GPS integrato, GPS/bussola esterna o bussola GNSS: quale scegliere per la tua imbarcazione?

Un chartplotter moderno spesso ha un ricevitore GPS integrato, ma non sempre indica la direzione in cui punta l'imbarcazione quando la velocità è bassa o l'imbarcazione è ferma. Per molte imbarcazioni, il ricevitore GPS integrato è più che sufficiente, mentre le installazioni con radar, AIS e altre funzioni avanzate possono trarre vantaggio da un sensore di rotta separato.

In questo articolo mettiamo a confronto tre diverse soluzioni:

• Ricevitore GNSS integrato, ad esempio, nel Raymarine Axiom
• Sensore GNSS e di rotta esterno come il Raymarine AR200
• Bussola GNSS professionale come Hemisphere Vector V200

Analizziamo le differenze in termini di posizione, direzione della bussola, precisione, tempo di avvio e installazione, e spieghiamo cosa significano le specifiche nella pratica.

GPS e GNSS: qual è la differenza?

Il GPS è il sistema di posizionamento satellitare statunitense. GNSS è un nome collettivo più ampio che comprende sistemi satellitari come GPS, GLONASS, Galileo e BeiDou.

Un moderno ricevitore GNSS marino è in grado di ricevere segnali da più sistemi satellitari. Ciò consente al ricevitore di accedere a un maggior numero di satelliti, ma le prestazioni effettive sono comunque influenzate dal posizionamento dell'antenna, dalla visibilità del cielo, dalle interferenze e dalle specifiche del ricevitore.

Nel linguaggio comune, GPS viene ancora spesso usato come termine collettivo, anche quando il prodotto in questione è in realtà un ricevitore GNSS.

Livello 1: GPS integrato nel chartplotter

I moderni chartplotter come il Raymarine Axiom hanno un ricevitore GNSS integrato. Ciò significa che è possibile visualizzare la posizione della propria imbarcazione sulla carta nautica senza dover installare un'antenna GPS separata.

Per molte imbarcazioni da diporto, questa è una soluzione semplice ed economica.

Vantaggi del GPS integrato

• Non è necessaria un'antenna GPS separata.
• Meno componenti e cavi
• Installazione semplice
• Costo totale inferiore
• Precisione sufficiente per la normale navigazione ricreativa.

Le specifiche verificate per una precedente generazione di Raymarine Axiom indicano il supporto per GPS, GLONASS e BeiDou, il tracciamento di un massimo di 28 satelliti e aggiornamenti di posizione a 10 Hz. La precisione di posizionamento dichiarata è di massimo 15 metri senza SBAS e di massimo 5 metri con SBAS, in entrambi i casi nel 95% dei casi. Le specifiche esatte variano a seconda del modello e della generazione.

Una visuale libera del cielo è fondamentale

Un ricevitore GPS integrato funziona in modo ottimale solo se installato correttamente. Poiché l'antenna si trova all'interno del chartplotter, la ricezione è direttamente influenzata dalla posizione in cui è montato lo schermo.

Le condizioni di ricezione potrebbero peggiorare se il plotter si trova in una determinata posizione:

• All'interno di una cabina di pilotaggio
• Sotto un tetto rigido
• Sotto un flybridge
• Dietro un vetro metallizzato o fortemente colorato
• Vicino a strutture metalliche più grandi
• In un luogo dove ampie porzioni di cielo sono oscurate

In una cabina di pilotaggio aperta con una buona visuale del cielo, l'antenna integrata di solito funziona in condizioni nettamente migliori rispetto a una cabina chiusa.

Quindi non conta solo il ricevitore che si utilizza. Anche la posizione dell'antenna e la visuale libera dei satelliti sono molto importanti.

Quanto tempo ci vuole per ottenere una posizione dopo aver iniziato?

Il solo fatto che il chartplotter si sia avviato non significa automaticamente che il ricevitore GNSS abbia già stabilito una posizione stabile.

Il tempo di avvio a freddo dichiarato per il ricevitore Raymarine Axiom certificato è inferiore a due minuti. Un avvio a freddo significa che il ricevitore deve cercare i satelliti senza poter utilizzare tutti i dati precedentemente salvati.

