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Giovedì, 27 Luglio 2017 07:25

GNSS: La ricerca Sogei e i nuovi strumenti per il cittadino

Roberto Capua
Il prof. G. Lachapelle dell'Università di Calgary modera la tavola rotonda di IGAW2017 Il prof. G. Lachapelle dell'Università di Calgary modera la tavola rotonda di IGAW2017

Dal 2003, Sogei sta lavorando allo sviluppo di sistemi per il posizionamento GNSS di precisione affidabile. Questo impegno ha consentito all’Azienda, partner tecnologico del Ministero dell’Economia e delle Finanze, di acquisire negli ultimi anni un ruolo strategico in campo internazionale nello sviluppo di sistemi di Augmentation GNSS, contribuendo alla realizzazione di importanti progetti; dal VII Programma Quadro di Ricerca e sviluppo (MONITOR, MARUSE, M-TRADE), al Programma di Ricerca ed Innovazione della Commissione Europea Horizon 2020.

Quattordici anni di studio, di sviluppi e di investimenti in ricerca, sullo specifico tema della qualità e della sicurezza del dato satellitare, hanno permesso, dunque, la predisposizione di  una rete di Augmentation GNSS a basso costo [1] nel centro Italia, costituita da ricevitori GNSS che comunicano con un Centro di Controllo e determinano le correzioni da inviare ad un ricevitore utente su campo per raggiungere accuratezze di posizionamento di pochi centimetri.

La rete, denominata GRDNet (GNSS R&D Network), basata su un software di processing centrale per il calcolo delle correzioni, sviluppato da Sogei, è costituita da stazioni GNSS permanenti installate presso edifici della pubblica amministrazione, permette di  fornire un servizio di correzione per posizionamenti con tecniche RTK e Network RTK.

Il sistema, in via di sperimentazione in collaborazione con l’Agenzia delle Entrate, si connette alle singole stazioni tramite la rete della Pubblica Amministrazione (SPC-sistema Pubblico di Connettività) ed è in grado di fornire elevate prestazioni generando correzioni trasmesse in modalità standard (pacchetti RTCM e protocollo NTRIP). E’ implementato in modo da risultare indipendente da singole marche o modelli di ricevitori, consentendo un notevole grado di flessibilità e modularità nello sviluppo degli stessi e, monitorato in tempo reale da un centro di controllo con elevato livello di sicurezza.

L’integrazione, all’interno della rete GRDNet, di un nuovo algoritmo, sviluppato nell’ambito del progetto ERSAT EAV (ERTMS on SATELLITE – Enabling Application Validation), per il   programma Horizon 2020 della Commissione Europea, ha reso successivamente possibile l’individuazione del malfunzionamento di un satellite o di una stazione di riferimento con la finalità di escluderli dalla soluzione finale [2], fornendo, così, al ricevitore dell’utente su campo, correzioni per un posizionamento ad elevata “Integrità”. Tale progetto, conclusosi recentemente, è sotto la gestione dell’Agenzia Europea GSA (European Global Navigation Satellite Agency), responsabile del programma Galileo e dei suoi servizi, ed è stato coordinato da Ansaldo STS.

Allo scopo di validare tale soluzione nell’ambito di tale progetto, Sogei ha ampliato la sua rete di Augmentation, installando cinque stazioni GNSS permanenti nella Sardegna Sud Occidentale, dove è stato sviluppato un progetto Pilota per il test di sistemi ETCS (European Train Control System) per il controllo del traffico ferroviario tramite posizionamento satellitare nella tratta ferroviaria Cagliari-San Gavino.

Dal 2007, Sogei sta, inoltre, lavorando allo sviluppo di un ricevitore GNSS in tecnologia SDR (Software Defined Radio). Tale tecnologia si basa sul concetto di sostituire quanto più possibile il processamento del segnale via Hardware (ASIC, DSP, etc) con un trattamento dello stesso via software. In tale approccio, la parte di acquisizione del segnale RF, il suo successivo riporto a frequenza intermedia e successivo campionamento vengono lasciati all’hardware (Front-end), mentre tutto l’elaborazione dei segnali ed il calcolo della posizione sono effettuati tramite un programma che gira su processori dedicati od FPGA (Field Programmable Gate Array).

