Lo sviluppo e la validazione di applicazioni e apparecchiature capaci di sfruttare le funzionalità del nuovo sistema di localizzazione satellitare Galileo è stato al centro dell'attenzione dell'ultima edizione dell'Aerospace & Defence Forum organizzato a Roma da National Instruments.

Anche la soluzione premiata come migliore applicazione dell'anno per il settore areospazio e difesa era dedicata proprio a Galileo, che grazie ai primi quattro satelliti in orbita, è ormai entrato a pieno titolo nella fase di validazione operativa.

Il premio è stato assegnato a M3 Systems, una società di ingegenria e consulenza francese che occupa circa 35 persone, da sempre molto attiviva nelle applicazioni ad alte tecnologia applicati ai trasporti e all'aeronautica.

In questo caso è stata premiata un'applicazione didattica sviluppata per facilitare l'apprendimento e lo sviluppo di soluzioni hardware e software per sfruttare i segnali di nuova generazione emessi dai satelliti Galileo, che nei prossimi anni gradualmente affiancheranno i segnali dei ben noti sistemi di navigazione già in esercizio come GPS e Glonass.

Per una panoramica dei sistemi di navigazione satellitare, rimandiamo a questo articolo divulgativo.

In sostanza M3Systems ha realizzato un ricevitore software didattico multifrequenza e multisistema per navigazione satellitare sfruttando come hardware di base la radio definita via software NI USRP-2920 di National Instruments, affiancata da opportuni elementi hardware e software supplementari, che sono indispensabili per soddisfate i requisiti di una corretta interpretazione del segnali ricevibili dallo spazio.

Il vantaggio della radio definita via software è la sua economicità e flessibilità di poter condurre esperimenti di vario tipo. La radio può essere infatti sintonizzata su una gamma di frequenze che si estende da 50 MHz e 2,2 GHz, con una larghezza di banda del segnale in banda base di 20 MHz, più che sufficiente per trattare e demodulare i segnali dei sistemi di navigazione satellitare.

La radio definita via software agisce da sintonizzatore e convertitore di frequenza per il segnale ricevuto, che viene poi digitalizzato nelle sue componenti I e Q che vengono elaborate dal ricevitore prototipo definito via software dedicato a Galileo che è stato realizzato da M3Systems (Orus).

Il ricevitore per Galileo realizzato da M3Systems è di tipo aperto e configurabile in molti dei suoi parametri operativi per facilitare esperimenti e caratterizzazioni delle varie applicazioni ipotizzabili. I dati elaborati in tempo reale dal ricevitore vengono poi visualizzati tramite un applicativo LabVIEW ,che permette di accedere i visualizzare il segnale nei punti significativi dei blocchi funzionali del ricevitore.

Per realizzare l'intero sistema, l'unico hardware aggiunto alla radio definita via software di National Instruments è costituita da un preamplificatore d'ingresso, necessario per elevare il debole livello tipico del segnale Galileo ad un livello compatibile con la gamma dinamica della radio, e un generatore di riferimento di alta qualità e stabilità, il cui segnale serve e stabilizzare la fase e la frequenza del segnale di clock interno della radio, altrimenti insufficiente per garantire una demodulazione accurata.

Caratterizzazione delle interferenze nei ricevitori Galileo

Le soluzioni proposte da M3Systems non si limitano alle sole applicazioni didatiche, ma comprendono anche numerosi studi e realizzazioni di ricerca avanzata applicabili in diversi scenari di valutazione e validazione di sistemi commerciali e militari.

Sempre per settore dei ricevitori Galileo, ad esempio, M3 Systems ha realizzato un sistema integrato di collaudo per la misura e caratterizzazione dei ricevitori soggetti a interferenze di vario tipo, con particolare attenzioni su quelli derivanti da vari sistemi terrestre di radionavigazione e ausilio alla navigazione aerea, a partire dai ricetrasmettitori DME (Distance Measuring Equipment) e gli altri sistemi di navigazione globale satellitare attuali e in sviluppo.

Per la validazione dei ricevitori, normalmente servono diversi strumenti da utilizzare congiuntamente, come un simulatore di segnali satellitari GNSS, un generatore di forme d'onda arbitrario e un analizzatore di segnali.

La soluzione innovativa realizzata da M3Systems, invece, sfrutta il ricetrasmettitore di segnali vettoriali programmabile VST di National Instruments, uno strumento di misura definito dal software che integra sotto forma di modulo PXI un generatore di segnali vettoriali, un analizzatore di segnali e una FPGA riprogrammabile per effettuare elaborazioni in tempo reale.

Le elevati prestazioni RF offerte del ricetrasmettitore VST permettono di coprire l'intera gamma di segnali delle varie costellazioni GNSS con la necessarie caratteristiche di sensibilità e accuratezza.

L'approccio software alla realizzazione della radio consente di realizzare ricevitori 'virtuali' parametrizzabili e osservabili in ogni punto della catena del segnale sfruttando le metodologie della programmazione grafica LabVIEW.

Infine, la presenza della FPGA integrata riprogrammabile mette a disposizione la capacità di elaborazione necessaria per il trattamento del segnale in tempo reale, in particolare per le operazioni di demodulazione e correlazione.

Per lo studio delle interferenze, M3Systems ha utilizzato vari modelli di interferenza e segnali per creare stimoli composti dal segnale GNSS sovrapposto alle varie interferenze, che vengono trasformati in flussi di bit che generano il segnale RF risultante tramite la sezione di generazione vettoriale dello strumento VST

Anche segnali reali acquisiti sul campo possono essere riprodotti in laboratorio e utilizzati come sorgenti di stimolo allo stesso modo e riprodotti a piacere tramite il generatore VST.

Il segnale RF generato dallo strumento VST può essere inoltrato all'ingresso d'antenna del ricevitore Galileo, oppure può essere sfruttato come segnale di stimolo di un ricevitore campione realizzato sfruttando la FPGA riprogrammabile presente nello stesso VST.