GPS: differenze tra le versioni

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Versione delle 00:41, 30 ott 2007

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==Storia del GPS==

Nel [[1991]] gli [[Stati Uniti d'America|USA]] aprirono al mondo il servizio con il nome '''SPS''' (''[[Standard Positioning System]]''), macon differenziatospecifiche differenziate da quello militare denominato '''PPS''' (''[[Precision Positioning System]]''). In pratica veniva introdotta la '''SA'''cosiddetta (''[[Selective Availability]]'' ('''SA''' ) che introduceva errori intenzionali nei segnali satellitari degliallo erroriscopo intenzionalidi ridurre l'accuratezza della rilevazione, consentendo precisioni solo nell'ordine di 100-150 m.

Il GPS è stato creato ain sostituzione del precedente sistema, il ''[[Transit]]'', quando gli USA, hanno rinunciatorinunciando alla ''Selective Availability ed'', hanno reso il primo sistema accurato quanto il secondo, edsupportandolo ècon supportatouna darete undi sistema24 [[Satellite artificiale|satelliti artificiali]], .

di 24 [[Satellite artificiale|satelliti artificiali]].

FinoLa aldegradazione del segnale è stata disabilitata dal mese di [[maggio]] [[2000]], ilgrazie segnale per uso civile veniva degradato per ridurre la precisione attraverso la Selective Availability (SA), consentendo precisioni nell'ordine di 100-150 m. Da quella data, invece,a perun decreto del [[Presidente degli Stati Uniti]] [[Bill Clinton]], èmettendo statacosì disabilitata la degradazione del segnale,a consentendodisposizione la precisione attuale di circa 10-20 m. Nei modelli per uso civile è presente un dispositivo che inibisce il funzionamento ad altezze e velocità superiori a certi valori, per impedirne il montaggio su [[Missile|missili]] improvvisati.

L'[[UE]] ha in progetto il completamento di una propria rete di satelliti, il (''[[Sistema di posizionamento Galileo|Galileo]])'', per scopi civili, fra i quali il GPS. Questo progetto ha unaun'evidente valenza strategica in quanto la rete americana è proprietà dei soli [[Stati Uniti d'America|USA]] eed inè gestionegestita adda autorità militari, che, in particolari condizioni, potrebbero decidere discrezionalmente e unilateralmente di ridurre la precisione o bloccare selettivamente l'accesso al sistema; unla condivisione dell'investimento e della proprietà condivisida dagliparte Statidegli stati utilizzatori sono una garanzia digarantisce continuità, accessibilità e interoperabilità del servizio.

==Funzionamento del sistema==

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===Satelliti===

Sono disposti su orbite inclinate di 55° rispetto al piano equatoriale (quindi non coprono le zone polari) a forma di [[ellissi]] a bassa eccentricità. La loro quota è di 20 200 Km. Ciascun satellite emette sulle frequenze di 1,2 e 1,5 GHz derivate da un unico oscillatore ad alta stabilità. Lo scopo della doppia frequenza è quello di eliminare l'errore dovuto alla rifrazione atmosferica. Su queste frequenze portanti, [[Modulazione di fase|modulate in fase]], vengono emessi i messaggi di [[effemeride]], ciascuno della durate di due minuti; essi iniziano e terminano ai minuti pari interi del [[Greenwich Mean Time|GMT]].

Questi messaggi di effemeride contengono il segnale orario e i parametri orbitali del satellite.

In tal modo il ricevitore GPS, mentre effettua il conteggio [[doppler]], riceve i parametri dell'orbita da cui deriva la posizione del satellite: viene così a disporre di tutti gli elementi necessari a definire nello spazio la superficie di posizione.

===Stazioni di tracciamento e centro di calcolo===

Il tracciamento dei satelliti comprende tutte quelle operazioni atte a determinare i parametri dell'orbita.

A ciò provvedono 4 stazioni principali dette appunto di tracciamento (''main tracking stations'') e un centro di calcolo (''computing center''), tutti situati in territorio USA, ed in particolare a [[Wahiova]] ([[Hawai]]), [[Point Mogu]] ([[California]]), [[Prospect Harbur]] ([[Maine]]) e [[Rosemount]] ([[Minnesota]]). Point Mogu è anche sede del centro di calcolo.