Questo percorso ha portato, inoltre, alla successiva aggiudicazione del progetto RHINOS (Railway High Integrity Navigation Overlay System), finanziato anch’esso nell’ambito del Programma Horizon 2020. Il progetto, coordinato dall’italiana RadioLabs, si prefigge di analizzare la possibilità di definire uno standard internazionale per il controllo del traffico ferroviario.

I progetti, dedicati allo sviluppo di sistemi per il controllo efficiente del traffico ferroviario via GNSS, potrebbero avere forti ricadute tanto sulla sicurezza quanto sui tempi di percorrenza di linee regionali a bassa densità di traffico e, basano i loro sviluppi su una rete di Augmentation in grado - come detto in precedenza - di garantire un posizionamento ad elevatissimi livelli di affidabilità (il rischio di effettuare un posizionamento errato in caso di malfunzionamento non rilevato del sistema di posizionamento nel suo insieme devono essere inferiori a 10-9/1 ora!). In sostanza è’ stato sviluppato un sistema di Fault Detection and Exclusion, basato su una rete di Augmentation di terra in grado di monitorare in tempo reale lo stato di salute del segnale proveniente dallo spazio e della rete stessa.

Di tutto questo, ma anche di altro, si è parlato nel Workshop #IGAW2017, evento internazionale che Sogei organizza, con cadenza annuale, sullo stato delle tecnologie GNSS.

L’appuntamento, ormai giunto alla quarta edizione, ha ospitato quest’anno il workshop del Progetto RHINOS.

Il progetto, che vede la partecipazione di attori di livello internazionale, quali RadioLabs, Ansaldo STS, l’Università di Nottingham, il centro di ricerche spaziali tedesco DLR e l’Università di Stanford, si prefigge di studiare un sistema di controllo del traffico ferroviario per linee a bassa densità tramite sistemi di posizionamento satellitare ad alta accuratezza ed alta affidabilità che possa avere valenza a livello internazionale.

Nel corso del workshop sono state approfondite le prospettive future dell’impiego del posizionamento satellitare nel mondo del trasporto, per i sistemi di controllo automatico del traffico, con particolare riferimento al mondo dell’automotive e del ferroviario, da cui è emerso quanto ci si potrà aspettare in un prossimo futuro: auto connesse a guida automatica, droni e treni controllati via satellite, servizi di posizionamento di precisione a basso costo, nonché i servizi del futuro sistema Galileo totalmente funzionanti, tanto che si stimano previsioni di crescita delle installazioni GNSS a due cifre per il mondo ferroviario ed automobilistico.

Le soluzioni studiate dalla Ricerca e Sviluppo di Sogei, nell’ambito del progetto RHINOS, possono in realtà essere mutuate per i servizi della pubblica amministrazione, che necessitano di livelli di garanzia di servizio elevati.

Il dato di posizione, affidabile e sicuro, ovvero tutelato da attacchi informatici tramite un Cyber Security Framework (security by design) - dove Sogei è vocazionalmente uno dei maggiori attori in questo settore in Italia - associato oggigiorno come metadato ad ogni tipo di transazione, potrà essere sempre più rilevante ed imprescindibile in ogni applicazione, tanto che si presume ne costituirà l’ossatura portante e dunque strategica per lo sviluppo dei servizi diretti alle istituzioni.

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[1] A Totally SDR Single-Frequency Augmentation Infrastructure for RTK Land Surveying: Development and Test R. Capua, A. Caporale, L. Gattuso, M. Giangolini, D. Tufillaro, C. D'Amico, D. Antonetti, A. Bottaro, F. C. Ferrante

[2] "High Integrity Two-tiers Augmentation Systems for Train Control Systems," Proceedings of the ION 2015 Pacific PNT Meeting, A. Neri, R. Capua, P. Salvatori


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