GPS: differenze tra le versioni
Contenuto cancellato Contenuto aggiunto
Nessun oggetto della modifica |
→Voci correlate: Nuova voce |
||
| (725 versioni intermedie di oltre 100 utenti non mostrate) | |||
Riga 1:
{{Nota disambigua}}
{{NN|aviazione|arg2=trasporti|gennaio 2017 |}}
[[File:GPS Satellite NASA art-iif.jpg|thumb|Satellite GPS]]
[[File:Magellan GPS Blazer12.jpg|thumb|Ricevitore GPS per uso civile in mare]]
Il '''sistema di posizionamento globale''' ([[acronimo]] in [[lingua inglese|inglese]]: ''Global Positioning System'', a sua volta abbreviazione di NAVSTAR GPS, acronimo di ''NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System'' o di ''NAVigation Signal Timing And Ranging Global Positioning System''<ref>{{en}} [http://history.nasa.gov/sp4801-chapter17.pdf History of Nasa Cap.17 - pag.331 nota n°1] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20130303214202/http://history.nasa.gov/sp4801-chapter17.pdf |data=3 marzo 2013 }}</ref>) è un [[Sistema satellitare globale di navigazione|sistema di posizionamento e navigazione satellitare militare]] [[Stati Uniti d'America|statunitense]].
Attraverso una [[Satellite GPS|rete dedicata]] di [[satellite artificiale|satelliti artificiali]] in [[orbita]], fornisce a un [[terminale (informatica)|terminale mobile]] o [[Ricevitore (teoria dell'informazione)|ricevitore GPS]] informazioni sulle sue [[coordinate geografiche]] e sul suo [[ora]]rio in ogni condizione [[meteorologia|meteorologica]], ovunque sulla [[Terra]] o nelle sue immediate vicinanze, dove vi sia un contatto privo di ostacoli con almeno quattro satelliti del sistema. La localizzazione avviene tramite la [[trasmissione (telecomunicazioni)|trasmissione]] di un [[segnale (fisica)|segnale]] [[onda radio|radio]] da parte di ciascun satellite e l'[[Elaborazione numerica dei segnali|elaborazione dei segnali]] ricevuti da parte del ricevitore.
È gestito dal governo degli Stati Uniti ed è liberamente accessibile da chiunque sia dotato di un ricevitore GPS. Il suo grado attuale di [[accuratezza]] è dell'ordine di pochi metri<ref>{{en}} [http://www.gps.gov/systems/gps/performance/accuracy/ www.gps.gov - GPS Accuracy] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20150416030006/http://www.gps.gov/systems/gps/performance/accuracy/ |data=16 aprile 2015 }} e per i dati statistici [http://www.pnt.gov/public/docs/2008/spsps2008.pdf GPS Standard Positioning Service (SPS) Performance Standard] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20110721061422/http://www.pnt.gov/public/docs/2008/spsps2008.pdf |data=21 luglio 2011 }} - quarta edizione, settembre 2008.</ref>, in dipendenza dalle condizioni meteorologiche, dalla disponibilità e dalla posizione dei satelliti rispetto al ricevitore, dalla qualità e dal tipo di ricevitore, dagli effetti di [[radiopropagazione]] del [[segnale (fisica)|segnale]] [[onda radio|radio]] in [[ionosfera]] e [[troposfera]] (es. [[rifrazione]]), e dagli effetti della [[teoria della relatività|relatività]].
== Storia ==
Il GPS è stato creato in sostituzione del precedente sistema, il [[Transit (satellite)|Transit]].
Il progetto GPS è stato sviluppato nel 1973 per superare i limiti dei precedenti sistemi di navigazione<ref>{{cita libro
|titolo = The global positioning system: a shared national asset : recommendations for technical improvements and enhancements
|autore = National Research Council (U.S.). Committee on the Future of the Global Positioning System
|altri = National Academy of Public Administration
|editore = National Academies Press
|anno = 1995
|isbn = 0-309-05283-1
|pagina = 16
|lingua = inglese
|url = http://books.google.com/books?id=FAHk65slfY4C
|accesso = 6 agosto 2011
|urlarchivio = https://web.archive.org/web/20110722055652/http://books.google.com/books?id=FAHk65slfY4C
|dataarchivio = 22 luglio 2011
|urlmorto = no
}}, [http://books.google.com/books?id=FAHk65slfY4C&pg=PA16 Chapter 1, p. 16] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20110722055648/http://books.google.com/books?id=FAHk65slfY4C&pg=PA16 |data=22 luglio 2011 }}</ref>, integrando idee di diversi sistemi precedenti, tra cui una serie di studi classificati degli [[anni 1960|anni sessanta]]. Il GPS è stato creato e realizzato dal [[Dipartimento della Difesa statunitense]] (USDOD) e originariamente disponeva di 24 satelliti. Il sistema è diventato pienamente operativo nel 1994.
Nel 1991 gli [[Stati Uniti d'America|USA]] aprirono al mondo il servizio per usi civili con il nome SPS (''[[Standard Positioning System]]''), con specifiche differenziate da quello riservato all'uso delle forze militari USA denominato PPS (''[[Precision Positioning System]]''). Il segnale civile era intenzionalmente degradato attraverso la ''[[Selective Availability]]'' (SA) che introduceva errori intenzionali nei segnali satellitari allo scopo di ridurre l'[[accuratezza]] della rilevazione, consentendo precisioni dell'ordine di 900–950 m. Questa degradazione del segnale è stata disabilitata nel mese di maggio [[2000]] grazie a un decreto del [[presidente degli Stati Uniti]] [[Bill Clinton]], mettendo così a disposizione degli usi civili la precisione attuale di circa 10–20 m, anche se tra i due sistemi permangono delle differenze descritte più avanti. Per impedirne il montaggio su [[Missile|missili]], nei modelli per uso civile devono essere presenti alcune limitazioni: massimo 18 km per l'[[altitudine]] e 515 m/s per la velocità. Questi limiti possono essere superati, ma non contemporaneamente.
