Che cos'è la tecnologia GPS e come funziona

Il GPS (la sigla sta per Global Positioning System, cioè sistema di posizionamento globale) è un sistema che permette, attraverso i segnali trasmessi da una rete di satelliti artificiali, di conoscere con notevole precisione la propria posizione sulla superficie terrestre.

Il sistema ha origini militari: è stato infatti creato dal Dipartimento della Difesa statunitense per permettere alle truppe di orientarsi e ai missili di arrivare sul bersaglio.

In effetti nei primi anni di vita del sistema il segnale veniva appositamente degradato per evitare che i non militari potessero servirsene con precisione; solo chi disponeva dei codici necessari per decodificare le trasmissioni di una stazione terrestre era in grado di effettuare le correzioni necessarie per ridurre il margine di errore.

gps satellite

Successivamente questa limitazione è stata tolta, e il servizio è stato reso disponibile anche ai civili, un po’ per avere l’opportunità di sfruttare il GPS industrialmente, un po’ perché l’esperienza ha dimostrato che l’utilità militare di un sistema di posizionamento non sta nella semplice possibilità di accedere al segnale, ma nell’avere a disposizione mappe dettagliate per poterlo sfruttare in modo adeguato.

Comunque sia, GPS resta un sistema militare, a totale disposizione del governo degli Stati Uniti che ha la facoltà di sospenderlo nelle aree in cui lo ritenga opportuno. Per questo motivo la UE ha varato un sistema alternativo, chiamato Galileo, attivo nel 2008 e che non sarà sotto controllo militare.

Il GPS sfrutta una rete di satelliti in orbita intorno alla Terra a circa 20.000 chilometri di altezza.

Tale altitudine implica che ogni satellite compia due rivoluzioni al giorno intorno al pianeta; considerato che ogni giorno la Terra compie una rotazione su se stessa, il risultato complessivo è che ogni satellite appare compiere ogni giorno un giro completo della volta celeste.

Questo movimento, unito al fatto che le orbite dei satelliti hanno diverse inclinazioni rispetto al piano equatoriale, fa sì che ogni punto del globo venga sorvolato ogni giorno più volte e da diverse posizioni nel cielo, consentendo una copertura ottimale di tutto il pianeta.

Ogni satellite del sistema trasmette in modo continuo un segnale in cui sono codificate la posizione del satellite e l’ora esatta in cui il segnale viene emesso. Poiché sappiamo che il segnale si muove alla velocità della luce, cioè a trecentomila chilometri al secondo, dopo averlo ricevuto possiamo calcolare quanto tempo ha impiegato ad arrivare e dedurre a che distanza si trova il satellite rispetto a noi.

Questo dato da solo non ci è molto utile: se abbiamo calcolato che il satellite si trova a distanza R, tutto ciò che possiamo dire è che la nostra posizione si trova sulla superficie di una sfera virtuale di raggio R che ha il satellite nel suo centro.

Tuttavia, se noi riceviamo dati anche da un secondo satellite, possiamo calcolare una seconda sfera virtuale e dedurre che noi ci troviamo in uno dei punti dell’ellisse lungo la quale le due sfere si intersecano.

Infine, se entra in ballo anche un terzo satellite, il gioco è fatto: esistono solo due punti in cui tre sfere possono intersecarsi.

mappa localizzazione gps

Uno dei due è di solito facilmente eliminabile (per esempio: perché non si trova sulla superficie terrestre), e quindi si può identificare la posizione senza possibilità di errore.

Nel costruire un ricevitore GPS, uno dei problemi maggiori è la determinazione precisa dell’istante in cui il segnale viene ricevuto. I satelliti utilizzano un orologio atomico per determinare l’ora esatta, ma è una tecnologia troppo costosa per essere inclusa in tutti i ricevitori.

Un’imprecisione di un millesimo di secondo potrebbe significare un errore di centinaia di metri nel determinare la posizione. Per evitarlo, i ricevitori GPS rilevano anche la posizione di un quarto satellite, e se ne servono per correggere gli errori dovuti all’orologio.

Un’altra possibile fonte di errore è il fatto che le onde radio possono essere rallentate durante la propagazione nell’atmosfera, falsando la misura. Questo problema viene risolto trasmettendo il segnale su due diverse bande di frequenza, sulle quali il passaggio nell’atmosfera ha un effetto differente, in modo da confrontarle e correggere gli errori.

Infine, il ricevitore deve anche tenere conto delle deviazioni dei satelliti rispetto all’orbita prevista, che vengono costantemente monitorate dai gestori del sistema e notificate attraverso il segnale GPS. In definitiva, dietro alla ricerca della vostra posizione ci sono tanta tecnologia e un bel po’ di calcoli, il che appare tanto più spettacolare se si pensa che a eseguirli sono apparecchi che possono stare tranquillamente in tasca.

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