La rapidità con cui la posizione viene visualizzata nella pratica è influenzata, tra le altre cose:

• Lo sguardo verso il cielo
• Posizionamento dell'antenna
• Se le informazioni satellitari vengono salvate
• Da quanto tempo il sistema è spento?
• Se l'imbarcazione è stata spostata dall'ultimo utilizzo del ricevitore

Dopo un breve arresto, la posizione può quindi essere raggiunta rapidamente, mentre un avvio a freddo o un'installazione complessa possono comportare un'attesa più lunga.

Un sensore separato, montato esternamente, potrebbe avere condizioni di ricezione migliori se posizionato, ad esempio, su un tetto rigido o su un arco radar con una visuale libera del cielo. Tuttavia, ciò non significa che un sensore esterno garantisca sempre un aggancio di posizione più rapido. Il risultato dipende dall'intera installazione.

Il GPS non indica automaticamente la direzione in cui è orientata l'imbarcazione.

È importante distinguere tra rotta rispetto al terreno (COG) e rotta bussola (heading).

Il ricevitore GPS è in grado di calcolare la rotta (COG) confrontando le variazioni di posizione dell'imbarcazione. La rotta indica quindi la direzione in cui l'imbarcazione si sta effettivamente muovendo sulla superficie terrestre.

La direzione, invece, indica in quale direzione punta la prua.

Questi valori possono variare a causa di:

• Vento trasversale
• Attuale
• Deriva
• Inversione
• Manovra
• Velocità molto bassa

Quando l'imbarcazione è ferma, non vi è alcun movimento che il ricevitore GPS possa utilizzare per calcolare una rotta stabile. Pertanto, il GPS integrato nel chartplotter non sostituisce un vero sensore di rotta.

Lo si può notare da:

• Il simbolo della barca si sta torcendo o muovendo in modo irregolare
• L'orientamento a testa in su diventa meno stabile
• La sovrapposizione radar non si allinea correttamente quando manca la direzione.
• La presentazione dei bersagli circostanti diventa meno intuitiva

Livello 2: GPS/bussola esterna – Raymarine AR200

Il Raymarine AR200 combina un ricevitore GNSS con un sistema AHRS (Automatic Heading Reference System), di riferimento di assetto e di rotta. Il sensore fornisce informazioni su posizione, rotta magnetica, beccheggio e rollio ai sistemi Raymarine Axiom compatibili.

Ciò significa che l'AR200 fornisce informazioni che un ricevitore GPS standard non è in grado di fornire quando l'imbarcazione è ferma.

Il posizionamento esterno offre migliori opzioni di installazione

L'AR200 è dotato di un'antenna GNSS interna, ma l'intero sensore è montato esternamente, consentendo di scegliere una posizione con una visuale del cielo migliore rispetto a quella offerta dalla posizione del chartplotter.

Le posizioni di montaggio più comuni possono essere:

• Tetto rigido
• Arco radar
• Arco Targa
• Altri spazi aperti con buona visibilità satellitare

La posizione deve essere scelta tenendo conto anche della bussola magnetica del dispositivo. Il sensore non deve essere montato vicino ad apparecchiature o cablaggi che creano interferenze magnetiche e successivamente calibrato.

Direzione stabile quando l'imbarcazione è ferma

La differenza più importante tra l'AR200 e un normale GPS è la possibilità di accedere alla funzione di rilevamento della direzione.

L'AR200 utilizza una soluzione AHRS con accelerometro, bussola magnetica digitale e giroscopio MEMS. L'unità fornisce informazioni su rotta, beccheggio, rollio e velocità di virata con una frequenza di aggiornamento di 10 Hz. Raymarine dichiara una precisione della bussola magnetica statica di 1° RMS e una precisione dinamica di 3° RMS.

Ciò consente al sistema di accedere alla direzione dell'imbarcazione anche quando questa è ferma o si muove lentamente.

Le informazioni di intestazione sono utili per:

• Orientamento stabile del grafico
• Sovrapposizione radar
• Realtà aumentata ClearCruise
• Stabilizzazione video
• Presentazione degli oggetti AIS e delle carte nautiche
• Funzioni che richiedono informazioni su beccheggio e rollio

L'AR200 è specificamente progettato come modulo sensore e stabilizzazione video per ClearCruise AR su chartplotter Axiom compatibili. Insieme a una telecamera compatibile, il sistema può sovrapporre oggetti di navigazione, bersagli AIS e segnali di riferimento nautici all'immagine ripresa dalla telecamera.