== Descrizione ==
Il sistema di posizionamento si compone di tre segmenti: il segmento spaziale (''space segment''), il segmento di controllo (''control segment'') e il segmento utente (''user segment''). L'[[United States Air Force|Aeronautica militare degli Stati Uniti]] sviluppa, gestisce e opera il segmento spaziale e il segmento di controllo.
Il segmento spaziale comprende da 24 a 32 satelliti. Il segmento di controllo si compone di una stazione di controllo principale, una stazione di controllo alternativa, varie antenne dedicate e condivise e stazioni di monitoraggio. Il segmento utente infine è composto dai ricevitori GPS.
Attualmente sono in orbita 31 satelliti attivi nella [[costellazione satellitare|costellazione]] GPS più alcuni satelliti dismessi, alcuni dei quali riattivabili in caso di necessità<ref name="Space Segment">{{cita web|url=http://www.gps.gov/systems/gps/space/|editore=www.gps.gov|titolo=Space Segment|lingua=en|accesso=16 agosto 2011|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20160110094730/http://www.gps.gov/systems/gps/space/|dataarchivio=10 gennaio 2016|urlmorto=no}}</ref>. I satelliti supplementari migliorano la [[precisione]] del sistema permettendo misurazioni [[ridondanza (ingegneria)|ridondanti]]. Al crescere del numero di satelliti, la costellazione è stata modificata secondo uno schema non uniforme che si è dimostrato maggiormente affidabile in caso di guasti contemporanei di più satelliti.<ref>{{cita web|url=http://www.gpsworld.com/gnss-system/gps-modernization/new-gps-configuration-243winwin-9369|titolo=New GPS Configuration: 24+3|lingua=en|urlmorto=sì|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20100124101306/http://www.gpsworld.com/gnss-system/gps-modernization/new-gps-configuration-243winwin-9369|dataarchivio=24 gennaio 2010}}</ref>
===
[[File:ConstellationGPS.gif|thumb|Animazione della costellazione di satelliti del GPS durante il movimento di un ricevitore a terra]]<!--Non cambiare la dimensione di 240px, altrimenti la GIF non è più animata-->
Il principio di funzionamento si basa sul metodo di posizionamento sferico ([[multilaterazione]]), che parte dalla misura del tempo impiegato da un [[segnale radio]] a percorrere la distanza satellite-ricevitore<ref>{{cita web|url=http://www.comefunziona.net/arg/gps/1/|titolo=Come funziona il GPS|editore=comefunziona.net|accesso=22 maggio 2012|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20120413114900/http://www.comefunziona.net/arg/gps/1/|dataarchivio=13 aprile 2012|urlmorto=no}}</ref>.
Poiché il ricevitore non conosce il momento in cui è stato trasmesso il segnale dal satellite, per il calcolo della differenza dei tempi il segnale inviato dal satellite è di tipo orario, grazie all'[[orologio atomico]] presente sul satellite: il ricevitore calcola l'esatta distanza di propagazione dal satellite a partire dalla differenza tra l'orario pervenuto e quello del proprio orologio sincronizzato con quello a bordo del satellite, tenendo conto della velocità di propagazione del segnale. Questa differenza è dell'ordine dei microsecondi.
L'orologio a bordo dei ricevitori GPS è molto meno sofisticato di quello a bordo dei satelliti e deve essere corretto frequentemente, non essendo altrettanto accurato sul lungo periodo. In particolare la sincronizzazione di questo orologio avviene all'accensione del dispositivo ricevente, utilizzando l'informazione che arriva dal quarto satellite, venendo così continuamente aggiornata.<ref>[http://web.tiscalinet.it/giordy/Il%20funzionamento%20del%20GPS.htm Il Funzionamento del GPS] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20120405055608/http://web.tiscalinet.it/giordy/Il%20funzionamento%20del%20GPS.htm |data=5 aprile 2012 }}.</ref> Se il ricevitore avesse anch'esso un orologio atomico al cesio perfettamente sincronizzato con quello dei satelliti, sarebbero sufficienti le informazioni fornite da 3 satelliti, ma nella realtà non è così e dunque il ricevitore deve risolvere un sistema di 4 incognite ([[latitudine]], [[longitudine]], [[altitudine]] e [[tempo]]) e quindi necessita di almeno 4 [[equazione|equazioni]].
Ciascun satellite emette su due canali: L1, l'unico disponibile al servizio SPS (per uso civile), e L2 per l'uso esclusivo per il servizio PPS (uso militare). Le frequenze [[onda portante|portanti]] sono di 1575,42 MHz e di 1227,6 MHz rispettivamente<ref name="Performance Standard">[http://www.pnt.gov/public/docs/2008/spsps2008.pdf GPS Standard Positioning Service (SPS) Performance Standard] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20110721061422/http://www.pnt.gov/public/docs/2008/spsps2008.pdf |data=21 luglio 2011 }} - quarta edizione, settembre 2008.</ref>, derivate da un unico [[oscillatore]] ad alta stabilità di [[clock]] pari a 10,23 [[MHz]] che viene moltiplicato per 154 e 120 per ottenere la frequenza delle due portanti. Negli {{Chiarire|ultimi anni|usare solo riferimenti temporali assoluti}} alcuni modelli di ricevitori GPS per uso civile in campo ingegneristico hanno la possibilità di usufruire del secondo canale L2, permettendo così di raggiungere un'accuratezza centimetrica.
