizzare un software di post-elaborazione. | Richiede un software specializzato. |
| Potenza del segnale tra la stazione base e il rover | Deve esserci una connessione costante tra la stazione base e il ricevitore del rover. La perdita di segnale comporta la perdita di dati e quindi l'introduzione di ulteriori errori. | Non richiede una forte intensità di segnale tra la stazione base e il ricevitore del rover. |
| Ambiente di lavoro | Funziona meglio in condizioni di cielo aperto, quando non ci sono ostacoli come alberi, edifici e montagne. Quando gli ostacoli bloccano i segnali GNSS, è difficile mantenere la precisione affidabile. | Mantiene una precisione decimetrica anche in luoghi con ostacoli (gallerie, ponti, valli). Ciò è possibile utilizzando artefatti algoritmici come l'elaborazione Backward-Forward. |
| Linee di base | Funziona per linee di base fino a 30 km. | Valuta e compensa gli errori ionosferici in caso di linee di base più lunghe. |
| Recupero dei log danneggiati | N/D | Può recuperare un registro danneggiato da una forte attività solare utilizzando una "linea di base lunga a posteriori". |
| Attività solare | Non tiene conto dell'attività solare durante il calcolo dei dati. | Prende in considerazione l'attività solare per decidere tra le modalità Long e Short baseline. |