Dati tecnici Raymarine AR200

Il Raymarine AR200 traccia fino a 28 satelliti e aggiorna la posizione GNSS a 10 Hz. La precisione di posizionamento dichiarata con SBAS è inferiore a 5 metri nel 95% dei casi. Il tempo di avvio a freddo è dichiarato inferiore a due minuti, in genere inferiore a 60 secondi, mentre il tempo di avvio a caldo è dichiarato inferiore a 45 secondi.

Ciò significa che l'AR200 non dovrebbe essere considerato principalmente come un miglioramento sostanziale nella precisione della posizione GPS rispetto al ricevitore interno di Axiom.

Il vero aggiornamento consiste invece in questo:

• Un ricevitore GNSS posizionato esternamente
• Direzione magnetica quando l'imbarcazione è ferma
• Pitch and roll
• Informazioni sui prezzi stabilizzati
• Supporto per ClearCruise AR

L'AR200 deve essere installato e calibrato correttamente per fornire dati di rotta affidabili. Prima di utilizzare le informazioni di rotta con altre funzioni di rete, è inoltre necessario verificare le sorgenti dati selezionate e la loro compatibilità.

Livello 3: Bussola GNSS professionale – Vettore emisferico V200

La Hemisphere Vector V200 è una bussola GNSS professionale che utilizza due antenne GNSS nello stesso alloggiamento. Le antenne sono distanti 20 centimetri l'una dall'altra e sono completate da sensori giroscopici e di inclinazione.

A differenza dell'AR200, il V200 non necessita di un magnetometro per determinare la direzione. Quest'ultima viene calcolata utilizzando i segnali satellitari ricevuti dalle due antenne.

Direzione senza bussola magnetica

Poiché la direzione viene determinata utilizzando una doppia antenna GNSS, il calcolo della rotta non dipende dal campo magnetico terrestre.

Ciò significa che la funzione di orientamento non è influenzata dalla deviazione magnetica, ad esempio:

• Oratore
• Motori elettrici
• Generatori
• Cavi di alimentazione per impieghi gravosi
• componenti in acciaio
• Oggetti magnetici

Il dispositivo non necessita di calibrazione come una bussola magnetica tradizionale. Tuttavia, l'installazione deve comunque essere eseguita correttamente. L'orientamento del sensore, una visuale libera del cielo e la distanza da trasmettitori radio interferenti o strutture che potrebbero ostruire la visuale rimangono fattori importanti.

Dati relativi a posizione, direzione e movimento

Il V200 può partire:

• posizione GNSS
• Intestazione
• Pece
• Ruolo
• Sollevare
• Tasso di svolta

La scheda tecnica del produttore indica 424 canali, 10 Hz come standard e 20 Hz come opzione. L'avvio a freddo è indicato in 60 secondi, l'avvio a caldo in genere in 30 secondi, l'avvio a temperatura elevata in genere in 10 secondi e il rilevamento della direzione in genere in 10 secondi.

La precisione del posizionamento è specificata come:

• 1,2 metri RMS in fase di posizionamento autonomo
• 0,3 metri RMS con SBAS

La precisione dell'assetto è di 1,5° RMS di serie e di 0,75° RMS come opzione. L'assetto di beccheggio e rollio sono specificati a 1,5° RMS.

È importante distinguere tra la versione standard e quella opzionale. La precisione di 0,75° non deve essere considerata come prestazione generale per tutte le configurazioni del V200.

Quando la V200 è la scelta giusta?

Il V200 è particolarmente interessante quando l'installazione richiede una maggiore precisione in termini di posizione e orientamento, o quando le interferenze magnetiche rendono difficile il posizionamento di una bussola elettronica standard.

Esempi di utilizzo sono:

• Installazioni di navigazione professionali
• barche da lavoro
• barche di misurazione
• Installazioni che richiedono un orientamento basato su GNSS
• Sistemi radar e AIS avanzati
• Sistemi che utilizzano NMEA 2000 o NMEA 0183

Il V200 supporta NMEA 2000 o NMEA 0183 a seconda della versione del prodotto e della connessione selezionata. Pertanto, è necessario selezionare la variante corretta in base alla rete esistente a bordo dell'imbarcazione.

Confronto tecnico

Le specifiche dei sistemi GNSS Axiom variano a seconda del modello e della generazione. La tabella si basa pertanto sulla generazione Raymarine, la cui documentazione è stata qui verificata. Consultare sempre il manuale specifico del modello Axiom in uso.

I valori per Axiom e AR200 sono forniti da Raymarine come intervalli di confidenza al 95%, mentre i valori per V200 sono espressi come RMS, pertanto non possono essere confrontati come se fossero stati calcolati utilizzando esattamente lo stesso metodo statistico.