Lo scopo della doppia frequenza è quello di eliminare l'errore dovuto alla [[rifrazione]] [[atmosfera terrestre|atmosferica]]. Su queste frequenze portanti, [[modulazione di fase|modulate in fase]], viene modulato il messaggio di navigazione che ha una [[velocità di trasmissione]] pari a 50 [[bit per secondo]] con una modulazione numerica di [[sistema numerico binario|tipo binario]] (0;1), contenente<ref name="Performance Standard" />:
* tempo della trasmissione del satellite (''satellite time-of-transmission'');
* effemeridi satellite (''satellite ephemeris'');
* grado di funzionalità del satellite (''satellite (SIS) health'');
* correzione relativistica dell'orologio satellitare (''satellite clock correction'');
* effetti di ritardo del segnale dovuti alla [[ionosfera]] (''ionospheric delay effects'');
* correlazione con il [[tempo coordinato universale]] (UTC) come specificato dallo [[United States Naval Observatory]] (USNO);
* stato della costellazione (''constellation status'').
La funzione del ricevitore di bordo è prima di tutto quella di identificare il satellite attraverso la [[banca dati]] di codici che quest'ultimo ha in suo possesso; infatti ogni satellite ha un codice grazie a cui il ricevitore lo identifica. L'altra funzione importante del ricevitore è quella di calcolare il ''delta t'', ovvero il tempo impiegato dal segnale per arrivare dal satellite al ricevitore. Esso viene ricavato dalla misura dello slittamento necessario ad adattare la sequenza dei [[bit]] ricevuta dal satellite a quella identica replicata dal ricevitore di bordo.
Ogni satellite trasmette l'almanacco (parametri orbitali approssimati) dell'intera costellazione ed esclusivamente le effemeridi relative a sé stesso. La parte relativa alle effemeridi dura 18 [[secondi]] e viene ripetuta ogni 30 secondi. Per scaricare completamente l'almanacco dell'intera costellazione sono necessari invece 12,5 [[minuti]].
In questo 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 la superficie di posizione nello spazio.
=== Il segmento spaziale ===
{{vedi anche|Satellite GPS}}
[[File:Global Positioning System satellite.jpg|thumb|Un satellite GPS non lanciato esposto a Museo dello spazio di [[San Diego]]]]
{| class="wikitable" style="float:right; clear:right; margin:0 0 1em 1em; text-align:center"
|+ Indice dei satelliti<ref>[http://www.insidegnss.com/node/918 GPS Wing Reaches GPS III IBR Milestone] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20130523204537/http://www.insidegnss.com/node/918 |data=23 maggio 2013 }} su InsideGNSS, 10 novembre 2008</ref>
! rowspan="2" | Serie || rowspan="2" | Periodo<br />di<br />lancio || colspan="4" | Lanciatore || rowspan="2" | Attualmente<br />in orbita e<br />funzionante
|-
! Suc-<br />cesso || Insuc-<br />cesso || In prepa-<br />razione || Piani-<br />ficato
|-
! [[Satellite GPS#Satelliti Block I|I]]
| 1978–1985 || 10 || 1 || 0 || 0 || 0
|-
! [[Satellite GPS#Serie Block II iniziale|II]]
| 1989–1990 || 9 || 0 || 0 || 0 || 0
|-
! [[Satellite GPS#Serie Block IIA|IIA]]
| 1990–1997 || 19 || 0 || 0 || 0 || 6
|-
! [[Satellite GPS#Serie Block IIR|IIR]]
| 1997–2004 || 12 || 1 || 0 || 0 || 12
|-
! [[Satellite GPS#Serie Block IIR-M|IIR-M]]
| 2005–2009 || 8 || 0 || 0 || 0 || 7
|-
! [[Satellite GPS#Serie Block IIF|IIF]]
| 2010–2016||12|| 0 ||0|| 0 || 12
|-
! [[Satellite GPS#Satelliti Block IIIA|IIIA]]
|2018- ?|| 0 || 0 ||1||10|| 0
|-
! IIIB
| Teorico|| 0 || 0 || 0 || 8 || 0
|-
! IIIC
| Teorico|| 0 || 0 || 0 || 16 || 0
|-
! colspan="2" | Totale
| 64 || 2 || 6 || 36 ||37
|-
| colspan="7" style="font-size:smaller; text-align:left" | (Ultimo aggiornamento: 9 luglio 2014)<ref name="Space Segment" /><ref>{{cita web|url=http://www.navcen.uscg.gov/?pageName=gpsAlmanacs|titolo=GPS almanacs|editore=Navcen.uscg.gov|lingua=en|dataarchivio=1 giugno 2015|accesso=16 agosto 2011|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20150601234407/http://www.navcen.uscg.gov/?pageName=gpsAlmanacs|urlmorto=sì}}</ref><br />
PRN 01 della Serie IIR-M non è in servizio<br />
PRN 25 della Serie IIA non è in servizio<br />
PRN 32 della Serie IIA non è in servizio<br />
|}
Dal 2010 il sistema è costituito da una costellazione di 31 satelliti <small>NAVSTAR</small> (''navigation satellite timing and ranging''), disposti su sei piani orbitali con un'inclinazione di 55° sul piano equatoriale<ref name="Performance Standard" />. Seguono un'orbita praticamente circolare con [[eccentricità orbitale|eccentricità]] massima tollerata di 0,03<ref name="Performance Standard" /> e raggio di circa 26 560 km che percorrono in 11 h 58 min 2 s, o metà [[giorno siderale]]. I satelliti, osservati da terra, ripetono lo stesso percorso nel cielo dopo un [[giorno sidereo]].
