Togliere lo scintillio ai segnali GNSS
La tecnologia del sistema globale di navigazione satellitare (GNSS) è profondamente integrata nella nostra vita quotidiana. Questo tipo di sistema comunica continuamente con i nostri smartphone, i tracker di attività, le automobili e i computer, aiutandoci a trovare direzioni e scorciatoie, a localizzare il ristorante o la stazione di servizio più vicini e a prevedere la pioggia con maggiore precisione. Un utilizzo meno conosciuto è il tracciamento dei movimenti di container e pacchi lungo le rotte di navigazione. Anche le reti di telefonia mobile usano l’ora del GPS per sincronizzare le loro stazioni base.
Superare ciò che compromette la potenza del segnale radio
Pur mantenendo in funzione il nostro mondo in modi di cui a volte ci rendiamo appena conto, i segnali GNSS sono anche sempre più vulnerabili. Essi sono onde radio trasmesse dai satelliti che orbitano intorno alla Terra a un’altitudine di 20 000 km. Quando raggiunge la superficie terrestre, il segnale trasmesso è estremamente debole. I ricercatori stanno cercando di sviluppare ricevitori più sensibili per catturare questi segnali deboli. Finanziato dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, il progetto NAVSCIN ha lavorato su strategie migliori per mitigare un problema comune nei segnali GNSS ricevuti: la scintillazione. «Questo fenomeno è noto alla maggior parte delle persone attraverso lo scintillio della luce delle stelle mentre attraversa l’atmosfera. In certe condizioni legate all’attività del Sole e al campo magnetico terrestre, le onde radio che attraversano la ionosfera possono essere gravemente perturbate. Cambiamenti su piccola scala nella densità e nella composizione del plasma di elettroni liberi nell’alta atmosfera ionizzata causano fluttuazioni rapide e intense dell’ampiezza e della fase del segnale», osserva il coordinatore del progetto, Adrià Rovira García. «Per aggirare gli effetti indesiderati della turbolenza ionosferica, è necessario prima comprenderne la natura», aggiunge Rovira García. A tal fine, il ricercatore ha condotto un’analisi statistica del verificarsi della scintillazione in termini di frequenza, gravità e luoghi geografici. I risultati sono serviti come input per definire una procedura volta a rilevare l’impatto della scintillazione sui segnali GNSS, vale a dire trattare i cosiddetti «cycle slips» (ovvero slittamenti di ciclo) sulle misure GNSS. «Rilevare e riparare gli slittamenti di ciclo è impegnativo: le loro dimensioni sono piuttosto ridotte (circa 20 cm) e possono apparire contemporaneamente in diversi satelliti», spiega Rovira García.
Ricevitori GNSS solidi contro la scintillazione radio
Il ricercatore ha sviluppato una metodologia perfezionata per valutare diversi modelli volti a correggere gli effetti dannosi della ionosfera sui segnali GNSS. Il suo vantaggio principale è l’uso di tecniche geodetiche e di ricevitori geodetici standard liberamente disponibili che campionano i segnali GNSS ogni secondo. Per contro, i ricevitori standard eliminano i segnali a bassa frequenza utilizzando tecniche di elaborazione cieca del segnale che richiedono almeno 50 campioni al secondo. «La conversione di qualsiasi ricevitore standard in una stazione di monitoraggio della scintillazione rappresenta un progresso importante che sta cambiando ciò che è attualmente noto sulla scintillazione», osserva Rovira García. Misurare come le perturbazioni ionosferiche influenzano il segnale GNSS non è certo un’impresa facile. NAVSCIN ha dimostrato che una volta che gli effetti della scintillazione sono riparati o mitigati in altro modo, il posizionamento GNSS e l’accuratezza dei tempi migliorano notevolmente. I risultati del progetto sono stati divulgati su 11 articoli pubblicati in riviste specializzate e in 5 conferenze internazionali. «La nostra ricerca serve come trampolino di lancio per migliorare le prestazioni degli oltre 8 miliardi di dispositivi GNSS attualmente utilizzati in tutto il mondo», conclude Rovira García.
Parole chiave
NAVSCIN, GNSS, scintillazione, ricevitore, ionosfera, slittamenti di ciclo, segnale
