Funzionamento ed utilizzo GPS: sistema e strumenti
Gps acronimo di Global Positioning System
(sistema di localizzazione globale)
Il sistema GPS multifrequenza
La costellazione di satelliti artificiali
Al sistema GPS-Navstar, di cui si è detto nei dettagli, va contestualmente aggiunto il sistema GLONASS (Russia) con caratteristiche analoghe ed egualmente con radici di tipo militare. Si sono poi aggiunte nell'ultimo decennio altre costellazioni di satelliti quali QZSS (Giappone), BeiDou/COMPASS (Cina), Galileo (Unione Europea) e IRNSS (India).
Il numero dei satelliti visibili (anche se non tutti pienamente operativi) è quindi aumentato, incrementando i segnali ricevibili e quindi la velocità di fix e la precisione.
Grazie a nuovi chip disponibili nel mercato civile anche Galileo e BeiDou sono non solo visibili ma utilizzabili. I nuovi satelliti GPS e Galileo emettono infatti segnali su bande diverse (L1/L5 e E1/E5) migliorando la precisione della localizzazione.
Senza entrare in dettagli troppo tecnici, è chiaro che:
- aumento del numero dei satelliti visibili
- due segnali per satellite
- segnali emessi su due frequenze diverse
- nuovi segnali a frequenza più bassa
ci si aspetta porti ad un errore che da 5-10 m dovrebbe scendere ad 1-5 m.
Ciascun satellite nel protocollo di comunicazione trasmette dati identificativi, l'ora esatta e informazioni sulla propria posizione (effemeridi). Il ricevitore calcola la posizione al suolo come intersezione di quattro sfere aventi centro nei satelliti.
Per calcolare le distanze dai satelliti si misura il tempo impiegato dal segnale radio a raggiungere il ricevitore sapendo che la velocità delle onde elettromagnetiche è quella della luce (299792 km/s).
Va detto che vi sono altri effetti importanti da considerare:
- la velocità della luce quando attraversa l'atmosfera rallenta
- per la relatività ristretta l'orologio sul satellite rallenta (errore potenziale di circa 2,2 km)
- per la relatività generale la gravità curva lo spazio-tempo (errore fino a 15 km se non corretto)
L'operazione che porta ad ottenere la posizione geografica si chiama fixing.
A livello pratico è utile sapere che:
- Se il ricevitore è spento da tempo il fixing iniziale può richiedere diversi minuti.
- La precisione aumenta con il numero di satelliti agganciati.
- Le onde radio GPS sono influenzate da edifici, vegetazione e ostacoli.
- In vallate strette o tra edifici alti la precisione può peggiorare.
- I ricevitori moderni utilizzano sistemi di filtraggio del multipath.
- Il GPS determina la direzione solo quando il ricevitore è in movimento.
Qui trovi alcuni consigli per ottenere un buon rilievo di un percorso.
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