Ciascun piano orbitale ha almeno 4 satelliti e i piani sono disposti in modo tale che ogni utilizzatore sulla terra possa ricevere i segnali di almeno 5 satelliti. Ogni satellite, a seconda della versione, possiede un certo numero di orologi atomici al [[Cesio (elemento chimico)|cesio]] o al [[rubidio]].
In orbita vi sono almeno 24 satelliti per la trasmissione di dati GPS, più 3 di scorta per garantire copertura globale del servizio. Ciascun satellite dispone di razzi a [[idrazina]] per effettuare le correzioni di orbita e di [[modulo fotovoltaico|pannelli solari fotovoltaici]] per la produzione di energia elettrica uniti a una batteria per garantire l'energia anche quando il sole è [[Eclissi solare|eclissato]].
Le generazioni che si sono susseguite sono denominate:
* '''Block I''': i primi 11 satelliti del sistema, in orbita tra il 1978 e il 1985, prodotti da [[Rockwell International]], erano in programma per una missione media di 4,5 anni e una durata di vita di 5 anni, ma la loro vita media è salita a 8,76 anni, il più longevo restò in attività per 10 anni. Il loro compito principale era quello di convalidare il concetto di GPS. Oggi nessun satellite di questa generazione è ancora in uso;
* '''Block II''': i satelliti di questa generazione sono i primi satelliti operativi GPS. Recepiscono molti miglioramenti rispetto alla versione precedente, soprattutto per quanto riguarda l'autonomia. Essi sono in grado di rimanere 14 giorni senza contatto con il segmento di terra, mantenendo una precisione sufficiente. Nove satelliti sono stati lanciati nel 1989 e nel 1990. Sebbene si fosse preventivata una vita operativa di 7,5 anni, la maggior parte di loro rimase in funzione per oltre 10 anni. Dal 2010 non è più attivo alcun satellite Block II;
* '''Block IIA''': rappresentano un ulteriore sviluppo dei satelliti Block II e ne vennero lanciati 19 tra il 1990 e il 1997. Essi sono stati in grado di operare in modalità degradata per il comparto civile. Sono dotati di due [[orologio atomico|orologi atomici]] al [[cesio (elemento chimico)|cesio]] e due orologi al [[rubidio]]. Nel 1993 hanno segnato l'inizio della fase operativa del GPS. Nel 2014 sono ancora attivi 6 satelliti della generazione IIA;
* '''Block IIR''': i satelliti Block IIR sono dotati di maggiore autonomia, costruiti dalla [[Lockheed Martin]] e messi in orbita tra il 1997 e il 2009, possono scambiarsi messaggi senza nessun contatto con la Terra, consentendo agli operatori di sistema di comunicare con i satelliti che non sono accessibili in comunicazione diretta. Sono dotati di tre orologi atomici al [[rubidio]]. Ventuno dei satelliti di questo blocco sono stati lanciati il 17 agosto 2009 e venti sono ancora attivi. Gli ultimi otto sono nominati con l'acronimo IIR-M perché emettono un nuovo codice (L2C) per uso civile e un nuovo codice militare (M). Il satellite IIR-M7 ha portato a bordo un emettitore sperimentale in grado di trasmettere sulla frequenza di 1176,45 MHz, chiamata L5, che sarà adottata dai satelliti del Blocco F.<ref name="Performance Standard" /> I segnali L1 ed L2 saranno inutilizzabili a causa di interferenze tra questi segnali ed il segnale L5;
* '''Block IIF''': i satelliti del blocco IIF (''Follow-On'') sono costruiti dalla [[Boeing]] e ne sono previsti 12 esemplari. Il primo della serie è stato lanciato nel maggio 2010<ref>{{cita web|url=http://www.v3.co.uk/v3/news/2263899/generation-gps-satellite|titolo=Next-generation GPS satellite launches successfully|editore=www.v3.co.uk|lingua=en}}</ref> e il lancio di altri satelliti è stato effettuato gradualmente fino al 2016.
* '''Block III''': {{Chiarire|i satelliti di questa serie sono ancora in fase di sviluppo e sono destinati a sostenere il sistema GPS almeno fino al 2030. I primi studi sono stati avviati nel novembre 2000 e nel maggio 2008.|richiede aggiornamento}} [[Lockheed Martin]] è stata scelta per realizzare 32 satelliti.
