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Cosa è il GPS e come funziona
Il Global Positioning System (GPS) è un sistema di satelliti di proprietà del Governo degli Stati Uniti che
"forniscono" ininterrottamente, informazioni di posizionamento e navigazione estremamente accurate.
Si tratta di 24 satelliti (in realtà 21 sono attivi e 3 di riserva in caso qualcuno dei 21 cessi la sua attività), 12 per emisfero, orbitanti intorno alla Terra su 6 piani, 4 per ogni piano, alla quota di circa 20.200 km, distanti tra lori di un angolo di 60 gradi (6 x 60 gradi = 360 gradi) e formanti un angolo di 55 gradi rispetto al piano equatoriale.
I satelliti G.P.S. generano due diversi segnali di tipo numerico, che vengono chiamati L1 ed L2, alle frequenze rispettivamente di 1,5 e 1,2 GHz circa, dei quali il primo serve per la localizzazione grossolana, quella di tipo civile, e
l'altro per la localizzazione più precisa, di tipo militare
Il primo segnale consente la determinazione della propria posizione con la precisione di circa 300 metri, il secondo invece, con la precisione di 50 cm.
Mentre il primo segnale è trasmesso in chiaro, il secondo, invece, è trasmesso in codice segreto e non è accessibile se non al Ministero della difesa degli Stati Uniti che lo utilizza esclusivamente per la propria sicurezza e non lo rende noto a tutti per evitare che possa essere utilizzato contro gli interessi degli Stati Uniti da criminali o da Stati nemici.
Essi trasmettono costantemente dati numerici che comprendono le proprie coordinate X, Y, Z, e
l'istante esatto T di trasmissione.
I ricevitori GPS a terra captano le informazioni ricevute da tre a dodici satelliti determinando così la localizzazione precisa del ricevitore stesso. Il principio base è quello della trilaterazione: conoscendo la distanza da più punti di coordinate note, si può calcolare la propria posizione così come la velocità e la direzione verso cui si sta muovendo.
Infatti, noto l'istante T1 trasmesso dal satellite in cui è partito il segnale, e
l'istante T2, indicato dall'orologio locale, in cui il segnale è stato ricevuto a terra, si conosce il tempo impiegato a percorrere la distanza dal satellite al ricevitore, ed essendo la velocità della luce c, nota, la distanza D del satellite dal ricevitore risulta:
D = c (T2 - T1)
La conoscenza della distanza da un solo satellite è un dato del tutto insufficiente per determinare la propria posizione e analogamente non è sufficiente conoscere la distanza da due satelliti; infatti,
l'intersezione di due sfere di raggio noto, cioè le distanze calcolate, dà luogo ad un cerchio e non ad un punto. Soltanto
l'intersezione di quattro sfere di raggio noto, invece, consente con certezza, di determinare una posizione univoca nello spazio, il che spiega perché è necessario aspettare del tempo, anche se tratta di minuti, per elaborare i dati, in quanto bisogna aspettare il passaggio di almeno quattro satelliti ed avere anche il tempo di effettuare numerosi calcoli ed approssimazioni successive. I dati del quarto satellite, infatti, oltre a rendere univoca la soluzione al sistema di quattro equazioni in quattro incognite (X, Y, Z, T, cioè le tre coordinate indicanti la posizione geografica
dell'utente fornito di ricevitore, più il tempo proprio che è indispensabile per determinare con grande precisione le distanze dei satelliti, distanze che costituiscono i dati di
partenza), consentono di correggere il valore del tempo proprio del ricevitore per mezzo dei tempi dei quattro satelliti.
Le prime applicazioni del sistema GPS sono state nel settore della navigazione.
Lo stesso principio della localizzazione unita alla presentazione cartografica è alla base anche dei sistemi di navigazione pensati per le automobili.
In questo ambito però, il guidatore automobilistico più che alla semplice informazione istantanea sulla sua posizione è interessato a conoscere la via da percorrere per arrivare al meglio alla sua destinazione finale,
è interessato ad informazioni a corredo come per esempio a che distanza è il successivo distributore di carburante oppure dove si trova la pizzeria più vicina. I sistemi di navigazione per auto, quindi, sono generalmente più complessi di quelli per barche, non tanto nella tecnica di ricezione del segnale Gps, ma nella presentazione e integrazione del dato misurato con tutta una serie di informazioni supplementari. Attualmente tutti i sistemi di navigazione per auto utilizzano un apparato elettronico per la ricezione del sistema Gps che, oltre
all'antenna nascosta o integrata nella vettura, dispone di un lettore di Cd-Rom. Il Cd-Rom contiene tutte le informazioni cartografiche e di contorno relative alla zona in cui ci si trova. Le informazioni per il guidatore vengono riportate su di un display grafico
nell'abitacolo ed eventualmente ripetute tramite un sintetizzatore vocale.
Per la gestione delle informazioni GPS fornite dai satelliti, la TIM ha creato
un'infrastruttura di stazioni permanenti (progetto GEOTIM).
La struttura di una stazione permanete comprende un ricevitore, un'antenna e un Server locale.
L'antenna ed il ricevitore GPS sono collegati tramite cavo coassiale di una lunghezza non superiore ai 50 metri (nel caso di distanza maggiore tra antenna e ricevitore sarebbe stato necessario ricorrere a stadi di amplificazione/rigenerazione del segnale).
Il ricevitore GPS dispone di un ingresso dati e di tre porte di comunicazione come:
P1 - per il trasferimento delle misure così come ricevute dai satelliti verso il DataBase locale su Hard Disk;
P2 - per il trasferimento dei dati di correzione differenziale verso la PGL
(Piattaforma Gestione Localizzazione);
P3 - per il trasferimento degli allarmi verso il server.
Saluti Natalia MARSILIA
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