Ogni volta che ciascun satellite nel suo moto orbitale sorvola il territorio americano le stazioni di tracciamento ne registrano i dati [[doppler]] che vengono avviati al centro di calcolo e qui valorizzati per la determinazione dei parametri orbitali. Per risolvere questo problema è stato necessario venire in possesso di un fedele modello matematico del campo gravitazionale terrestre. La costruzione di questo modello è stato uno dei problemi di più ardua soluzione nello sviluppo del progetto Transit da cui è derivato l'attuale Navstar. I risultati di questa indagine sul campo gravitazionale terrestre, che sono di vasta portata dal punto di vista geodetico, possono riassumersi in una immagine del globo dovenella quale vengono riportate le linee di eguale scostamento del [[Geoide]] (LMM) dall'[[ellissoide]] di riferimento APL.

===Stazioni di soccorrimento===

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[[Immagine:posizionamento_gps.png|thumb|200px|right|Intersecando tre circonferenze il cui raggio è la distanza dal satellite (che conosciamo) con la superficie terrestre si può individuare un punto su di essa]]

Il principio di funzionamento si basa su un metodo di posizionamento sferico, che consiste nel misurare il tempo impiegato da un segnale radio a percorrere la distanza satellite-ricevitore. Conoscendo il tempo impiegato dal segnale per giungere al ricevitore e l'esatta posizione di almeno 3 satelliti per avere una posizione 2D (bidimensionale), e 4 per avere una posizione 3D (tridimensionale) ed il tempo impiegato dal segnale per giungere al ricevitore, è possibile determinare la posizione nello spazio del ricevitore stesso. Tale procedimento è, chiamato [[trilaterazione]], che utilizza solo informazioni di distanza, ed è simile alla [[triangolazione]], nelladal quale peròtuttavia vengonosi usatedifferenzia ancheper il fatto di fare a meno di informazioni riguardanti gli angoli.

Il principio di funzionamento si basa su un metodo di posizionamento sferico, che consiste nel misurare il tempo impiegato da un segnale radio a percorrere la distanza satellite-ricevitore. Conoscendo l'esatta posizione di almeno 3 satelliti per avere una posizione 2D (bidimensionale) e 4 per avere una posizione 3D (tridimensionale) ed il tempo impiegato dal segnale per giungere al ricevitore, è possibile determinare la posizione nello spazio del ricevitore stesso. Tale procedimento è chiamato [[trilaterazione]], che utilizza solo informazioni di distanza, simile alla [[triangolazione]], nella quale però vengono usate anche informazioni riguardanti gli angoli.

La precisione può essere ulteriormente incrementata grazie all'uso di sistemi come il [[WAAS]] ([[Stati Uniti d'America|statunitense]]) o l'[[EGNOS]] ([[Europa|europeo]]), perfettamente compatibili tra di loro. Consistono in uno o due satelliti geostazionari che inviano dei segnali di correzione. La modalità Differential-GPS (DGPS) utilizza un collegamento radio per ricevere dati DGPS da una stazione di terra e ottenere un errore sulla posizione di un paio di metri. La modalità DGPS-IP sfrutta, anziché onde radio, la rete [[Internet]] per l'invio di informazioni di correzione.

Esistono in commercio ricevitori GPS ("esterni"), connettibiliinterfacciabili mediante porta [[Universal Serial Bus|USB]] o connessioni senza fili come il [[Bluetooth]], che consentono di realizzare navigatori GPS su vari dispositivi: palmari, PC, computer portatili, cellularie, se dotati di sufficiente memoria, anche telefoni cellulari. Per la navigazione esistono software appositi, proprietari o ''[[open source]]'' che utilizzano una [[cartografia]], anch'essa pubblica o proprietaria).