=== Il segmento di controllo ===
[[File:2 SOPS space systems operator 040205-F-0000C-001.jpg|thumb|Un'operatrice dell'Aeronautica statunitense nel centro di controllo della base aerea di [[Schriever]] in [[Louisiana]]]]
[[File:GPS monitor station.jpg|thumb|Stazione di controllo a terra utilizzata dal 1984 al 2007, in mostra allo [[Air Force Space & Missile Museum]] ]]
Il segmento di controllo è composto da:
# una stazione di controllo principale (''master control station'');
# una stazione di controllo principale alternativa (''alternate master control station'');
# quattro [[antenna|antenne]] terrestri dedicate;
# sei stazioni di controllo dedicate;
La stazione di controllo principale può accedere anche alle antenne della rete di controllo satellitare dell'Aeronautica degli Stati Uniti (AFSCN), per ottenere capacità di comando e controllo aggiuntive, e alle stazioni di controllo della NGA ([[National Geospatial-Intelligence Agency]]). Le traiettorie dei satelliti vengono rilevate da apposite stazioni dell'Aeronautica nelle [[Hawaii]], su [[Kwajalein]], nell'[[isola dell'Ascensione]], nell'isola di [[Diego Garcia]], a [[Colorado Springs]] e a [[Cape Canaveral]], assieme alle stazioni dell'NGA condivise, in [[Inghilterra]], [[Argentina]], [[Ecuador]], [[Bahrein]], [[Australia]] e a [[Washington]].<ref>{{Cita web | url = https://igs.bkg.bund.de/root_ftp/IGS/mail/igsmail/year2005/5209 | titolo = General GPS News 9–9–05 | autore = James A. Slater | lingua = en | accesso = 12 ottobre 2022 | urlarchivio = https://web.archive.org/web/20220407175713/https://igs.bkg.bund.de/root_ftp/IGS/mail/igsmail/year2005/5209 | dataarchivio = 7 aprile 2022 | urlmorto = sì }}</ref><ref>{{Cita web|url=http://igs.bkg.bund.de/root_ftp/IGS/mail/igsmail/year2005/5209|titolo=National Geospatial-Intelligence Agency GPS - Monitor Station Data Now Included in U.S. Air Force GPS Operational Orbits|autore=James A. Slater|sito=igs.bkg.bund.de|data=9 settembre 2005|lingua=en|accesso=2 marzo 2020|urlarchivio=https://archive.is/20120712041201/http://igs.bkg.bund.de/root_ftp/IGS/mail/igsmail/year2005/5209|dataarchivio=12 luglio 2012}}</ref>
Le informazioni di tracciamento vengono inviate alla stazione di controllo principale, all'Air Force Space Command nella base aerea di [[Schriever]], a 25 km da Colorado Springs, che è gestito dal [[2nd Space Operations Squadron]] (2º Squadrone operazioni spaziali) dell'Aeronautica. Quindi il Comando contatta regolarmente ogni satellite GPS per i necessari aggiornamenti con le antenne dedicate o condivise. Le antenne dedicate sono a Kwajalein, nell'isola dell'Ascensione, a Diego Garcia, ed a Cape Canaveral.
Questi aggiornamenti servono a sincronizzare gli orologi atomici a bordo dei satelliti con scarti di [[nanosecondi]] e ad aggiornare le [[effemeridi]] del modello orbitale interno. Gli aggiornamenti sono calcolati da un [[filtro di Kalman]] che utilizza i dati delle stazioni di controllo a terra, le informazioni della [[meteorologia spaziale]] e vari altri parametri.<ref>[[USNO]] [http://tycho.usno.navy.mil/gpsinfo.html NAVSTAR Global Positioning System] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20060208110241/http://tycho.usno.navy.mil/gpsinfo.html |data=8 febbraio 2006 }}.</ref>
Le manovre satellitari non sono accurate per gli standard GPS. Così durante il cambiamento dell'orbita di un satellite, il satellite viene messo fuori servizio (''unhealthy''), in modo che non venga utilizzato dai ricevitori. Poi, una volta terminata la manovra, l'orbita può essere controllata e acquisita da terra e il satellite rimesso in servizio con le nuove effemeridi.
==== 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 5 stazioni principali, site nei pressi dell'equatore, dette appunto di tracciamento (''main tracking stations''), e in particolare a [[Colorado Springs]], [[Diego Garcia]], [[Hawaii]], l'[[isola di Ascensione]] e [[Kwajalein]]. Colorado Springs è anche sede del centro di calcolo. Ogni volta che un satellite nel suo moto orbitale sorvola il territorio [[america]]no 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 necessario avere 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 [[Geodetica|geodetico]], possono riassumersi in un'immagine del globo su cui vengono riportate le linee di eguale scostamento del [[geoide]] (LMM) dall'[[ellissoide]] di riferimento APL.
==== Stazioni di soccorso ====
I parametri orbitali di ciascun satellite, appena determinati dal centro di calcolo, sono riuniti in un [[messaggio]] che viene inoltrato al satellite interessato mediante una delle stazioni di soccorso. Il satellite registra i parametri ricevuti nella sua [[memoria (elettronica)|memoria]] e li trasmette agli utenti.
=== Il segmento utente: il ricevitore GPS ===
[[File:GPS Receivers.jpg|thumb| Ricevitori GPS prodotti da [[Trimble]], [[Garmin]] e [[Leica]] (da sinistra a destra).]]
Il segmento utente è composto dalle centinaia di migliaia di ricevitori militari che usano il PPS e le decine di milioni di ricevitori degli utente civili, commerciali e scientifici che fanno uso del SPS. In generale i ricevitori si compongono di un'antenna, un microprocessore e una sorgente di tempo, come per esempio un oscillatore al quarzo o un [[Oscillatore termocompensato|TCXO]]. Possono anche includere un display per fornire le informazioni all'utente.
Un ricevitore viene spesso descritto dal numero di canali di cui dispone, ovvero il numero di satelliti che è in grado di monitorare simultaneamente. Il numero di canali è stato incrementato progressivamente nel tempo. Tipicamente un moderno ricevitore commerciale dispone di un numero di canali compreso tra 20 e 32 anche se sono disponibili ricevitori con un numero maggiore.
