RETI & SISTEMI

Sistemi di navigazione

I metodi per determinare il “punto nave”

Determinare la posizione, cosiddetto “punto nave” è uno dei problemi della navigazione. Quanto più preciso è il punto nave, tanto più sicura ed efficiente sarà la navigazione.

 In passato il punto nave veniva calcolato in due modi: basandosi su punti “cospicui” a terra o oppure calcolando l’altezza degli astri (sole e stelle) per ricavare la Latitudine e la Longitudine. Questi due sistemi soffrivano di parecchie limitazioni specie in mare aperto dove non era possibile avvistare punti a terra oppure per le condizioni meteo che impedivano le visibilità e quindi l’osservazione del cielo e/o dei punti della costa.

Il problema fu risolto con la scoperta delle onde radio. Agli inizi del 1900 fu introdotto l’uso del radiogoniometro, un ricevitore dedicato in grado di rilevare la direzione di provenienza di una trasmissione radio. Come tutti i sistemi di posizionamento, nasce soprattutto per scopi militari ed infatti fu molto utilizzato nelle due guerre mondiali, sia in marina che in aviazione. Tramite un sistema di radiofari, è possibile seguire la direzione del segnale radio assumendolo come rotta oppure, con la ricezione di due segnali diversi, determinare la posizione sulla carta nautica.

Il sistema non era però sufficientemente affidabile, sia per la portata dei radiofari, sia per la precisione ed i disturbi che interferivano con i segnali  (SNR), Signal Noise Ratio (Rapporto Segnale  Rumore).

Fu così che gli americani svilupparono, all’inizio della seconda guerra mondiale, il sistema LORAN, acrostico di Long Range Navigation.


Con questo sistema, che trasmetteva segnali radio LF (bassa frequenza), un ricevitore dedicato misurava la differenza di tempo intercorrente fra i segnali della stazione  Master (principale) e quelli ricevuti dalla stazione Slave (secondaria).

carta Loran

Questa differenza di tempo in microsecondi, veniva riportata su una carta Loran. Una normale carta nautica che sotto forma di iperbole, riportava le possibili differenze di tempo fra le stazioni secondarie e la principale. L’incrocio delle due iperbole rappresentava la posizione. Il sistema era sufficientemente preciso ed affidabile, anche perché l’errore era costante: in un 0punto, cioè, l’errore era sempre lo stesso, pertanto era abbastanza agevole effettuare le necessarie correzioni. Inoltre si poteva ritornare sulla stessa posizione con grande precisione. I vantaggi tattici e strategici, sia navali che aerei, di un tale sistema, erano evidenti. Il sistema infatti ebbe largo impiego nella seconda guerra mondiale e catene Loran furono installate un po’ dappertutto.

Il successo del Loran continuò anche dopo la guerra ed il sistema fu elaborato in varie versioni, l’ultima delle quali ( Loran C), fu installata anche a copertura del Mediterraneo. 

Ma fu negli anni 80, con l’avvento della tecnologia a stato solido e del microprocessore, che il Loran C ebbe il massimo sviluppo e applicazione. Grazie alle nuove tecnologie, infatti, un ricevitore di dimensioni assai ridotte, era in grado di convertire le coordinate Loran in coordinate geografiche (latitudine e longitudine).

Ricevitore Loran C

La semplicità di uso contribuirono al largo successo dello strumento anche nella nautica, ma fu nella pesca professionale, che il Loran divenne uno strumento indispensabile, quasi come l’ecoscandaglio ed il radar.

Il sistema aveva però le sue limitazioni, prime fra tutte una copertura locale ed i disturbi sui segnali radio soggetti alla condizione di propagazione. Un tentativo di copertura globale fu rappresentato dal sistema Omega, ma ebbe scarso successo, causa la scarsa affidabilità. 

