Realizzazione di un modello per l`analisi delle prestazioni

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI ROMA
TOR VERGATA
Facoltà di ingegneria
Corso di laurea specialistica in
ingegneria delle telecomunicazioni
SERVIZIO TIS-B PER LA GESTIONE DEL
TRAFFICO VEICOLARE IN AEROPORTO
REALIZZAZIONE DI UN MODELLO PER L’ANALISI DELLE
PRESTAZIONI DEL SERVIZIO
Relatore
Correlatore
Prof. Gaspare Galati
Ing. Emilio G. Piracci
Candidato
Dario Scalzi
Anno Accademico 2005-2006
Introduzione
Introduzione
Negli ultimi decenni l’evoluzione del trasporto aereo ha subito un’intensa e repentina
crescita, tale da richiedere una trasformazione dei sistemi di gestione dell’ambito aeroportuale.
Si è passati dall’utilizzo esclusivo degli aerei in ambito militare ad un utilizzo civile su grande
scala. Nei nostri giorni il trasporto aereo ha subito una tale crescita da poter effettivamente
parlare di congestione del traffico e delle strutture aeroportuali.
In questi ultimi anni lo studio si è incentrato verso sistemi di localizzazione e controllo del
traffico aereo per migliorare la quantità e la sicurezza dei voli.
L’obiettivo che ci si propone è il calcolo delle prestazioni del servizio TIS-B (Traffic Information
Service-Broadcast) attraverso la realizzazione di un modello che simuli il contesto aeroportuale di
Milano Malpensa per valutare la realizzabilità del servizio TIS-B che consiste nella trasmissione
in broadcast dei dati di posizione e identificazione, di tutti i veicoli nell’area aeroportuale, dalla
stazione a terra.
L’obiettivo è stato raggiunto partendo dallo studio del SSR di modo S e della tecnica di
multilaterazione. Nel secondo capitolo si è descritto lo standard del protocollo TIS-B con
particolare riferimento all’implementazione per i veicoli a terra e quindi messaggi (sostanzialmente
di posizione) scambiati tra una ground-station ed i ground-vehicles. Nel quarto capitolo è descritta
la procedura per realizzare una mappa tri-dimensionale del contesto aeroportuale e come utilizzarla
come base del modello. Nel quinto capitolo è stato realizzato un modello Matlab® in grado di
riprodurre, sebbene in maniera semplificata, la reale dinamica dei veicoli a terra e degli aerei in
tutto il sedime aeroportuale. La realizzazione della mappa è stata fondamentale in quanto è la base
sulla quale è possibile sviluppare e simulare una reale condizione di traffico aeroportuale. Inoltre la
mappa tri-dimensionale può essere usata come base per il calcolo della visibilità ottica per un
sistema di multilaterazione e quindi poter calcolare per ogni punto dell’aeroporto quante stazione
di multilaterazione vengono “viste”.
A partire dai dati sulla distribuzione e dei movimenti dei veicoli nell’area aeroportuale si è
calcolato le prestazioni del servizio che il sistema si troverebbe a supportare in condizioni reali di
traffico, per valutare l’effettiva realizzabilità del servizio TIS-B.
Sommario
Indice
Indice delle figure ........................................................................................................ 5
Introduzione ............................................................................................................... 13
1. Lo scenario aeroportuale ........................................................................... 14
1.1.
Il sistema A-SMGCS ...................................................................................... 14
1.2.
Radar Primario ................................................................................................ 16
1.3.
Radar secondario SSR (Secondary Surveillance Radar) ................................ 17
1.4.
Radar di superficie SMR (Surface Movement Radar): .................................. 20
1.5.
Tecnica di multilaterazione TDOA ................................................................ 22
1.6.
ADS-B ............................................................................................................ 24
1.7.
Canale 1090 MHz: replica di Modo A/C ....................................................... 26
1.8.
Canale 1090 MHz: modo S ............................................................................ 28
1.9.
Canale 1090 MHz: specifiche del segnale...................................................... 31
1.10. Canale 1090 MHz: squitter ............................................................................. 33
2. Descrizione del servizio TIS-B ................................................................... 35
2.1.
Introduzione .................................................................................................... 35
2.2.
TIV Traffic Information Volume [6] .............................................................. 37
2.3.
SCENARIO AEROPORTUALE ................................................................... 38
2.4.
Tipi di messaggio [6] ...................................................................................... 41
2.5.
Contenuto del messaggio TIS-B di modo S [1] ............................................. 44
3. Milano Malpensa ........................................................................................ 46
3.1.
Generalità sull’ ambiente aeroportuale [3] ..................................................... 46
3.2.
Milano Malpensa ............................................................................................ 49
3.3.
Elementi di traffico ......................................................................................... 52
3.4.
Attività di servizio degli aerei [3] ................................................................... 53
4. Mappa di Malpensa .................................................................................... 55
4.1.
Mappa tridimensionale di Milano Malpensa .................................................. 55
4.2.
Il concetto di visibilità [4] .............................................................................. 62
4.3.
La matrice topografica .................................................................................... 64
4.4.
Multilaterazione .............................................................................................. 67
4.5.
Coordinate Geodetiche ................................................................................... 68
4.6.
Trasformazione di coordinate ......................................................................... 70
4.7.
Simulazione della Multilaterazione ................................................................ 75
4.8.
Posizionamento di una stazione TIS-B........................................................... 77
4.9.
Posizionamento di due stazioni TIS-B ........................................................... 80
5. Simulazione aeroportuale .......................................................................... 86
5.1.
Posizionamento dei veicoli ............................................................................. 86
5.2.
Emissione squitter........................................................................................... 88
5.3.
Simulazione statica senza TIS-B .................................................................... 90
5.4.
Simulazione statica: statistiche ....................................................................... 97
5.5.
Simulazione statica con TIS-B ..................................................................... 100
5.6.
Simulazione statica: capacità di canale ........................................................ 111
5.7.
Simulazione statica: scenario realistico ........................................................ 115
5.8.
Simulazione dinamica senza TIS-B.............................................................. 119
5.9.
Simulazione dinamica: statistiche ................................................................ 127
5.10. Simulazione dinamica con TIS-B ................................................................. 129
5.11. Simulazione dinamica: capacità di canale .................................................... 138
5.12. Simulazione dinamica: scenario realistico ................................................... 140
5.13. Conclusioni ................................................................................................... 144
APPENDICE A1 ..................................................................................................... 145
APPENDICE A2 ..................................................................................................... 147
APPENDICE A3 ..................................................................................................... 153
LISTA ACRONIMI ................................................................................................. 165
BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................... 166
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