Le costellazioni GNSS sono gruppi coordinati di satelliti che lavorano insieme per fornire servizi di posizionamento, navigazione e temporizzazione (PNT) agli utenti in qualsiasi punto della Terra. Queste costellazioni costituiscono la spina dorsale dei moderni sistemi di navigazione, consentendo di realizzare qualsiasi cosa, dalla localizzazione degli smartphone alla guida di veicoli autonomi, all'aviazione, alle operazioni marittime, all'agricoltura di precisione e alla ricerca scientifica.
Una costellazione GNSS è in genere costituita da un numero specifico di satelliti che orbitano intorno alla Terra secondo percorsi orbitali attentamente pianificati. Questi satelliti trasmettono dallo spazio segnali radio con data e ora. Un ricevitore GNSS , come quello del vostro smartphone, capta questi segnali, calcola la distanza da ogni satellite in base al tempo di percorrenza del segnale e determina la sua posizione attraverso la trilaterazione. Per questo calcolo, un ricevitore ha generalmente bisogno dei segnali di almeno quattro satelliti per tenere conto della latitudine, della longitudine, dell'altitudine e dell'errore di orologio.
Costellazioni attualmente disponibili
Oggi sono in funzione diverse costellazioni GNSS :
- GPS (Global Positioning System) - Gestito dagli Stati Uniti, il GPS è stato il primo GNSS pienamente funzionante. È composto da almeno 24 satelliti 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 a fare affidamento su di 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 - È la costellazione GNSS dell'Unione Europea, sviluppata dall'Agenzia Spaziale Europea (ESA). Fornisce un posizionamento di alta precisione ed è progettato per essere interoperabile con GPS e GLONASS. Galileo offre caratteristiche uniche, come servizi criptati per uso governativo e servizi aperti per il 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 sistema globale. La costellazione completa è stata completata nel 2020 e ora offre una copertura mondiale con oltre 30 satelliti in orbite MEO, geostazionarie e geosincrone inclinate.
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 dei satelliti.
L'utilizzo di più costellazioni GNSS migliora la precisione e l'affidabilità. I dispositivi in grado di ricevere simultaneamente i segnali di GPS, GLONASS, Galileo e BeiDou, noti come ricevitori GNSS , possono calcolare le posizioni in modo più rapido e preciso, soprattutto in ambienti difficili come canyon urbani, foreste o regioni montuose.
Le costellazioniGNSS 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 assicurano tempi e posizionamenti precisi e rilevano le anomalie nelle prestazioni dei satelliti.
Oltre alle funzioni PNT di base, le moderne costellazioni GNSS supportano funzioni avanzate. Tra queste, i sistemi di potenziamento come WAAS (Stati Uniti), EGNOS (Europa) e MSAS (Giappone), che migliorano la precisione e l'integrità per applicazioni come l'aviazione. Alcuni sistemi forniscono anche funzionalità di ricerca e salvataggio (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 accuratezza, robustezza e resilienza, rendendo il GNSS un sistema di posizionamento globale. GNSS essenziali per innumerevoli tecnologie e industrie moderne.