 La soluzione poteva venire solo da satelliti in orbita ed infatti già negli anni 50 ne erano stati lanciati, (dagli americani) alcuni per la comunicazione ed il posizionamento.

Dopo un primo lancio fallito nel 59, gli Stati Uniti riuscirono a lanciar il primo dei 6 satelliti del sistema Transit, così denominato per brevità.  Il sistema NNSS (Navy Navigation Satellite System), dapprima destinato al solo uso militare, fu esteso nel 1967 anche all’uso civile e fu abbandonato nel 1996 perché soppiantato dal più affidabile e preciso GPS.

Il sistema Transit, pur offrendo una copertura globale, non forniva il punto nave con continuità. Infatti bisognava aspettare il passaggio di uno dei 6 satelliti in orbita, per ottenere la posizione ottenuta grazie all’effetto doppler.Inoltre bisognava interfacciare il ricevitore con i sensori di rotta e velocità, sia per calcolare il punto con maggiore precisione, sia per ricavarla col sistema della navigazione stimata nell’intervallo del passaggio fra due satelliti.

Per sopperire ai limiti dei sistemi esistenti, nasce nel 1973, ad opera del Dipartimento della Difesa USA, il sistema GPS, acronimo di Global  Positioning System. 

Il sistema era costituito in origine da 29 satelliti ed in uso esclusivamente alle forze armate statunitensi. Nel 1991, fu messo a disposizione un canale per uso civile, ma il segnale, fu degradato (Selective Availability – SA) per impedire la precisione della misura, che nel sistema militare era nell’ordine dei 2 – 3 metri. Solo nel 2000 fu eliminato la SA ed oggi si può avere una posizione con la precisione citata prima. 

Il principio di funzionamento si basa sul calcolo della distanza fra il ricevitore ed il satellite. Il ricevitore possiede infatti, nella sua memoria interna, le effemeridi (dati identificativi) di tutti i satelliti in orbita. Per fare il punto, e necessario ricevere almeno tre satelliti.

Il sistema GPS possiede tutte le caratteristiche necessarie per rendere il sistema affidabile e sicuro: copertura mondiale, segnali non soggetti e alla influenza delle condizioni di propagazione, continuità della informazione in ogni condizione meteo.

Il sistema GPS ha reso ls navigazione più sicura ed efficiente. Ha anche permesso lo sviluppo dei Sistemi Integrati di Navigazione (INS o IBS) ed il pieno utilizzo della cartografia digitale.

In Sistemi Integrati di Navigazione sono in grado di svolgere i tre momenti fondamentali della navigazione: Pianificazione, Esecuzione e Controllo.  

Oggi grazie al GPS ed ai sistemi integrati, è possibile ridurre notevolmente il numero degli uomini di equipaggio (cosiddette navi OMBO cioè One Man Bridge Operated).

Il GPS, interfacciato al sistema GDMSS, è in grado di tramettere la posizione di una nave in difficoltà, lanciando (solo premendo un pulsante) una richiesta di aiuto (Distress Message), contenente i dati e la posizione del natante.

Innumerevoli sono inoltre le applicazioni che usiamo tutti i giorni, basate sul GPS: dal navigatore installato ormai di serie, sulle nostre auto ai sistemi antifurto. 

Preziosi i sistemi di gestione e controllo del parco auto e mezzi, delle imprese di trasporto e di logistica.

Oggi possiamo utilizzare ricevitori GPS di dimensioni ridottissime, come quelli ad esempio, all’interno dei nostri smartphones.

In pratica oggi il GPS è diventato uno strumento di uso quotidiano e comune.

Oltre al GPS, sono stati elaborati altri sistemi di posizionamento satellitare, allo scopo di affrancarsi dalla “schiavitù” americana. Gli USA potrebbero infatti, per loro esigenze tattiche e/o strategiche, interrompere il sevizio in qualsiasi momento.

Al momento i due sistemi alternativi sono il Russo GLONASS e l’Europeo Galileo.

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