OBIETTIVI FORMATIVI
Il corso si propone di fornire agli studenti:
1. una visione ampia ed esaustiva del concetto di navigazione;
2. una chiara comprensione delle tecniche e dei sistemi di posizionamento satellitare adoperati in navigazione;
3. la conoscenza del concetto di rappresentazione della Terra e di cartografia;
4. una solida base per l’eventuale proseguimento degli studi accademici.

PROGRAMMA BREVE
1. Coordinate geografiche e rappresentazione della Terra
2. Introduzione alla Cartografia e Carta di Mercatore
3. Carta di Gauss e sistemi di riferimento
4. GPS
5. Errori nelle misure satellitari
6. Tecniche di posizionamento satellitare
7. Ulteriori caratteristiche del GPS: DOP, SA, anti spoofing, RAIM
8. GNSS augmentation
9. Map-matching ed introduzione al GIS

GIORNI E ORARIO DI RICEVIMENTO SETTIMANALE:
on line lunedì 18.00-19.00, in sede lunedì 10.00-11.00

ORGANIZZAZIONE DELLA DIDATTICA
DIDATTICA EROGATIVA
n. 72 Videolezioni online (n.9 unità didattiche - della durata di due ore per ogni CFU)
DIDATTICA INTERATTIVA
n. 2 Lezioni interattive per CFU in presenza
n. 5 Discussioni tematiche sul forum didattico (Topic) e n. 2 post per CFU
n. 2 E-tivity ogni 5 CFU
n. 2 Test per ogni CFU con 8 domande a risposta multipla

PROGRAMMA DEL CORSO
1. Coordinate geografiche e rappresentazione della Terra Contenuti: Verticale, direzione al polo celeste elevato, piano meridiano geografico o astronomico, latitudine e longitudine geografica o astronomica, asse terrestre e poli, definizione e proprietà del Geoide, legame tra geoide ed ellissoide di rotazione, equazione dell’ellissoide di rotazione, parametri dell’ellissoide, ellissoidi globali e locali, coordinate ellissoidiche o geodetiche, coordinate geocentriche, Sistema di riferimento ECEF, la sfera terrestre, Globo geografico, coordinate isometriche sull’ellissoide e sulla sfera, unità di misura della distanza , unità di misura del tempo, unità di misura della velocità, unità di misura angolari, unità di misura della velocità angolare, il miglio nautico internazionale, il miglio marino italiano, inglese, americano, geografico, terrestre, definizione di nodo.
2. Introduzione alla Cartografia e Carta di Mercatore
Contenuti: Definizione di Cartografia, concetto di rappresentazione, concetto di sviluppabilità di una superficie su un’altra, Globo terrestre e scala del Globo, relazioni di corrispondenza di una Carta, studio analitico di una Carta per derivare le condizioni di isogonismo, definizione dei moduli di deformazione lineare e areale e scala lineare di una Carta, classificazioni delle Carte (in base alla scala, alla modalità con cui si ottengono le relazioni di corrispondenza, alle deformazioni ed al layout), Carta di Mercatore (proprietà, relazioni di corrispondenza, modulo di deformazione lineare e scala lineare, trattazione per Terra ellissoidica e sferica, lunghezza del primo di equatore, calcolo delle dimensioni e costruzione con metodo rigoroso e approssimato, operazioni di carteggio)
3. Carta di Gauss e sistemi di riferimento
Contenuti: Carta di Gauss (proprietà, relazioni di corrispondenza per Terra sferica ed ellissoidica e legame con la Carta di Mercatore), UTM e cartografia italiana, trasformazione tra sistemi di riferimento, sistemi di riferimento ECEF, ENU e altazimutale, teoria delle Carte conformi, deformazioni della Carta di Gauss, rappresentazione per fusi
4. GPS
Contenuti: Panoramica dei sistemi GNSS esistenti e loro caratteristiche, principio di funzionamento dei GNSS, storia ed evoluzione del sistema GPS, il GPS nel contesto dei sistemi di radionavigazione, caratteristiche del GPS, applicazioni del GPS, architettura del GPS, segmenti del GPS (spaziale, controllo, utenza), modulazione del segnale, portanti e codici, messaggio di navigazione, osservabili GPS (pseudorange, fase, doppler), introduzione agli errori delle misure GPS.
5. Errori nelle misure satellitari
Contenuti: Errori di misura dell’osservabile pseudorange, divergenza ionosferica (indice di rifrazione di un mezzo, mezzi dispersivi, velocità di fase e di gruppo, ionosfera, errori ionosferici su misure di pseudorange e fase, combinazione iono-free, modello di Klobuchar (descrizione ed implementazione).
6. Tecniche di posizionamento satellitare
Contenuti: Single Point Positioning (SPP), Differential Positioning (motivazione di tale approccio, funzionamento e configurazioni, definizione di errori spazialmente e temporalmente correlati), Precise Point Positioning (PPP) a singola e a doppia frequenza.
7. Ulteriori caratteristiche del GPS: DOP, SA, anti spoofing, RAIM
Contenti: Importanza della geometria satellitare sulle prestazioni GPS, parametri DOP (GDOP, PDOP, TDOP), richiami di statistica (variabile statistica, media, varianza, vettori di variabili statistiche, matrice di varianza-covarianza), relazione tra errori di misura di pseudorange e di stato, ipotesi semplificative sugli errori di misura di pseudorange, servizi di posizionamento standard (SPS) e preciso (PPS), anti-Spoofing, Selective Availability, RAIM (livelli di protezione, schema di un generico algoritmo RAIM, equazione di misura, errore della posizione stimata ed errori di misura, residui e matrice di ridondanza, proprietà della matrice di ridondanza, assunzione sul comportamento degli errori, variabile decisionale RAIM in funzione dei residui.
8. GNSS augmentation
Contenuti: Sistemi GNSS: GPS, GLONASS, Galileo e BeiDou, caratteristiche comuni ai GNSS (architettura e principio di funzionamento), differenze tra i GNSS (servizi forniti, costellazioni, segnali, sistemi di riferimento), parametri prestazionali di un sistema di navigazione (accuracy, continuity, availability e integrity), sistemi di augmentation dei sistemi GNSS (ABAS, SBAS, GBAS), il sistema di augmentation ABAS (principi e funzionalità, monitoraggio dell’integrità ABAS, Fault Detection e Fault Exclusion, configurazioni RAIM e AAIM), sistema di augmentation SBAS (funzioni dei sistemi SBAS, segnali SBAS, satelliti GEO, architettura dei sistemi SBAS, calcolo della correzione ionosferica nei sistemi SBAS), livelli di protezione, incertezza della posizione e delle misure, introduzione al map-matching.
9. Map matching ed introduzione al GIS
Contenuti: Motivazione e definizione del map-matching, rappresentazione della rete stradale, schemi base di map-matching (point-to-point, point-to-curve, curve-to-curve), considerazioni su schemi di map-matching robusti, introduzione al GIS e proprietà dei dati vettoriali, dati Raster (proprietà e utilizzo in ambiente GIS), topologia dei dati vettoriali (errori topologici, regole topologiche, distanza di snapping), sistemi di riferimento utilizzati in ambito GIS, analisi spaziali (buffering e interpolazione)