Esistono in commercio ricevitori GPS ("esterni"), interfacciabili mediante porta [[USB]] o [[Wireless|connessioni senza fili]] come il [[Bluetooth]], che consentono di realizzare navigatori GPS su vari dispositivi: [[palmari]], [[PC]], [[computer portatili]] e, se dotati di sufficiente [[Memoria (informatica)|memoria]], anche [[telefoni cellulari]]. Per la navigazione esistono [[software]] appositi, [[Software proprietario|proprietari]] o ''[[open source]]'' che utilizzano una [[cartografia]], anch'essa pubblica o proprietaria. I dati di navigazione vengono generalmente forniti a PC o altri dispositivi attraverso il protocollo [[NMEA 0183]]. Sebbene il protocollo sia ufficialmente definito dalla National Marine Electronics Association (NMEA), sono disponibili molte informazioni pubbliche che hanno permesso lo sviluppo di vari strumenti software, anche open source, senza violare proprietà intellettuali. Esistono anche protocolli proprietari come SiRF o MTK o UBX specifici del produttore.
[[File:SiRF Star III основанный на GPS приёмнике с интегрированной антенной.jpg|thumb|Un tipico ricevitore GPS con antenna integrata.]]
Sempre più spesso i ricevitori GPS sono integrati all'interno di smartphone, PDA, Tablet PC, orologi<ref>{{Cita web | 1 = https://gnss-info.blogspot.it/2012/09/orologio-gps.html | titolo = Orologio GPS | accesso = 9 ottobre 2012 | urlarchivio = https://web.archive.org/web/20130209071922/http://gnss-info.blogspot.it/2012/09/orologio-gps.html | dataarchivio = 9 febbraio 2013 | urlmorto = no }}</ref> e vari oggetti per gli utenti adatti all'uso in mobilità.
=== GPS e teoria della relatività ===
Gli orologi a bordo dei satelliti vengono corretti per gli effetti della [[teoria della relatività]], che porta a un anticipo del tempo sui satelliti. L'osservazione di tale anticipo è considerata una verifica della teoria di Einstein in un'applicazione al mondo reale. L'effetto relativistico rilevato corrisponde a quello atteso in teoria, nei limiti di accuratezza della misura. L'anticipo è l'effetto combinato di due fattori<ref>{{Cita web| 1 =https://arxiv.org/abs/gr-qc/0507121v3| titolo =J.-F. Pascual-Sanchez, Introducing Relativity in Global Navigation Satellite Systems, arXiv:gr-qc/0507121| accesso =4 maggio 2019| urlarchivio =https://web.archive.org/web/20181212130552/https://arxiv.org/abs/gr-qc/0507121v3| dataarchivio =12 dicembre 2018| urlmorto =no}}</ref>: a causa della velocità relativa di spostamento l'orologio sul satellite misura 7 microsecondi al giorno meno dell'orologio sulla terra, mentre a causa del potenziale gravitazionale, minore sull'orbita del satellite, l'orologio sul satellite misura 45 microsecondi in più. Pertanto, il bilancio è che l'orologio sul satellite misura 38 microsecondi al giorno più degli orologi a terra. Per ovviare alla differenza tra orologi a bordo e a terra, gli orologi sul satellite sono corretti per via elettronica. Senza queste correzioni, il sistema GPS genererebbe errori di posizione dell'ordine dei chilometri ogni giorno e non garantirebbe l'accuratezza centimetrica a cui il sistema realmente riesce ad arrivare.
Per raggiungere l'accuratezza indicata occorre tenere in conto altri errori di sincronizzazione, non solo quelli di origine relativistica, per esempio quelli legati alla propagazione di segnale in atmosfera o ai ritardi dell'elettronica di bordo. Mentre gli errori relativistici sono compensati, l'efficace compensazione di quelli atmosferici o elettronici è più complessa.
=== Analisi e origine degli errori ===
{{vedi anche|Selective Availability}}
L'analisi degli errori del Global Positioning System è un processo complesso, che deve tenere in conto molte variabili. Innanzitutto occorre distinguere tra l'analisi del segmento di terra e quello spaziale. Un'altra importante distinzione è tra errori relativi all'orbitografia dei satelliti, errori di sincronizzazione, errori legati alla propagazione dei segnali verso terra e quelli determinati dall'elettronica. Gli errori dovuti all'elettronica, come per esempio i ritardi cui sono soggetti i segnali nei circuiti, sono in genere gestiti tramite la taratura e i test diretti sull'hardware. Un limite di questa gestione deriva dall'eventuale degradazione dell'hardware nel tempo, che il lancio in orbita o l'esposizione a raggi cosmici e vento solare può causare.
Gli errori legati alla propagazione del segnale sono in prevalenza dovuti al ritardo di propagazione, variabile e incognito, che ha come causa fondamentale il tasso di elettroni liberi in atmosfera. Questo parametro a sua volta dipende dal vento solare e dai raggi cosmici. Così, l'attività solare può influenzare direttamente la qualità del segnale e delle prestazioni del GPS. Gli errori di orbitografia, per esempio quelli causati dagli errori delle [[effemeridi]], sono gestiti con un continuo monitor di tutta la costellazione satellitare dal segmento di terra.