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==GPS e Teoria della Relatività==

[[Immagine:GPS Receiver CompactFlash.jpg|thumb|right|Scheda GPS per [[palmare]]]]

Gli orologi satellitari sono affetti dalle conseguenze della [[Teoria della Relatività]]. Infatti, a causa degli effetti combinati della velocità relativa, che rallenta il tempo sul satellite di circa 7 microsecondi al giorno, e della minore [[Curvatura#La curvatura dello spazio fisico e la gravità|curvatura]] dello [[spaziotempo]] a livello dell'orbita del satellite, che lo accelera di 45 microsecondi, il tempo sul satellite scorre ad un ritmo leggermente più veloce che a terra, causando un anticipo di circa 38 microsecondi al giorno, e rendendo necessaria una correzione automatica da parte dell'elettronica di bordo. Questa osservazione èfornisce un'ulteriore prova dell'esattezza della teoria in un'applicazione del mondo reale. L'effetto relativistico rilevato è infatti esattamente corrispondente a quello calcolabile teoricamente, almeno nei limiti di accuratezza forniti dagli strumenti di misura attualmente disponibili.

Gli orologi satellitari sono affetti dalle conseguenze della [[Teoria della Relatività]]. Infatti, a causa degli effetti combinati della velocità relativa, che rallenta il tempo sul satellite di circa 7 microsecondi al giorno, e della minore curvatura dello spaziotempo a livello dell'orbita del satellite, che lo accelera di 45 microsecondi, il tempo sul satellite scorre ad un ritmo leggermente più veloce che a terra, causando un anticipo di circa 38 microsecondi al giorno, e rendendo necessaria una correzione automatica da parte dell'elettronica di bordo. Questa osservazione è un'ulteriore prova dell'esattezza della teoria in un'applicazione del mondo reale. L'effetto relativistico rilevato è infatti esattamente corrispondente a quello calcolabile teoricamente, almeno nei limiti di accuratezza forniti dagli strumenti di misura attualmente disponibili.

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==Il GPS nell'utilizzo quotidiano==

I moderni ricevitori GPS hanno raggiunto dei costi molto contenuti. Dopo il telefono cellulare stiamo assistendo alla diffusione di un nuovo ''cult'': quello del navigatore satellitare personale. Il mercato offre ormai soluzioni a basso costo per tutti gli impieghi e per tutte le tasche che si rivelano efficaci non soltanto per la navigazione satellitare in sesé e per sesé, ma anche per usi civili, per il monitoraggio dei servizi mobili e per il controllo del territorio.

Esistono varie soluzioni:

* '''Integrate''': sono dispositivi portatili All-in-One che incorporano un ricevitore GPS, un display LCD, un altoparlante, il processore che esegue le istruzioni, date solitamente da un sistema operativo proprietario, uno slot per schede di memoria ove memorizzare la cartografia.

* '''Ibride''': sono dispositivi portatili nati(PC, perPalmari, scopiSmartPhone) diversiche, dallanati navigazioneper satellitarescopi (PCdiversi, Palmari,sono SmartPhone)rendesi trasformatiadatti comealla talinavigazione satellitare attraverso il collegamento di un ricevitore GPS esterno (Bluetooth o via cavo) e l'adozione di un software dedicato, in grado di gestire la cartografia.

Con la diffusione capillare dei sistemi GPS, e diil conseguenzaconseguente l'abbattimento dei costi per idei ricevitori, molti produttori di [[Telefono cellulare|telefoni cellulari]] hanno cercato di inserire un modulo GPS all'interno dei loro prodotti, aprendosi quindi al nuovo mercato dei servizi [[LBS]] (''Location Base Services'', servizi basati sul posizionamento). Tuttavia, la relativa lentezza con cui un terminale GPS acquisisce la propria posizione al momento dell'accensione (in media, tra i 45 e i 90 secondi), dovuta alla necessità di cercare i satelliti in vista, ed il conseguente notevole impegno di risorse [[hardware]] ed energetiche, ha frenato in un primo momento questo tipo di accoppiataabbinamento. Negli ultimi anni, però, è stato introdotto in questo tipo di telefoni il sistema [[Assisted GPS]], detto anche "A-GPS", tramitecon il qualecui è possibile ovviare a taletali problemaproblemi: si fanno pervenire al terminale GPS, attraverso la rete di telefonia mobile, le informazioni sui satelliti visibili dalla cella a cui l'utente è agganciato. In questo modo un telefono A-GPS può in pochi secondi ricavare la propria posizione iniziale, in quanto si assume che i satelliti in vista dalla cella siano gli stessi visibili dai terminali sotto la sua copertura radio. Tale sistema è molto utile anche come servizio d'emergenza, ad esempio per localizzare mezzi o persone ferite in seguito ad un incidente.

==Voci correlate==