Che cos'è il GPS E COME FUNZIONA?

Il sistema di posizionamento globale è un sistema di navigazione satellitare costituito da una rete di 24 satelliti in orbita, 11 mila miglia nautiche nello spazio, in sei diversi percorsi orbitali. I satelliti sono in continuo movimento, e compiono due orbite complete attorno alla Terra in poco meno di 24 ore. Se fate i conti, che è di circa 1,8 miglia al secondo. Strabiliante vero!?!

I satelliti GPS sono indicati come i satelliti NAVSTAR. Naturalmente, nessuna introduzione sul GPS sarebbe completa senza imparare le cose basilari sui satelliti in questione!

Il primo satellite GPS è stata lanciata nel lontano febbraio 1978. Ogni satellite pesa circa 900kg ed è di circa 17 metri di larghezza compresi i pannelli fotovoltaici. La potenza del trasmettitore è a soli 50 watt, o meno! Ogni satellite trasmette su tre frequenze. Il GPS "civile" utilizza la frequenza 'L1' di 1575.42 MHz. La vita prevista di ogni satellite è di circa 10 anni. Le sostituzioni avvengono continuamente nel corso degli anni con successivi lanci in orbita. Il programma GPS è attualmente finanziato con previste sostituzioni fino al 2006.

I percorsi orbitali di questi satelliti sono compresi tra circa 60 gradi Nord e 60 gradi latitudine sud. Che cosa questo significa è che si può ricevere i segnali satellitari in tutto il mondo, in qualsiasi momento. Mentre ci si sposta più vicino ai poli (sulla prossima spedizione al Polo Nord!), Si continua a raccogliere i satelliti GPS. Solo che non saranno direttamente sopra di più. Questo può influenzare la geometria dei satelliti e la precisione - ma solo leggermente.

Uno dei maggiori vantaggi rispetto ai precedenti sistemi di navigazione terrestre è che il GPS funziona in qualsiasi condizione meteorologica. Non importa quale sia l'applicazione utilizzata - quando ne hai più bisogno, ...quando e' più probabile che ci si perde - il ricevitore GPS farà sempre il suo lavoro, mostrando esattamente dove si è!

Così che cosa sono le informazioni che un satellite GPS trasmette? Il segnale GPS contiene un 'codice pseudo-casuale', effemeridi e dati dell'almanacco. Il codice pseudo-casuale che identifica satellite trasmette - in altre parole, un codice ID. Ci riferiamo ai satelliti dal loro PRN (numeri pseudo-casuali), da 1 a 32, e questo è il numero visualizzato su un ricevitore GPS per indicare quale via satellite/i stiamo ricevendo. Allora, perché ci sono più di 24 numeri PRN? Questo semplifica la manutenzione della rete GPS. Un satellite di ricambio può essere lanciato, acceso, ed utilizzato prima di raggiungere la posizione di quello destinato a sostituire! Quindi semplicemente si utilizza un numero diverso (sempre da 1 a 32) per identificare il nuovo satellite.

Dati sulle effemeridi vengono costantemente trasmessi da ogni satellite e contengono informazioni importanti quali lo stato del satellite (sano o malato), la data corrente e tempo. Senza questa parte del messaggio, il ricevitore GPS non avrebbe idea di ora e data correnti. Questa parte del segnale è essenziale per determinare una posizione, come vedremo tra un attimo.

I dati almanacco comunicano al ricevitore GPS dove ogni satellite GPS dovrebbe essere in ogni momento della giornata. Ogni satellite trasmette i dati almanacco che mostra le informazioni orbitali per quel satellite e per ogni altro satellite del sistema.

Ormai il quadro generale di come funziona il GPS dovrebbe essere sempre più chiaro. (Chiaro come la nebbia, giusto?) Ogni satellite trasmette un messaggio che dice in sostanza: "Sono satellite # X, la mia posizione è al momento Y, e questo messaggio è stato inviato in fase di Z." Naturalmente, questa è una grossolana semplificazione, ma rende l'idea. Il ricevitore GPS legge il messaggio e salva i dati delle effemeridi e almanacco per l'impiego continuo. Questa informazione può anche essere utilizzata per impostare (o correggere) l'orologio all'interno del ricevitore GPS.

Ora, per determinare la posizione del ricevitore GPS si confronta il tempo di un segnale che è stato trasmesso da un satellite con il tempo che è stato ricevuto dal ricevitore GPS. La differenza di tempo dice al ricevitore GPS quanto e' lontano quel satellite particolare. Se aggiungiamo le misure di distanza da un satellite in più, siamo in grado di triangolare la nostra posizione. Questo è esattamente ciò che un ricevitore GPS calcola. Con un minimo di tre o più satelliti, il ricevitore GPS e' in grado di determinare una latitudine / longitudine - quello che è chiamato 2D su una posizione fissa. Con quattro o più satelliti, un ricevitore GPS e' in grado di determinare una posizione 3D che comprende latitudine, longitudine e altitudine. In continuo aggiornamento e' la vostra posizione, un ricevitore GPS può anche fornire con precisione la velocità e la direzione di marcia (denominata 'velocità al suolo' e 'traccia di terra').

