Insegnamento
SATELLITE NAVIGATION - NAVIGAZIONE SATELLITARE
INM0018399, A.A. 2016/17

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea magistrale in
INGEGNERIA AEROSPAZIALE
IN0526, ordinamento 2014/15, A.A. 2016/17
1134696
Crediti formativi 9.0
Denominazione inglese SATELLITE NAVIGATION
Sito della struttura didattica http://ias.dii.unipd.it/
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Ingegneria Industriale (DII)
Sito E-Learning https://elearning.unipd.it/dii/course/view.php?idnumber=2016-IN0526-000ZZ-2015-INM0018399-N0
Obbligo di frequenza No
Lingua di erogazione INGLESE
Sede PADOVA

Docenti
Responsabile ALESSANDRO CAPORALI GEO/10

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
AFFINE/INTEGRATIVA Attività formative affini o integrative GEO/10 9.0

Modalità di erogazione
Periodo di erogazione Secondo semestre
Anno di corso II Anno
Modalità di erogazione frontale

Organizzazione della didattica
Tipo ore Crediti Ore di
Corso
Ore Studio
Individuale
Turni
LEZIONE 9.0 72 153.0 Nessun turno

Calendario
Inizio attività didattiche 27/02/2017
Fine attività didattiche 09/06/2017

Commissioni d'esame
Commissione Dal Al Membri
7 a.a. 2016/17 01/10/2016 30/11/2017 CAPORALI ALESSANDRO (Presidente)
LORENZINI ENRICO (Membro Effettivo)
BIANCHINI GIANNANDREA (Supplente)
6 a.a. 2015/16 01/10/2015 30/11/2016 CAPORALI ALESSANDRO (Presidente)
BIANCHINI GIANNANDREA (Membro Effettivo)
LORENZINI ENRICO (Supplente)

Syllabus
Prerequisiti: Corso di Astrodinamica, Conoscenze di programmazione di base, Calcolo numerico
Conoscenze e abilita' da acquisire: Conoscenza a livello medio alto dei principi di posizionamento satellitare con il GPS e rappresentazione dei dati in cartografia digitale; capacità, tramite esercizi guidati, di effettuare calcoli di preprocessing e processing di dati sperimentali in ambiente MATLAB e EXCEL; possibilità di elaborare dati acquisiti con strumentazione disponibile per il corso.
Modalita' di esame: Tradizionale
Criteri di valutazione: Prova orale e prova pratica
Contenuti: 'Navigazione Satellitare' è un corso di 9 crediti offerto a student del second anno della Laurea Specialistica in Ingegneria Aerospaziale. Il corso include conoscenze di base e applicazioni pratiche nello sviluppo di analisi di dati sperimentali.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: 1. Comprensione di Coordinate e Sistemi di Riferimento: figura di equilibrio della Terra; espansione del potenziale gravitazionale in armoniche sferiche; ellissoide e geoide; datum orizzontale e verticale; trasformazione di Helmert tra sistemi di riferimento; esempi pratici di carte georeferenziate in formato raster e vettoriale; il problema di accoppiare coordinate misurate in un sistema di riferimento con cartografia definite in un differente sistema di riferimento. Implementazione in Matlab ed Excel di Trasformazioni di Helmert tra coordinate in differenti sistemi. Scale temporali: UTC, A1, ET, GMT, tempo solare e siderale, leap seconds.
2. Comprensione dei minimi quadrati: come stimare le coordinate di un punto per intersezione inversa a punti di coordinate note; massimizzazione della funzione di verosimiglianza mediante ricerca numerica o risolvendo le equazioni normali; matrice delle derivate parziali, matrice di varianza-covarianza; come gestire vincoli a priori sui parametri incogniti e diversi pesi nei dati; covarianza dei parametri ed ellisse di errore; livelli di confidenza; covarianza dei residui post fit. Implementazione in Matlab e Excel di procedure numeriche basate sui minimi quadrati per convertire dati di distanza in coordinate e loro incertezze. Estensione a dati angolari e combinazione di tipi diversi di osservazioni (angoli e distanze)
3. La propagazione delle onde elettromagnetiche. Equazioni di Maxwell e legge di Snell. L’indice di rifrazione della ionosfera. Calcolo del TEC mediante misura di range su due frequenze. Modello idrostatico della troposfera. Funzioni di mappatura. Multipath.
4. Architettura di un GNSS (Global Navigation Satellite System): il segment spaziale, il segment di controllo e il segmento utente. Il segnale GPS: codice, fase e messaggio di navigazione; il segnale GLONASS; il segnale Galileo Il formato RINEX per i dati e efemeridi. Il Time To Fost Fix. Assisted GPS. EGNOS and WAAS.
5. Come calcolare le coordinate dei satellite: l’ellisse Kepleriana nello spazio, perturbazioni secolari e periodiche degli elementi orbitali e le loro cause fisiche. Algoritmo per convertire elementi Kepleriani perturbati in coordinate ECEF istantanee dei satelliti. Il modello polinomiale dell’oscillatore di bordo. Efemeridi broadcast e precise. Il formato SP3. Confronto di efemeridi broadcast e precise nel sistema RTN (Radiale, Tangenziale e Normale). Errore ed Accuratezza del Segnale nello Spazio (SISE/SISA). Implementazione in Matlab ed Excel di procedure per il calcolo e confronto di orbite.
6. I dati di pseudorange e come invertirli per determinare le coordinate utente. Il modello dello pseudorange; derivate parziali; equazioni normali in 4 dimensioni. Il DOP e altri indicatori geometrici. Calcolo delle coordinate utente e delle incertezze nel sistema locale NEU (North, East, Up). Livelli di protezione orizzontale e verticale. Implementazione pratica in Matlab e Excel di stime ai minimi quadrati con dati reali.
7. Inseguimento temporale delle coordinate dell’utente. La matrice transizione di stato; stima con i minimi quadrati epoca per epoca verso Filtro di Kalman. Stime delle coordinate, velocità e accelerazione. Modelli stocastici e filtraggio.
8. Come confezionare le nozioni in un prodotto: sviluppo di un navigatore satellitare in ambiente Google Earth. Data logging tramite interfaccia USB a un ricevitore GPS commerciale. Il formato NMEA. Generare files kmz con le coordinate utente. Interfaccia del file kmz con Google Earth. Calcolo di distanze, direzioni di rotta e punti di interesse.
9. GPS Differenziale: come cancellare errori sistematici nei dati mediante differenziazioni. Matrice delle derivate parziali per osservazioni differenziate.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: Dispense e Workbook disponibili sul sito web del Docente
http://www.geoscienze.unipd.it/personal/caporali-alessandro/didattica
Testi di riferimento: