EMB95

EMBEDDED 95 • FEBBRAIO • 2025 46 lità di reti di comunicazione satellitari che utilizzano sa- telliti molto più piccoli e a basso costo nelle costellazioni in orbita terrestre bassa (LEO), in genere a 400-1.500 km sopra la superficie terrestre. Stanno emergendo numero- se costellazioni di questo tipo, come Starlink , OneWeb , Kuiper , Iridium e così via, che sono le più note. Questi sistemi di comunicazione satellitare LEO sono spesso in- dicati come reti non terrestri (NTN) e sono sempre più visti come un’estensione delle reti cellulari terrestri, alcu- ne con funzionalità PNT. [2] Oltre a queste reti di comuni- cazione LEO, diverse organizzazioni stanno esplorando e proponendo l’uso di costellazioni LEO che dispongono di capacità PNT come funzionalità primarie e di risorse di comunicazione come funzione secondaria. Ciò solleva la questione se le costellazioni di satelliti LEO offrano vantaggi per le funzioni PNT, in aggiunta ai sa- telliti GNSS MEO convenzionali, o forse anche al loro posto. È in corso un’intensa attività di ricerca e indagine finalizzata a stabilire i vantaggi e gli svantaggi che i nuovi sistemi LEO potrebbero offrire. [3] In questo articolo con- sidereremo alcune delle sfide e delle opportunità che i produttori di ricevitori satellitari devono affrontare. Principali differenze tra LEO, MEO e altri sistemi orbitali Una differenza fondamentale tra i sistemi LEO e MEO è la scelta dell’altezza dell’orbita. Per i LEO questa è nell’intervallo tra 400 e 1.500 km, mentre per i sistemi MEO è di circa 20.000 km, come avviene nelle quattro co- stellazioni GNSS globali: GPS, Galileo, BeiDou e GLO- NASS. Tuttavia, questo parametro ha notevoli ricadute, che portano con sé sfide e opportunità di progetto, come per esempio: • Numero di satelliti • Periodicità orbitale e tempi di transito • Stabilità e previsione dell’orbita • Gestione dell’orbita e distribuzione delle effemeridi (infrastruttura di supporto a terra) • Potenza del segnale (trasmessa e ricevuta) e perdite nel percorso di propagazione • Scelta delle bande di frequenza • Scelta del tipo e della struttura del segnale Alcuni falsi miti sulle funzioni PNT dei sistemi LEO Sentiamo e leggiamo da ricercatori e sostenitori dei nu- merosi vantaggi che le funzioni PNT nei sistemi LEO offriranno e, sebbene gran parte di ciò sia vero, spesso non è compensato dalle sfide e dalle complessità intro- dotte. Esamineremo i principali vantaggi pubblicizzati e gli analizzeremo dal punto di vista del produttore di rice- vitori GNSS, bilanciandone i pro e i contro. Una maggiore potenza del segnale porta a una migliore copertura interna Per i segnali nelle bande RNSS convenzionali (L1/E1, L5/ E5, L2, E6) ciò non è necessariamente vero perché, per alcuni spettri di navigazione radio, la copertura interna è regolata in base alla potenza del segnale ricevuto a ter- ra. [4] Tuttavia, i satelliti trasmettono a livelli di potenza inferiori, il che consente di ottenere satelliti più piccoli e meno costosi piuttosto che livelli di segnale più elevati ricevuti a terra. Un’altra considerazione è che il rapporto tra la lunghezza relativa del percorso del segnale all’orizzonte e allo zenit è maggiore per i sistemi LEO; quindi, la variazione della potenza del segnale durante il transito satellitare è mag- giore rispetto a quanto avviene nei satelliti MEO. Tuttavia, i segnali possono essere trasmessi in nuove bande non utilizzate in precedenza per le funzioni PNT satellitari, ad esempio S, C, K o altre bande. Ciò potreb- be fornire notevoli vantaggi in termini di potenza del se- gnale ricevuto e di gestione degli effetti ionosferici, ma aumenterà la complessità del ricevitore. Questa comples- sità aggiuntiva avrà probabilmente un impatto sui costi e sui requisiti di alimentazione del ricevitore, oltre a rende- re le antenne più costose. Non è possibile affermare che un LEO implichi automati- camente potenze di segnale significativamente più eleva- te al ricevitore, ma con la complessità aggiuntiva associa- ta all’utilizzo di nuove bande radio o al diverso modo in cui le attuali bande RNSS sono regolate, questo potrebbe diventare in futuro una realtà. Le funzioni PNT dei LEO offriranno una migliore precisione Avere più satelliti utilizzabili e visibili potrebbe portare a una maggiore precisione, tuttavia, con quattro costella- zioni MEO e ben 40 satelliti visibili già in orbita, l’aggiun- ta di più satelliti non porta necessariamente un vantag- gio aggiuntivo significativo. A causa della loro minore altezza orbitale e della vicinan- za alla massa della Terra, le orbite dei satelliti LEO sono probabilmente meno stabili di quelle dei MEO. Dopotut- to, il corpo roccioso della terra non è una massa omoge- nea. Quindi, a meno che le loro orbite non possano essere modellate con precisione utilizzando effemeridi orbitali più avanzate, gli errori orbitali introdotti dai satelliti LEO potrebbero compensare altri vantaggi. Un modo per far- HARDWARE | LOW EARTH ORBIT