Gli errori di sincronizzazione, oltre a quelli cui si è accennato, sono in gran parte imputabili agli orologi di bordo, ai loro comportamenti stocastici, a eventuali anomalie. Per ridurli, nel corso dell'evoluzione del sistema sono state adottate contromisure diverse. Innanzitutto a bordo gli orologi sono ridondanti, ovvero sono presenti tre o quattro orologi in modo che, oltre a rispondere ai problemi di guasto totale di un orologio, l'insieme possa garantire una misura del tempo più accurata. In secondo luogo, il miglioramento delle tecniche di controllo da terra e le migliori prestazioni degli orologi stessi hanno costituito degli elementi importanti per il monitoraggio degli errori. Fino al 2000 la precisione del GPS per usi civili era intenzionalmente degradata per decisione del governo statunitense ([[Selective Availability]]).
=== Aumento della precisione ===
{{vedi anche|GNSS augmentation}}
Le caratteristiche chiave del sistema GPS (accuratezza, integrità, disponibilità) possono essere incrementate grazie all'uso di sistemi di GNSS Augmentation. Questi sistemi possono basarsi su satelliti geostazionari ([[GNSS augmentation#Satellite-based augmentation system|Satellite Based Augmentation Systems]]) come il [[Wide Area Augmentation System|WAAS]] ([[Stati Uniti d'America|statunitense]]) o l'[[EGNOS]] ([[Europa|europeo]]), oppure su collegamenti radio terrestri per distribuire agli utenti le informazioni correttive da applicare durante il calcolo della posizione. Nel caso di collegamenti radio terrestri ci si riferisce a sistemi [[GNSS augmentation#Ground-based augmentation system|Ground-based augmentation_system]] (GBAS). La modalità DGPS-IP sfrutta invece la rete [[Internet]] per l'invio di informazioni di correzione.
== Applicazioni ==
[[File:GPS Receiver CompactFlash.jpg|thumb|Scheda GPS per [[palmare]].]]
[[File:GPS Bluetooth Unit.jpg|thumb|Ricevitore GPS Bluetooth per [[smartphone]] e computer.]]
Le applicazioni più comuni di un sistema di posizionamento e navigazione satellitare GPS sono la [[navigazione assistita]] sia passiva, cioè con semplice rilevazione delle coordinate geografiche, sia attiva, ovvero la ricezione di indicazioni stradali con l'aiuto di un opportuno [[algoritmo]] che sulla base della mappa stradale [[memoria (informatica)|memorizzata]] sul dispositivo, calcola il percorso stradale più breve per giungere alla destinazione impostata a partire dalla posizione locale o semplicemente seguire determinate rotte aree e nautiche nella [[navigazione aerea]] e [[navigazione marittima|marittima]]. Altre importanti applicazioni sono in caso di emergenza/soccorso ovvero segnalazioni incidenti, infortuni, incendi e come radionavigazione nelle tipiche attività sportive all'aria aperta (es. [[escursionismo]], [[alpinismo]], [[cicloturismo]], [[podismo]] ecc...).
=== Il GPS nell'utilizzo quotidiano ===
I moderni ricevitori GPS hanno costi molto contenuti e il [[navigatore satellitare]] personale è divenuto un oggetto di uso comune. Il mercato offre soluzioni a basso costo che si rivelano efficaci non soltanto per la navigazione satellitare in sé, ma anche per usi civili, per il controllo dei servizi mobili e per il controllo del territorio.
Esistono varie soluzioni:
* '''
* '''
=== Il GPS su dispositivi mobili ===
Con la diffusione dei sistemi GPS, e il conseguente abbattimento dei costi dei ricevitori, molti produttori di [[telefono cellulare|telefoni cellulari]]/[[smartphone]] hanno cercato di inserire un modulo GPS all'interno dei loro prodotti, aprendosi quindi al nuovo mercato dei servizi, anche sul [[web]], basati sul posizionamento (o LBS, ''[[___location based services]]''). Tuttavia il ritardo con cui un terminale GPS acquisisce la posizione al momento dell'accensione (in media tra i 45 e i 90 secondi), dovuto alla ricerca dei satelliti in vista, e il conseguente notevole impegno di energia e risorse [[hardware]] hanno frenato in un primo momento questo tipo di abbinamento. {{Chiarire|Negli ultimi anni|inserire riferimento temporale assoluto}} è stato introdotto in questo tipo di telefoni il sistema [[GPS assistito]], detto anche A-GPS dall'inglese Assisted GPS, con cui è possibile ovviare al problema del ritardo: si fanno pervenire al terminale GPS, attraverso la rete di [[telefonia mobile]], le informazioni sui satelliti visibili dalla [[cella radio]] a cui l'utente è agganciato. In questo modo un telefono A-GPS può ricavare la propria posizione iniziale in pochi secondi, in quanto si assume che i satelliti in vista dalla cella siano gli stessi visibili dai terminali sotto la sua copertura radio. Questo sistema è molto utile anche come servizio d'emergenza, ad esempio per localizzare mezzi o persone ferite in seguito ad un incidente.
=== Il GPS nelle applicazioni topografiche ===
Il GPS viene utilizzato anche frequentemente per scopi [[topografia|topografici]]/[[cartografia|cartografici]]. In Italia esiste una rete di punti determinati dall'[[Istituto Geografico Militare|IGM]] chiamata [[IGM95]], determinati con la precisione [[planimetria|planimetrica]] di 2 cm e [[altimetria|altimetrica]] di 4 cm.
