Il global positioning system o GPS è costituito da 24 satelliti che orbitano intorno alla terra.
Questi satelliti permettono a chiunque, dotato di ricevitore gps, di determinare la propria precisa latitudine, longitudine e altitudine ovunque si trovi sul pianeta.
Usando un gps è impossibile non sapere dove ci si trova !
Il concetto della triangolazione è fondamentale per comprendere il funzionamento del gps.
In un sistema bidimensionale, conoscendo la mia distanza da 3 punti noti posso determinare con esattezza la mia posizione. (non sto a fare disegni comunque basta immaginare 3 circonferenze, il cui raggio è la distanza tra me e il punto noto -> la mia posizione è dove esse si intersecano). In un sistema 3-dimensionale, cioè quello del caso, non bisogna più considerare delle circonferenze ma delle sfere quindi la mia posizione sarà determinata dall'intersezione di 4 di esse, ovvero la distanza tra me e 4 satelliti (condizione minima).
Utilizzando 3 satelliti si può risalire comunque alla posizione latitudine-longitudine ma non altitudine, geometricamente si individuerebbero infatti 2 punti di intersezione, il ricevitore però sfruttando una sfera immaginaria che rappresenta la terra riesce scartarne con certezza uno.
Concusioni: per restituire la propria posizione il ricevitore gps deve minimo conoscere:
a)-La posizione di almeno 3 satelliti sopra di esso.
b)-La distanza tra lui e ognuno di questi satelliti.
Il principio utilizzato dal ric. gps per capire quanto dista da un satellite è quello di misurare il tempo che impiega il segnale a coprire tale distanza.
Si consideri che un'onda elettromagnetica si propaga nel vuoto alla velocità della luce 300'000 km/sec, l'incognita è il tempo impiegato a coprire la distanza.
Si potrebbe risolvere il problema sincronizzando i 2 orologi, satellite e ricevitore, e trasmettendo uno pseudo-random-code (non random). Satellite e ricevitore generano lo stesso codice nello stesso preciso istante, si tratterebbe di calcolare con quale ritardo quel code viene ricevuto. La soluzione implicherebbe l'uso di un clock estremamente preciso, es.atomic-clock, il che sarebbe comunque troppo costoso per gli apparecchi riceventi commerciali. I ric. gps commerciali utilizzano un normale quartz-clock; il problema della sincronizzazione degli 'orologi' viene risolta attraverso la seguente considerazione: si richiama il concetto dell'intersezione delle 4 sfere per identificare un punto; data la non perfetta sincronizzazione dei clock, esse non si intersecheranno perfettamente nello stesso punto, ma proprio questi offset dei punti verranno utilizzati dal ricevitore, oltre che per restituire la sua posizione, anche per sincronizzare il proprio clock. E'evidente che maggiore è il numero dei sat.ricevuti tanto maggiore è la precisione di posizionamento restituita dal ricevitore.
Oltre quanto detto nel calcolo del tempo impiegato dal segnale, a percorrere satellite-ricevitore, è importante considerare il rallentamento (rispetto al vuoto) delle onde elettromagnetiche quando attraversano l'atmosfera. Tutto ciò viene risolto da complessi algoritmi matematici utilizzati dal ricevitore che sfrutta, a sua volta informazioni aggiuntive a riguardo provenienti dal satellite stesso.
Mi trovavo negli Usa, e incuriosito dalla tecnologia gps, e dal costo (lì) non eccessivo, ho acquistato un navigatore satellitare (Garmin etrex) alla cifra di 99$. Le prestazioni mi sono apparse subito sorprendenti; se poi ci si costruisce un cavo di interfaccia seriale c'è da divertirsi... Con appositi software, scaricabili da internet, è possibile ad es. scannerizzare una mappa, calibrarla, e sovrapporre ad essa tracks e waypoints acquisiti dal gps. Normalmente in condizioni di 'open sky' si riesce ad avere un'approssimazione della propria posizione di 5m !