Multipath GNSS: tra le numerose sfide tecniche che riguardano il posizionamento GNSS (Global Navigation Satellite System), questo fenomeno è senza dubbio uno dei più complessi da affrontare. Esso rappresenta un problema strutturale dei segnali satellitari, che compromette sia la precisione delle misurazioni che la stabilità delle soluzioni di posizionamento in contesti reali.
Ma cosa si intende esattamente per multipath? E perché è così importante rilevarlo e mitigarlo?
Cos’è il multipath GNSS?
Si verifica quando un segnale GNSS, trasmesso da un satellite, non raggiunge il ricevitore direttamente (via linea di vista, o LOS), ma subisce una o più riflessioni su superfici circostanti. Tali superfici possono essere edifici, rocce, vegetazione o specchi d’acqua, che deviano il segnale e lo fanno arrivare al ricevitore con un ritardo rispetto al percorso diretto.
Il risultato è una distorsione delle misurazioni delle osservabili GNSS, che si manifesta attraverso una osservabile più “rumorosa” e quindi un potenziale degrado nellaccuratezza delle coordinate calcolate. Gli effetti del multipath variano in funzione di numerosi fattori, tra cui:
● La geometria delle superfici riflettenti.
● L’angolo di incidenza del segnale.
● La qualità del ricevitore e la sensibilità delle sue antenne.
Quando il multipath è un problema cruciale?
Il multipath è particolarmente dannoso in ambienti GNSS-challenging, come:
● Aree urbane dense, dove gli edifici alti creano “canyon” riflettenti che moltiplicano i segnali deviati.
● Ambienti montani, dove rocce e pendii agiscono come superfici riflettenti naturali.
● Zone costiere o lacustri, dove l’acqua contribuisce a una riflessione forte e irregolare.
Gli effetti principali
- Errori nelle misurazioni delle pseudorange: Questi errori si verificano quando il ricevitore interpreta un segnale riflesso come diretto, aumentando il tempo di propagazione stimato e causando un stima scorretta della distanza satellite ricevitore.
- Difficoltà nell’ottenere un fix RTK: Nel contesto RTK (Real-Time Kinematic), i segnali riflessi, che come detto generano osservabili più “rumorose” ritardano o impedire la convergenza delle soluzioni al livello di precisione richiesto. In altre parole rendono complessa la stima delle ambiguità di fase in un tempo relativamente ridotto
- Falsi fix: In alcuni casi, il multipath può portare a soluzioni erronee che sembrano stabili ma sono affette da errori significativi. In questi casi infatti le ambiguità di fase vengono fissate, ma ad un valore scorretto.
Come si rileva il multipath GNSS?
La rilevazione del multipath rappresenta il primo passo fondamentale per la sua mitigazione. Questo processo si basa sull’analisi delle caratteristiche dei segnali ricevuti e sull’applicazione di modelli matematici e algoritmici avanzati. Ecco alcune delle tecniche principali:
1. Analisi del rapporto segnale/rumore (SNR)
Un segnale riflesso tende a essere più debole e rumoroso rispetto a quello diretto. Monitorare i valori di SNR può aiutare a identificare segnali sospetti. Tuttavia, l’accuratezza dipende dalla sensibilità dell’antenna e dalla qualità del ricevitore.
2. Monitoraggio della geometria satellitare
Gli algoritmi di posizionamento possono confrontare le traiettorie previste dei satelliti con i dati misurati. Un’incoerenza nella geometria rilevata può indicare la presenza di multipath.
3. Filtri statistici
L’utilizzo di filtri avanzati, come il filtro di Kalman o tecniche basate su reti neurali, permette di isolare osservabili GNSS anomale. Tali approcci combinano i dati in tempo reale con informazioni storiche per identificare e mitigare gli effetti del multipath.
4. Modelli di propagazione fisica
In ambienti specifici, possono essere utilizzati modelli fisici per prevedere le riflessioni e le distorsioni del segnale. Questo approccio è utile in applicazioni altamente sensibili, come il rilievo geodetico o la navigazione autonoma.
Prospettive future nella multipath detection
L’evoluzione tecnologica sta portando alla nascita di soluzioni sempre più sofisticate per la gestione del multipath. Tra queste:
● Reti neurali e AI: l’apprendimento automatico consente di analizzare grandi quantità di dati GNSS per identificare pattern di multipath con una precisione mai vista prima.
● Ricevitori GNSS avanzati: i ricevitori di nuova generazione integrano algoritmi onboard per rilevare e mitigare il multipath in tempo reale.
● Multi-costellazione: l’utilizzo di segnali provenienti da diverse costellazioni (GPS, Galileo, BeiDou, GLONASS) aumenta la resilienza del posizionamento in ambienti complessi, nella misura in cui aumenta il numero di satelliti a disposizione e quindi la possibilità di accorgersi di segnali degradati.
(Fonte: Gter)
