Localizzazione satellitare di precisione, le nuove performance  

Probabilmente a causa dei ritardi nel dispiegamento della costellazione europea Galileo così come nella sostituzione dei satelliti GPS americani più vecchi con quelli di nuova generazione, sono ancora pochi i ricevitori per localizzazione satellitare in grado di sfruttare le innovative funzionalità offerte dalle nuove reti GNSS per la localizzazione satellitare.

Sembra quasi che anche i costruttori se la siano presa un po’ “comoda”, e non ha ancora implementato nei propri prodotti le importanti funzionalità offerte dalle nuove costellazioni e dall’aggiornamento di quelle vecchie, limitandosi ad aumentare il numero di canali per migliorare (di poco) la precisione del dato.

Ci riferiamo in particolare alla capacità di ricevere il segnale della terza banda civile che nel caso della rete GPS viene chiamato L5 mentre nel caso di Galileo prende il nome di E5 (Fig. 1).

Fig. 1 – Le frequenze e i segnali che il ricevitore satellitare Broadcom BCM47755 è in grado di ricevere.

Si tratta di un segnale che per effetto della maggior larghezza di banda (10 MHz), del tipo di codifica impiegata e della maggior potenza RF, è in grado di garantire una precisione dieci volte superiore rispetto al “vecchio” segnale L1. Non solo, l’elaborazione dei segnali di L1 e L5 può incrementare ulteriormente la precisione che può così arrivare a valori compresi tra 10-30 centimetri.

Uno dei primi ricevitori dual-band con capacità L5/E5 (oltre che L1/E1) è stato recentemente presentato da Broadcom, il modello BCM47755.

Questo ricevitore effettua un calcolo di massima della posizione utilizzando il segnale L1 per poi affinare la posizione facendo ricorso al segnale L5, meno incline alle distorsioni e alle riflessioni.

Nel grafico diffuso da Broadcom viene illustrato cosa succede quando i segnali L1 e L5 vengono riflessi dagli edifici a più piani all’interno di una città (Fig. 2).

Fig. 2 – Effetti delle riflessioni dei segnali L1 e L5.

Nel caso di L1, il segnale diretto e tutte le riflessioni arrivano in momenti leggermente diversi, sovrapponendosi e costringendo il ricevitore a cercare tra questi segnali quello con la maggiore intensità, probabilmente il più diretto e con l’orario più corretto. Tuttavia, più numerose sono le riflessioni, più difficile sarà il compito del ricevitore e meno accurato sarà il dato ottenuto.

Per quanto riguarda L5, invece (terzo esempio), i segnali sono così brevi che è improbabile che le riflessioni si sovrappongano al segnale diretto. Il ricevitore può semplicemente ignorare qualsiasi segnale dopo il primo che riceve, che sarà molto probabilmente il più diretto.

Il nuovo dispositivo Broadcom utilizza anche informazioni relative alla fase della portante per migliorare ulteriormente l’accuratezza. Sempre a proposito di questo chip, c’è da segnalare il bassissimo consumo energetico ottenuto con l’impiego di un’architettura “big.LITTLE” di ARM, un design dual-core in cui un core “base” e a basso consumo è accoppiato con un core più performante. Il core a bassa potenza, in questo caso un ARM Cortex M-0, gestisce semplici compiti continui mentre il core più potente ma con maggiori consumi – un Cortex M-4 – viene attivato solo quando necessario.

I ricevitori con capacità L5/L1 disponibili sul mercato sono attualmente destinati ad impieghi industriali ed il Broadcom BCM47755 è il primo chip di massa che utilizza sia L5 che L1.

Il grafico in Fig. 3 spiega perché solo ora si stiano affacciando sul mercato i ricevitori con capacità L5. Solamente da un paio d’anni, infatti, il numero di satelliti con tecnologia L5 è sufficiente a garantire un buon funzionamento del sistema; attualmente sono una trentina ed entro il 2020 saranno 45.

Fig. 3 – Solamente da poco tempo il numero dei satelliti con capacità L5/E5 ha raggiunto un valore significativo.

Sicuramente nei prossimi mesi assisteremo ad un vero boom dei ricevitori dual-band che ci consentiranno di avere, finalmente, informazioni relative alla posizione molto più precise.