Che cosa significano queste differenze nella pratica?

GPS integrato in Axiom

Il ricevitore integrato è una buona scelta quando:

• Il plotter ha una buona visuale del cielo
• È fondamentale avere una posizione stabile sul grafico.
• Vuoi che l'installazione sia semplice
• Non serve la rotta quando la barca è ferma
• Non sono presenti funzionalità che richiedono un sensore di direzione separato

Per la normale navigazione ricreativa, il ricevitore integrato potrebbe essere sufficiente.

Raymarine AR200

L'AR200 rappresenta un passo avanti naturale quando:

• Il plotter è installato in un luogo nascosto.
• Desideri poter posizionare il ricevitore GNSS in modo da avere una visuale migliore del cielo.
• È necessario avere una rotta quando la barca è ferma.
• Stai utilizzando ClearCruise AR
• Hai bisogno di beccheggio e rollio
• Desideri migliorare le funzionalità che dipendono da dati di orientamento stabili

Il vantaggio più importante non è necessariamente una maggiore precisione di posizionamento. È la combinazione di posizionamento esterno e dati di orientamento corretti che fa la differenza.

Hemisphere Vector V200

La V200 è la scelta ideale quando:

• È richiesto un orientamento GNSS professionale
• È difficile evitare le interferenze magnetiche
• È richiesta una maggiore precisione di posizionamento.
• La direzione deve essere calcolata senza magnetometro
• L'installazione richiede NMEA 2000 o NMEA 0183
• La standardizzazione e la documentazione delle prestazioni dei sensori sono prioritarie.

Qui si compie il passaggio da un sistema AHRS magnetico a una bussola GNSS basata su doppia antenna.

Quale soluzione dovresti scegliere?

Scegli il GPS integrato se:

• Hai una configurazione di navigazione semplice
• Il plotter ha una buona visuale del cielo
• Ti servono principalmente la posizione e il centro di gravità.
• Vuoi evitare componenti aggiuntivi

Scegli Raymarine AR200 se:

• Hai un sistema Axiom compatibile
• Hai bisogno di una direzione quando sei fermo
• Vuoi utilizzare ClearCruise AR
• Hai bisogno di informazioni sulla presentazione e sul ruolo
• La posizione del plotter offre condizioni di ricezione meno idonee

Scegli Hemisphere Vector V200 se:

• È necessaria la rotta basata sul GNSS
• Vuoi evitare problemi con la bussola magnetica
• È necessaria una documentazione professionale sulle prestazioni del sensore.
• È necessaria una maggiore precisione di posizionamento.
• L'installazione utilizza NMEA 2000 o NMEA 0183

Conclusione

Il ricevitore GPS integrato in un chartplotter come il Raymarine Axiom è più che sufficiente per la navigazione normale, soprattutto se il chartplotter è installato in un punto con una buona visuale del cielo. Tuttavia, non fornisce una rotta precisa quando l'imbarcazione è ferma. Visualizza principalmente la posizione e può calcolare la rotta (COG) quando l'imbarcazione è in movimento.

Il Raymarine AR200 completa il sistema fornendo informazioni su rotta, beccheggio e rollio. Il montaggio esterno consente inoltre di scegliere una posizione con una migliore visibilità satellitare rispetto alla posizione del plotter. Per un sistema Axiom compatibile con ClearCruise AR o altre funzioni che richiedono una rotta stabile, rappresenta un netto passo avanti.

L'Hemisphere Vector V200 si spinge oltre, calcolando la direzione utilizzando due antenne GNSS anziché un magnetometro. Ciò riduce i problemi di deviazione magnetica e fornisce una maggiore precisione di posizionamento documentata, oltre a dati su direzione, beccheggio, rollio e sollevamento per installazioni più complesse.

La questione più importante, quindi, non è solo quanta precisione debba avere la posizione GPS. Bisogna anche stabilire se il sistema ha bisogno di sapere dove si trova l'imbarcazione , in quale direzione si sta muovendo o in quale direzione è effettivamente puntata la prua .

Riepilogo breve

GPS integrato: posizione e centro di gravità per la navigazione normale.

Raymarine AR200: Posizione più rotta magnetica, beccheggio e rollio.

Hemisphere Vector V200: Rilevamento di posizione e orientamento basato su GNSS con doppia antenna per installazioni più esigenti e professionali.