Navigazione precisa GNSS anche senza segnale satellitare. Scopri come l’integrazione con INS (Inertial Navigation System) migliora affidabilità e continuità.
GNSS + INS: navigazione precisa anche dove i satelliti non bastano
I ricevitori GNSS sono ovunque: nello smartphone, negli orologi sportivi, nei droni e persino nei trattori. Sono strumenti straordinari per determinare la posizione con precisione, ma hanno un limite intrinseco: dipendono da segnali satellitari. E quando questi segnali si indeboliscono, a causa di ostacoli, riflessioni, ostruzioni, anche i migliori ricevitori diventano inaffidabili. In questi casi, serve qualcosa in più.
INS: navigazione autonoma senza segnale esterno
Il sistema di navigazione inerziale (INS, dall’inglese Inertial Navigation System) è composto da accelerometri e giroscopi che misurano i movimenti del dispositivo. A partire da una posizione iniziale nota, l’INS riesce a stimare in autonomia come l’oggetto si sposta nel tempo.
Il suo vantaggio è l’autonomia dal segnale esterno: può funzionare anche dentro a un tunnel o in mezzo ai palazzi. Il suo svantaggio? Gli errori si accumulano. Dopo qualche minuto, la stima tende a “derivare” e perdere precisione.
Il GNSS, al contrario, non soffre di deriva: anche dopo ore, fornisce sempre una posizione “ancorata” a una base spaziale. Ma basta una foglia d’albero o un muro per degradarne l’accuratezza.
Navigazione combinata GNSS e INS
L’idea è semplice: unire i due. Dove uno è debole, l’altro compensa. E viceversa.
La combinazione GNSS/INS si basa su algoritmi di fusione, spesso implementati tramite filtri di Kalman, che permettono di ottenere una stima della posizione più robusta e continua nel tempo. L’INS copre i vuoti del GNSS (es. gallerie, sottopassi, aree urbane), mentre il GNSS corregge la deriva dell’INS. Il risultato è una traiettoria fluida, realistica, e utilizzabile anche in ambienti complessi.
Questa strategia viene spesso chiamata sensor fusion ed è alla base di molti dei moderni sistemi di navigazione, dalla guida autonoma al monitoraggio delle persone o delle strutture.
Questa tecnologia non è una promessa futura: è già realtà in molti ricevitori GNSS commerciali. Alcuni esempi:
● u-blox F9R: un modulo GNSS che integra a bordo una IMU (unità di misura inerziale), pensato proprio per ambienti urbani dove il segnale GNSS può essere intermittente.
● Septentrio AsteRx SBi: ricevitore professionale che combina RTK con INS, garantendo continuità anche in caso di brevi perdite di segnale.
● Trimble e Leica: i loro ricevitori topografici di fascia alta includono INS per migliorare l’affidabilità e la reattività durante il rilievo in movimento.
In questi dispositivi, la combinazione GNSS/INS è parte integrante del sistema di posizionamento.
Nei progetti di ricerca a cui abbiamo lavorato negli ultimi anni — come REMOT o GESTUS — abbiamo testato l’integrazione GNSS/INS in scenari reali.
Navigazione precisa GNSS: applicazioni pratiche e progetti di ricerca
Nel progetto REMOT abbiamo utilizzato un sistema indossabile con più ricevitori GNSS e unità inerziali montati sulle scarpe per ricostruire la traiettoria del piede durante la camminata. La sfida era mantenere una buona precisione anche in ambienti con visibilità parziale dei satelliti. Il contributo del GNSS ha garantito la stabilita della soluzione, mentre l’INS ha permesso di interpolare con precisione i movimenti rapidi. L’elaborazione combinata ha restituito risultati con errori inferiori ai 5 cm, in scenari dinamici.
Nel progetto GESTUS, invece, stiamo lavorando su un sistema per l’analisi del movimento completo del corpo in applicazioni sportive o mediche. Pensiamo che l’integrazione GNSS/INS permetterà di prolungare la validità della stima anche durante le fasi di accelerazione intensa, mantenendo una stima coerente della postura e della traiettoria.
Inoltre l’uso del GNSS ci permetterà di avere tutti i sensori sincronizzati nel tempo, che e essenziale per ricostruire la cinematica del corpo.
(Fonte: Gter)