Prima le buone notizie, ora la brutta notizia! Che cosa impedisce a un ricevitore GPS di svolgere la sua migliore performance o precisione? Ci sono diversi elementi che aggiungono errore di posizione GPS, impedendo di raggiungere la migliore precisione possibile. Il primo di questi elementi, e la più grande fonte di errore di posizione, la cosiddetta Selective Availability (o SA). SA è una degradazione volutamente imposta nella precisione del GPS civile dal Dipartimento della Difesa statunitense. Sotto SA, la precisione del GPS può essere degradata ad un massimo di 100 metri (328 piedi). Naturalmente, in genere non si degrada la precisione del GPS a quel livello, ma gli errori di 30 metri o più non sono insoliti.

Perché SA esiste? GPS è stato originariamente progettato e costruito per applicazioni militari. Poiché il sistema si è evoluto, molte persone si sono rese conto che ha numerose applicazioni civili. Con un proclama presidenziale, Ronald Reagan ha dichiarato nei primi anni 1980 che gli USA avrebbero reso il GPS disponibile a tutti - con l'eccezione che la migliore precisione sarebbe ancora riservata per i militari. Fintanto il ricevitore ha agganciato quattro satelliti e tutti e quattro di questi satelliti si trovano nel cielo a nord e ad ovest del ricevitore, la triangolazione dei satelliti sarà piuttosto scarsa. In realtà, il ricevitore GPS può non essere in grado di fornire una lettura posizione! Perché? Poiché tutte le misure di distanza provengono pressoché dalla stessa direzione. Questo significa che triangolazione è scarsa e lo spazio comune in cui queste distanza si intersecano per la misura è abbastanza grande (cioè l'area in cui il ricevitore GPS pensa che la nostra posizione è copre un ampio spazio, e individuare il posizionamento non è possibile). In questo scenario, anche se il ricevitore GPS individua una posizione, l'accuratezza non sarà molto buona (forse oltre 300-500 metri).

Con gli stessi quattro satelliti, se sparsi in tutte le direzioni, la nostra posizione precisione migliora notevolmente. Supponiamo che questi quattro satelliti sono separati in modo uguale a intervalli di circa 90 gradi (nord, est, sud, ovest). Ora la geometria dei satelliti è molto buona in quanto sono misure di distanza da diverse direzioni. L'area comune dove tutti e quattro si incrociano a distanza le misurazioni è molto più piccola, il che significa che siamo molto più sicuri se la nostra posizione esatta. In questo scenario, anche con SA, la nostra precisione può essere meno di 100 piedi, o meglio.

La geometria satellitare diventa un problema anche quando si utilizza un ricevitore GPS in un veicolo, nei pressi di edifici alti, o in zone montane o canyon. Quando i segnali GPS provenienti da diversi satelliti  sono bloccati, la posizione relativa dei satelliti restanti determinerà quanto precisa sarà la posizione del GPS (e il numero dei satelliti determinera' se una posizione può essere calcolata). Quanto più il cielo è ostruito da edifici o terreni, tanto sarà più difficile da determinare una posizione. Un ricevitore GPS di qualità indica non solo i satelliti che sono disponibili per l'uso, ma dove sono in cielo (azimuth ed elevazione), in questo modo è possibile determinare se il segnale di un dato satellite viene ostacolato.

Un'altra fonte di errore è multipath. In poche parole, il multipath è il risultato di un segnale radio riflesso da un oggetto. Multipath è quello che provoca le immagini 'fantasma' su un televisore analogico. Con il GPS, il multipath si verifica quando il segnale rimbalza un edificio o terreno prima di raggiungere l'antenna del ricevitore GPS. Il segnale impiega più tempo per giungere al ricevitore che se percorsa una via diretta. Questa volta ha aggiunto rende il ricevitore GPS che il satellite è più lontano di quello che è realmente, che aggiunge di errore per la determinazione della posizione complessiva. Quando si verificano, gli errori di multipath in genere e' consigliabile aggiungere almeno  15 metri di errore per la posizione complessiva.

