IL GPS: COSA SI NASCONDE DIETRO QUESTA SIGLA?

Dalle origini ai tempi moderni, il meccanismo e il suo funzionamento

Fin dai tempi antichi un problema molto sentito dall’uomo era quello di sapersi orientare e conoscere la propria posizione. Questa esigenza al mondo d’oggi non solo è ancora sentita, ma è cresciuta in modo esponenziale al punto che in alcuni ambiti (ad esempio quello aeronautico) sarebbe impensabile non avere strumenti capaci di individuare con esattezza la propria posizione.
UN PO’ DI STORIA … - Fino agli inizi degli anni ’90 i sistemi di posizionamento sviluppati erano destinati quasi esclusivamente per scopi militari; tuttavia si iniziò a percepire l’enorme potenzialità e l’indisctutibile aiuto che questi sistemi potevano fornire anche in ambito civile.
Il sistema di posizionamento più diffuso attualmente è senz’altro il cosiddetto GPS (Global Positioning System). Si tratta di un sistema realizzato dal Ministero della Difesa Statunitense, mediante il quale l’ utente che disponga di un idoneo apparato ricevente è in grado di rilevare le proprie coordinate planimetriche ed altimetriche in qualunque punto della terra esso si trovi. Il sistema GPS nasce da un progetto americano realizzato durante gli ultimi anni della guerra fredda. Il principale obiettivo era quello di fornire un supporto attivo ai missili balistici Cruise e Tomahawk e di coordinare al meglio le truppe sul territorio.
Il sistema GPS si rivelò molto più preciso di quello che gli Stati Uniti avrebbero voluto: già con il completamento del II blocco di satelliti la posizione risultò essere accurata in un ordine di grandezza di 30 metri: decisamente troppo se si pensa alle possibili conseguenze sulla sicurezza nazionale. Per tale ragione si decise di degradare le prestazioni del sistema GPS per usi civili a un grado di accuratezza di ±100m. Inoltre per usi civili si decise anche di montare un dispositivo che inibisce il funzionamento per valori di velocità, quota e accelerazioni (G) superiori a determinati limiti in modo da impedirne il montaggio su missili improvvisati.
Solo nel maggio 2000 sono stati rimossi i parametri di degradazione del segnale rendendo così possibile la diffusione del sistema GPS in altri settori, primo tra tutti quello del car-navigation.
IL SUO FUNZIONAMENTO - Il sistema GPS si basa essenzialmente sulla misurazione delle distanze dai satelliti appositamente posizionati. Questo significa che calcoliamo la nostra posizione sulla terra misurando la nostra distanza da un gruppo di satelliti nello spazio che vengono utilizzati come punti di riferimento. Ciascun satellite trasmette con continuità degli opportuni segnali che consentono ai ricevitori terrestri di calcolare con estrema precisione la loro distanza da ogni satellite. Per far questo si misura il tempo impiegato dai segnali radio per viaggiare dal satellite trasmettente al nostro dispositivo progettato per riceverli. Infatti conoscendo la velocità con cui viaggiano i segnali trasmessi (299.792.458 m/s) e conoscendo il tempo impiegato per arrivare al ricevitore, possiamo ricavare la distanza tramite una semplice moltiplicazione.
La misura precisa del tempo di transito di un segnale è molto importante; basti considerare che alla velocità della luce (299.792.458 m/s) un errore di un solo milionesimo di secondo si traduce in un errore di posizionamento di 299 metri.
L’obiettivo finale è quello di determinare la posizione; dunque la sola conoscenza della distanza da un satellite non sarebbe sufficiente. Infatti conoscendo la distanza da un solo satellite la nostra posizione sarà indeterminata sulla superficie di una sfera avente come centro la posizione del satellite e come raggio la distanza calcolata (con il metodo appena visto).

Conoscendo la distanza da due satelliti, la nostra posizione sarà indeterminata non più sulla superficie di una sfera, bensì lungo una circonferenza data dall’intersezione delle due sfere (come mostrato in figura seguente):

Conoscendo la distanza da un terzo satellite, la posizione sarà indeterminata su due punti; è facile dimostrare che con la misura della distanza da un quarto satellite riusciamo a stimare la nostra posizione in un punto ben preciso.
Solitamente la conoscenza delle coordinate globali (ricavabili con il metodo appena descritto) non ha grande rilevanza dal punto di vista dell’utente; infatti a tale coordinate è bene associare un software che permetta di interpretare le coordinate ricevute dal ricevitore GPS nella mappa relativa.

(di Armando Turco - del 2008-10-07) articolo visto 8251 volte