MODALITA' DI VALUTAZIONE
L’accesso all’esame è subordinato al riconoscimento di frequenza, che verrà attestato con l'apposito certificato al momento della prenotazione dell'esame, che attesterà lo svolgimento delle attività didattiche di verifica in itinere e al livello del lavoro svolto nelle varie esercitazioni.
L'esame consisterà in un colloquio orale e la votazione sarà espressa in 30/30
L'esame di profitto viene svolto in forma orale. Lo studente riceverà dalla commissione almeno tre domande sugli argomenti descritti nel programma del Corso.
L’esame mira a valutare il raggiungimento degli obiettivi didattici. In particolare:
a) Lo studente dovrà dimostrare di saper descrivere le principali modalità di rappresentazione della Terra nonché essere in rado di determinare la posizione di un punto su di essa mediante l’utilizzo delle coordinate;
b) lo studente dovrà dimostrare di essere in grado saper descrivere le caratteristiche delle principali Carte;
c) lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di descrivere i sistemi globali di posizionamento satellitare, analizzarne le fonti di errore e definire le modalità di minimizzazione degli effetti di queste sulle misure.
In riferimento alla votazione verranno assegnati al massimo 10 punti per ogni obiettivo verificato di cui ai punti a, b e c.
Ai fini del superamento dell’esame è richiesto un punteggio minimo pari a 6 punti ad obiettivo.
La lode verrà assegnata nel caso in cui lo studente:
a) acquisisca il punteggio massimo assegnato a tutti gli obiettivi
b) dimostri piena autonomia nel condurre il colloquio orale
c) evidenzi punti di forza e criticità dei sistemi di posizionamento globale e dei sistemi di potenziamento delle misure satellitari.

BIBLIOGRAFIA
Gebre-Egziabher, Demoz, and Scott Gleason. GNSS applications and methods. Artech House, 2009.
Hofmann-Wellenhof, B., Lichtenegger, H., & Wasle, E. (2007). GNSS–global navigation satellite systems: GPS, GLONASS, Galileo, and more. Springer Science & Business Media.
Sansò, F., Betti, B., & Albertella, A. (2019). Positioning. Posizionamento classico e satellitare (pp. 1-369). CittàStudi Edizioni.