Ci sono altre fonti di errore? Certo. Ritardo di propagazione a causa di effetti atmosferici possono influire sulla precisione. Così come gli errori di orologio interno. In entrambi i casi, il ricevitore GPS è progettata per compensare tali effetti e lo farà in modo molto efficiente. Ma, errori molto piccoli a causa di queste voci possono ancora verificarsi. Se vi state chiedendo cos'e' il ritardo di propagazione, è il 'rallentamento' del segnale GPS che passa attraverso la ionosfera terrestre e troposfera. Nello spazio, i segnali radio viaggiano alla velocità della luce, ma sono significativamente più lenti, una volta che entrano nella nostra atmosfera.

Quanto è preciso il GPS, in realtà? Un tipico ricevitore GPS civili fornisce 18-70 metri di accuratezza, a seconda dello stato attuale della disponibilità selettiva, il numero di satelliti disponibili, e la geometria di questi satelliti. Più sofisticati e costosi ricevitori GPS (per uso militare solo!), che costano diverse decine di migliaia di Euro o più, sono in grado di fornire precisioni all'interno di un centimetro, utilizzando più di una frequenza GPS. Tuttavia, la precisione di un tipico ricevitore GPS civile può essere migliorata, a 5 metri o meglio (in alcuni casi meno di tre metri!) attraverso un processo noto come GPS differenziale (DGPS). DGPS si avvale di un secondo ricevitore per calcolare le correzioni per le misurazioni dei satelliti GPS. Come sono queste correzioni previste per il ricevitore GPS? Ci sono una serie di servizi gratuiti o a pagamente a disposizione per le correzioni DGPS. La US Coast Guard e US Army Corps of Engineers (e di molti dipartimenti governativi stranieri) trasmettono correzioni DGPS attraverso le stazioni-faro marino. Questi fari operano nella gamma di frequenza 283,5-325,0 kHz e sono gratuiti. Il vostro unico costo per utilizzare questo servizio è l'acquisto di un radiofaro-ricevitore DGPS . Questo ricevitore è poi abbinato al ricevitore GPS tramite una connessione a tre fili, che trasmette le correzioni in un formato standard di dati seriali chiamato 'RTCM SC-104.'

Abbonamento a servizi DGPS sono disponibili su frequenze stazione radio FM o via satellite. Naturalmente, in entrambi i casi è necessario un ricevitore separato per raccogliere queste trasmissioni per poi inviare i dati al ricevitore GPS. In alcuni casi, i prezzi variano a seconda del livello di accuratezza desiderato.

Allora qual è il miglior ricevitore GPS per me? Ora, questa è l'ultima domanda, non è vero? E certamente la più difficile da rispondere. Una serie di questioni qui entrano in gioco:

1.Che è l'applicazione prevista? La questione più importante è trovare un GPS adatto per la vostra applicazione. Se il vostro bisogno particolare è per un A-GPS montato a pannello nel vostro velivolo, un palmare progettato per il navigante da diporto è ovviamente di scarso valore! Si può rapidamente restringere le scelte verso il basso, individuando quali modelli sono disponibili per l'applicazione.

2.In alcuni casi, si può ancora avere un sacco di opzioni tra cui scegliere. Ad esempio, se per l'utilizzo previsto trekking o da caccia, un GPS per attività ricreative all'aperto è adatto - ma così è un GPS portatile destinato al canottaggio o volare. In questo caso potrebbe essere necessario esaminare le caratteristiche specifiche più da vicino. A meno che non si ha intenzione di volare troppo, tutte le informazioni extra di aeroporti contenute nel trasporto aereo palmare GPS probabilmente non vale il prezzo extra. Un GPS marino, che utilizza cartucce per mostrare gli indicatori di navigazione e linee batimetriche non aiutare molto sul sentiero ...(se non si desidera utilizzare il GPS sul vostro yacht!).

3.Che fascia di prezzo? Una volta ristretto il campo, sarà molto probabilmente che esistano ancora troppi modelli in un range di prezzi da cui scegliere. Esaminare ogni modello da vicino. Che cosa fanno i modelli più costosi che i modelli a basso prezzo non fanno? Avete bisogno di tutti i servizi extra o gli accessori forniti con il modello di fascia superiore o è il modello a basso prezzo sufficiente a fare il lavoro?

4.Che tipo di modello ti piace di più? La scelta del ricevitore GPS giusto per voi è per due parti una pianificazione razionale e una parte semplice preferenza. Se la pianificazione razionale lascia ancora con due o tre modelli da scegliere. A volte le differenze nel funzionamento sono drammatiche. Si può trovare un modello facile da usare e da capire, mentre un altro sembra molto più complicato e difficile da usare. Scegli il ricevitore GPS che ti piace di più! È molto più probabile di essere ancora felice della decisione effettuata anche dopo un mese o un anno.

il sito www.giordanobenicchi.it  NON ha alcun contatto con il produttore dei veicoli ricreazionali/meccaniche, tutte le informazioni pubblicate nelle pagine di questo sito sono frutto di esperienza personale.