Solitamente per le applicazioni topografiche si usa un altro metodo per determinare la posizione con sufficiente precisione poiché l'accuratezza di 10 metri conseguibile nei normali ricevitori è inaccettabile in topografia, ovvero la misura di fase dell'onda [[portante]] L1 e la risoluzione del numero delle ambiguità. Con metodi piuttosto complessi si arriva a una precisione anche di 2 ppm, ovvero 1 millimetro su un chilometro.
=== Il GPS nella sincronizzazione degli orologi terrestri ===
Il sistema GPS è utilizzato per la sincronizzazione di precisione degli orologi terrestri accoppiati a un ricevitore GPS grazie alla presenza degli orologi atomici sui satelliti e al segnale orario trasmesso verso Terra.
== Sistemi alternativi ==
{{Aggiornare|argomento=tecnologia|commento=La voce non è aggiornata da anni}}
Oltre al GPS, sono in uso o in fase di sviluppo altri sistemi. Il [[Russia|russo]] Global Navigation Satellite System ([[GLONASS]]) è stato impiegato solo dai [[Vooružënnye Sily Rossijskoj Federacii|militari russi]] e sovietici, fino a quando è stato reso pienamente disponibile anche ai civili nel 2007. Alcuni moderni smartphone, come [[IPhone 4S|l'iPhone 4S]], il [[Samsung Galaxy S2]], il [[Samsung Galaxy S3]], il Samsung Galaxy S5, il Samsung Galaxy S8, il [[Samsung Galaxy Ace 2]] ed il Samsung Galaxy Xcover 2, e tablet come il [[Nexus 7 (2013)|Nexus 7]], presentano un'antenna in grado di ricevere sia i segnali GPS sia i segnali GLONASS. La [[Cina]] ha realizzato il [[sistema di posizionamento Beidou]], per uso civile esteso a tutta l'Asia, e il [[Sistema satellitare globale di navigazione#Compass|sistema di navigazione COMPASS]], il cui completamento è previsto per il 2020.
L'[[India]] ha pianificato il sistema di navigazione regionale [[IRNSS]], previsto nel 2012, che coprirà India ed [[oceano Indiano]].
L'[[Unione europea]] ha in progetto il completamento della sua rete di [[Satellite artificiale|satelliti]], il "[[sistema di posizionamento Galileo]]", per scopi civili e militari. Il sistema Galileo è un sistema duale, cioè nato per compiti civili e militari. Questo progetto ha un'evidente valenza strategica in quanto la rete statunitense è proprietà dei soli [[Stati Uniti d'America]] ed è gestita da autorità militari che, in particolari condizioni, potrebbero decidere discrezionalmente e unilateralmente di ridurne la precisione o bloccare selettivamente l'accesso al sistema: la condivisione dell'investimento e della proprietà da parte degli stati utilizzatori garantisce continuità, accessibilità e interoperabilità del servizio europeo.
== Note ==
<references/>
== Bibliografia ==
=== Riviste ===
* {{cita web|http://www.rivistageomedia.it|''GEOmedia'', rivista italiana di geomatica}}
=== Libri ===
* {{cita web | 1 = http://geomatica.como.polimi.it/workbooks/n8/ | 2 = Ludovico Biagi, ''I fondamentali del GPS'', Geomatics Workbooks, Vol. 8, 236 pp., 2009 | accesso = 17 giugno 2011 | urlarchivio = https://web.archive.org/web/20110503061326/http://geomatica.como.polimi.it/workbooks/n8/ | dataarchivio = 3 maggio 2011 | urlmorto = sì }}
== Voci correlate ==
* [[Diluizione della precisione]] (DOP)
* [[Aviaconversiya]]
* [[Coordinate geografiche]]
* [[EGM96]]
* [[WGS84]]
* [[
* [[
* [[
* [[GLONASS]]
* [[GPS differenziale]]
* [[GPS assistito]] (A-GPS)
* [[Infomobilità]]
* [[Pseudolite]]
* [[Sistema di posizionamento Galileo]]
* [[Morte per GPS]]
== Altri progetti ==
{{interprogetto|wikt=GPS|wikt_etichetta=GPS}}
== Collegamenti esterni ==
* {{Collegamenti esterni}}
* [https://web.archive.org/web/20111119074712/http://medialab.poigps.com/index.php?option=com_content&view=article&id=60&Itemid=57 Video sul sistema GPS] ripreso al polo tecnologico dell'Università di Palermo in occasione del primo POIGPSDAY
* {{cita web|url=http://www.comefunziona.net/articolo.asp?Ogg=gps&Pro=1|titolo=Come funziona.net - GPS}}
* [http://www.electroyou.it/carloc/wiki/gps-i-storia-del-posizionamento La storia del GPS - parte I] - una serie di articoli sulla storia delle tecnologie di posizionamento ([http://www.electroyou.it/carloc/wiki/gps-ii-global-positioning-system parte II], [http://www.electroyou.it/carloc/wiki/gps-iii-applicazioni parte III])
* {{cita web|http://www.gps.gov|GPS.gov|lingua=en}}
* {{en}}[https://web.archive.org/web/20051027213713/http://home-2.worldonline.nl/~samsvl/ Sam's GPS Raw Data Pages] - strumentazione e teoria del GPS
{{Sistemi satellitari globali di navigazione}}
{{Strumenti di navigazione nautica}}
{{Controllo di autorità}}
{{Portale|astronautica|aviazione|trasporti}}
[[Categoria:Reti satellitari]]
[[Categoria:Topografia]]
[[Categoria:Radionavigazione]]
[[Categoria:Strumenti di navigazione]]
| |||