Un progetto che sfrutta i sistemi globali di navigazione satellitare (GNSS) per stabilire il progetto per il servizio di posizionamento in tempo reale più accurato al mondo è in corso presso l'Università di Nottingham.

Il servizio, da sviluppare a livello di prototipo, andrà a beneficio di settori critici per la sicurezza come l'aviazione e la navigazione marittima, nonché applicazioni dipendenti dall'elevata precisione come la perforazione offshore e le operazioni di produzione, dragaggio, costruzione, agricoltura e auto senza conducente e droni, solo per citarne alcuni.

Il progetto TREASURE finanziato dall'UE, integrerà i segnali dei sistemi di navigazione satellitare come il GPS, lanciato dagli USA, insieme alla russa GLONASS, Il BeiDou cinese e il nuovo sistema Galileo europeo.

La combinazione di questi diversi sistemi satellitari per operare insieme è un nuovo sviluppo noto come multi-GNSS, che è la chiave per fornire istantaneamente, posizionamento ad alta precisione in qualsiasi parte del mondo.

Il progetto quadriennale si concentrerà su un servizio che porterà l'uso attuale del GNSS - normalmente basato su uno o due sistemi - al livello successivo, per fornire una precisione di pochi centimetri in tempo reale, aprendo una moltitudine di nuove possibilità.

Disturbi atmosferici

Uno degli aspetti chiave della ricerca è quello di mitigare gli effetti dell'atmosfera, in particolare legati alla meteorologia spaziale, che spesso possono creare condizioni di degrado che riducono notevolmente la comunicazione satellitare e l'accuratezza del posizionamento.

Controllato dall'interazione del sole con il campo magnetico terrestre, la ionosfera (lo strato superiore dell'atmosfera terrestre) è caratterizzata dalla presenza di elettroni liberi, che interferiscono con il segnale del satellite che lo attraversa.

Principalmente, ma non solo quando l'attività solare è alta, irregolarità della densità elettronica possono formarsi nella ionosfera, che può causare la diffrazione del segnale e portare alla scintillazione, una dispersione del segnale satellitare che rende difficile per un ricevitore GNSS agganciarsi al satellite e calcolarne la posizione.

Ciò ha un effetto particolarmente dirompente sulla tecnologia di posizionamento, specialmente ad alte latitudini o regioni equatoriali, come nel Nord Europa o in Brasile, rispettivamente.

Allo stesso modo, la troposfera, uno strato inferiore dell'atmosfera, interferisce anche con i segnali. La presenza di vapore acqueo in questa parte neutra dell'atmosfera può creare un ulteriore effetto di disturbo sui segnali satellitari, influenzando così anche la precisione del GNSS.

Correzione di tutti gli errori intervenuti

Il progetto mira a sviluppare nuovi modelli di errore, algoritmi di posizionamento e tecniche di assimilazione dei dati per monitorare, prevedere e correggere non solo gli effetti dell'atmosfera, ma anche il degrado del segnale dovuto a fonti di interferenza artificiali, che può anche limitare la precisione di posizionamento.

Le tecniche di elaborazione del segnale, adattate alle caratteristiche dei segnali interferenti, verranno utilizzate per migliorare la qualità delle misurazioni e, infine, per generare soluzioni di posizione affidabili.

Inoltre, I ricercatori di TREASURE svilupperanno anche nuovi prodotti di orbita e orologio precisi in tempo reale multi-GNSS, specifico per l'utilizzo con il nuovo sistema Galileo.

Ampio potenziale del settore per un servizio multi-GNSS preciso

Tutti questi problemi comportano rischi significativi per i numerosi settori pubblici e industriali che ora si affidano al GNSS o intendono utilizzarlo per superare le crescenti sfide umanitarie come la produzione di cibo o energia.

