I sistemi di localizzazione e di navigazione hanno subito radicali modifiche negli ultimi venti anni: dalla triangolazione si è passati alla trilaterazione. Per millenni si è navigato e si sono costruite le carte geografiche unicamente con misure d'angolo usando strumenti ottici, ora sono avvenute due rivoluzioni: le misure di angolo dono state sostituite da misure di distanza e queste misure vengono effettuate con strumentazione elettronica e mediante l'uso di orologi atomici. Inoltre i sistemi sono diventati globali e vengono effettuati da appositi sistemi di satelliti.
Scopo del corso è quello di introdurre l'allievo in questo nuovo campo delle telecomunicazioni e delle misure elettroniche.
Il corso è rivolto agli allievi ingegneri che siano interessati non solo ai sistemi di posizionamento da satellite e di satelliti e sonde, ma a due temi collaterali tra loro distinti, gli apparati che rendono possibili queste innovazioni e le applicazioni.
Per il primo tema collaterale, si considereranno gli oscillatori piezoelettrici e quelli atomici, per il secondo le numerose applicazioni dei sistemi di navigazione tramite satellite sia scientifiche sia tecnologiche come autovetture, navigazione aerea e marittima, topografia, ecc..

Lezioni
Generalità sui sistemi di navigazione, sui sistemi di riferimento e sulla misura del tempo; le caratteristiche essenziali della propagazione elettromagnetica e l'effetto Doppler. La radionavigazione e i luoghi geometrici importanti: coni, iperboloidi, sfere. Metodi interferometrici e misure relative. Tipi di misure elettroniche: variazione di frequenza, tempi di volo, tempi di arrivo, ecc.
La propagazione nei mezzi dispersivi e in particolare nella ionosfera.
Oscillatore elettromagnetico: principio di funzionamento e esempi. Rappresentazione delle instabilità di frequenza di breve e lungo termine. Risonatore a quarzo e suo circuito equivalente, oscillatori a quarzo: esempi e caratteristiche. Confronto tra orologi piezoelettrici e orologi atomici, funzionamento e caratteristiche di un orologio al Rb.
Sistemi satellitari, proprietà delle orbite Kepleriane. Il tipo di segnali emessi dal GPS, le frequenze utilizzate e i tempi di emissione. I segnali ricevuti, misura di tempi di arrivo e di confronto di fase, vari tipi di ricevitori. UERE e GDOP. Confronti tra scale di tempo di satelliti e sulla terra: effetti di velocità e di gravitazione. Metodi utilizzati per la sincronizzazione di orologi.
L' integrità per la navigazione aerea civile e i sistemi WAAS ed EGNOS, il futuro sistema Galileo.

Sono previste visite a laboratori che realizzano scale di tempo, orologi atomici e elaborazioni di segnali GPS e Galileo.

Sono previste due esercitazioni su due modalità di uso.

TESTI in INGLESE di MISURE di POSIZIONE e NAVIGAZIONE SATELLITARE

Myron Kayton, Walter R. Fried
Avionics Navigation Systems (2nd edition)
Wiley-Interscience
2_ The Navigation Equations (2.2-2.5, 2.8.2)
3_ Multisensor Navigation Systems
5_ Satellite Radio Navigation (GPS)
7_ Inertial Navigation
9_ Attitude and Heading References


Elliot D. Kaplan
Understanding GPS ' Principles and Applications
Artech House Publishers
2_ Fundamentals of satellite navigation
4_ GPS satellite signal characteristics
5_ Satellite signal acquisition and tracking
7_ Performance of standalone GPS
10_ Glonass
11_INMARSAT

U.L. Rohde : Microwave and wireless Synthesizers - Theory and design
Wiley Interscience

J. Vanier, C. Audoin
The Quantum Physics of Atomic Frequency Standards
Adam Hilger

O.A. Stratton
Electromagnetic theory
Hoboken : Wiley, copyr. 2007

N. Ashby, D.W. Allan: Practical implication of relativity for a global coordinate time scale
Radio Science, 14, 4, July-August 1979, pp. 649-669

Judah Levine : Time and Frequency Distribution using Satellites
Institute of Physics Publishing
Rep. Prog. Phys. 65 (2002) 1119-1164

K.L. Larson and J. Levine : Carrier-Phase Time Transfer
IEEE Trans. on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 46, 4, July 1999.