Il funzionamento del GPS




Come funziona il ricevitore GPS?

La determinazione della longitudine in mare avveniva grazie al cronometro da marina, brevettato da Harrison, per poter utilizzare il metodo del "trasporto dell'ora".
Oggi viene sfruttato lo stesso principio, ma in una "versione più moderna".

Stiamo parlando del GPS (Global Positioning System, Sistema Globale di Posizionamento): con uno di questi ricevitori possiamo conoscere la nostra posizione sulla superficie terrestre, in maniera molto precisa.

Il nodo principale di tale sistema sta nel segnale dai satelliti, questi trasmettono continuamente:

  • la propria identità
  • la propria posizione
  • l'ora esatta del momento in cui è stato emesso il segnale

Se il ricevitore utilizza anch'esso un orologio precisissimo, calcolando il tempo che il segnale ha impiegato ad arrivare a destinazione, considerando la velocità di propagazione delle onde radio, è possibile ricavare la distanza tra il ricevitore e il satellite.

Teoricamente ne basterebbero 3 di satelliti ma in realtà, per poter calcolare la propria posizione e l'ora esatta, il GPS deve ricevere almeno 4 segnali da altrettanti satelliti, perché:

  • può essere usato anche per il controllo in volo
  • la superficie terrestre non è perfettamente sferica (monti, ovalizzazione della terra, ecc.)
  • non è possibile munirlo di un orologio atomico (per motivi di alto costo, peso e ingombro) e senza il quarto segnale non potrebbe calcolare l'ora esatta
Illustrazione del Galileo Space Segment (GSS)
Illustrazione del Galileo Space Segment (GSS), ovvero dei satelliti del progetto Galileo Positioning System
Foto tratta da esa.int

Per fare in modo che siano sempre "in vista" (cioè senza ostacoli davanti, come ad esempio dei monti) almeno 4 satelliti, si è messo in orbita molti satelliti, posizionati uniformemente.
La disposizione permette di garantire matematicamente la visibilità sopra l'orizzonte di 15° dei 4 satelliti necessari, anche se in realtà però ne sono visibili dai 5 agli 8.

Tutto il sistema si regge sull'estrema precisione oraria dei satelliti e del ricevitore.

Basti pensare che con lo sbaglio di un millesimo di secondo si avrebbe un errore di localizzazione di quasi 300 Km: questo dovuto alla velocità di propagazione delle onde radio.
Per ovviare a qualsiasi inconveniente su ogni satellite sono posizionati 2 orologi atomici al rubidio e due al cesio, inoltre la loro sincronizzazione e controllata dal centro di controllo a terra.

Al sistema GPS americano, si affianca il recente "progetto Galileo" di iniziativa europea, che promette numerosi vantaggi.
Fra questi ricordiamo la maggior precisione, una più alta copertura globale, affidabilità e continuità del servizio anche in caso di guerre.