Responsabile del progetto, Dott Marcio Aquino, del Nottingham Geospatial Institute ha dichiarato:"Un servizio multi-GNSS altamente accurato potrebbe, ad esempio, assistere applicazioni terrestri impegnative come l'agricoltura di precisione, dando agli agricoltori l'accesso alla raccolta e all'analisi di dati localizzati con precisione in tempo reale per massimizzare la produzione alimentare, ridurre i costi e ridurre al minimo l'uso di pesticidi."

"Dall'altro lato dello spettro, una piattaforma di perforazione in acque profonde che subisce un degrado temporaneo della precisione di posizionamento potrebbe portare a perdite fenomenali proprio in un momento in cui, a causa dell'attuale clima di produzione di petrolio, le aziende stanno cercando di aumentare l'efficienza operativa. Anche questo settore trarrebbe vantaggio da un servizio multi-GNSS così accurato".

L'importanza di Galileo

Entro il 2020, Galilei, il sistema GNSS europeo (EGNSS) sarà pienamente operativo e fornirà dati di posizionamento di una precisione senza precedenti. Galileo rivaleggiarà ma, in modo cruciale, sarà anche interoperabile con il GPS, che è stato il capofila di tutti i sistemi GNSS, dominare il mercato da oltre 20 anni.

Secondo il dott. Aquino:"Lo sviluppo di EGNSS e la sua integrazione con altri sistemi satellitari è fondamentale per la competitività dell'Europa in questo mercato, quindi l'interesse dell'UE a finanziare questo progetto."

Lo studio si concentrerà su due tecniche GNSS esistenti note come PPP (Precise Point Positioning) e NRTK (Network Real Time Kinematic). Entrambi usano GPS e GLONASS, ma potrebbe potenzialmente soddisfare le future esigenze di posizionamento ad alta precisione in tempo reale quando Galileo sarà completamente integrato, e se TREASURE ha successo.

Vantaggi e limitazioni di PPP e NRTK

La tecnica NRTK utilizza stazioni di riferimento fisse che gestiscono ricevitori GNSS di alta qualità in posizioni di riferimento accuratamente rilevate per garantire dati di posizionamento GNSS accurati.

La trasmissione delle correzioni dalle località di riferimento agli utenti è al centro di NRTK. L'efficacia della tecnica si basa sulla correlazione spaziale degli errori tra utente e riferimento, che deve trovarsi a meno di 20-30 km di distanza, una distanza sufficientemente breve da consentire l'"annullamento" di potenziali errori di segnale.

Se le variazioni atmosferiche tra riferimento e utente sono forti, potrebbe essere necessario un numero maggiore di stazioni di riferimento, rendendo la tecnica meno redditizia.

Contrariamente a NRTK, PPP non si basa su errori di "cancellazione" tra l'utente e una stazione di riferimento nota. L'utente aziona il proprio ricevitore indipendentemente dall'esistenza di stazioni vicine con coordinate note.

Ciò si ottiene incorporando informazioni esterne nella soluzione, sotto forma di orologi satellitari ad alta precisione e prodotti orbitali derivati ​​da reti globali e disponibili gratuitamente o commercialmente.

Però, la previsione accurata dello stato dell'atmosfera, cruciale anche per il PPP, non è normalmente disponibile da queste reti globali – superare questa situazione è uno dei principali obiettivi di TREASURE.

Creare una massa critica e testare il potenziale di mercato

TESORO, finanziato dal Programma quadro di ricerca e innovazione dell'UE Orizzonte 2020, riunisce quattro migliori università, un istituto di ricerca e quattro aziende europee leader per fornire la ricerca che porterà alla soluzione EGNSS ad alta precisione definitiva.

Il team del progetto formerà e lavorerà a fianco di 13 Marie Skłodowska-Curie Fellow che saranno indicati come candidati di alto livello per un futuro impiego nella fiorente industria del GNSS o come ricercatori specializzati.

I borsisti costruiranno un prototipo di strumento per supportare le diverse esigenze di PPP e NRTK e verificheranno l'interesse commerciale esistente per portare il servizio futuro sul mercato.