Global  Positioning  System

Questo scritto non vuole essere un trattato tecnico sul GPS, bensì una semplice nota informativa che dovrebbe far capire al semplice curioso cos'è 'sto benedetto GPS, e dovrebbe spingere chi è realmente interessato a questo argomento ad informarsi seriamente.

Il sistema di navigazione NAV.S.T.A.R. (NAVigation Satellite with Time And Ranging) noto anche come GPS fu concepito in origine dai militari USA come mezzo universale ed estremamente preciso di navigazione e riferimento orario. Oggi il sistema è disponibile anche ai civili, anche se su un "canale" diverso da quello militare e con precisione ridotta ( volutamente ). La disponibilità del segnale in ogni angolo della terra e il diminuire del costo dei ricevitori sul mercato hanno reso il G.P.S. un fenomeno di massa. Si sprecano le applicazioni del tipo antifurti, localizzatori e navigatori per auto. Ogni imbarcazione dispone di un ricevitore magari anche completo di cartografia elettronica ed interfacciato con il radar e l'autopilota. Un ricevitore portatile parte da L.200.000 (100€).

Come funziona il NAVSTAR:

Il sistema è composto da : centro di controllo, satelliti in orbita, stazioni di controllo a terra con posizione nota ( ci sono anche stazioni differenziali per la correzione dell'errore)

I satelliti sono 24 (21 operativi e 3 di scorta ) orbitano intorno alla terra a 26.560 Km. su 6 piani orbitali. Sono spaziati tra di loro di 60° ed inclinati rispetto all'equatore di 55° , compiono una rivoluzione in 12 ore. (per un osservatore sulla terra passano sullo stesso punto ogni 24 ore ) In ogni punto della terra è sempre possibile "vedere" almeno 5 satelliti a 15° sopra l'orizzonte. Ogni satellite trasmette due segnali radio (L1 a 1575,42 MHz detta anche coarse acqusition e L2, crittografata, a 1227,60 MHz detta anche precision acqusition) modulati con tre diversi codici :

Codice C/A (1,023 MBps) trasporta il segnale per la localizzazione grossolana ed è di libero uso per tutti, codice P, crittografato, (10,23 MBps ) trasporta il segnale di precisione riservato per i militari o comunque per soggetti autorizzati, il terzo codice, modulato a bassa velocità (solo 50Bps), trasporta i dati di sistema e info necessarie per la correzione. Ogni satellite ha un codice di modulazione univoco in modo che venga riconosciuto dal ricevitore ed ha a bordo ben 4 orologi atomici. Per il buon funzionamento del sistema è fondamentale che i satelliti vengano periodicamente sincronizzati.

Il centro di controllo a terra si trova nei pressi di Colorado Springs ed ha il compito di inviare i dati di correzione e sincronismo ai satelliti in orbita ( che poi vengono ritrasmessi ), Inserisce volutamente un segnale che degrada le prestazioni del sistema per uso civile (non più).

Il ricevitore riceve e decodifica il segnale trasmesso dai satelliti ( quelli civili solo L1 ed il codice C/A, mentre quelli militari sia L1 che L2 e decodificano sia il codice C/A che il codice P ) e da questo ricava la distanza dal satellite. Mediante la triangolazione geometrica, conoscendo la distanza di un punto da almeno tre punti noti (tre satelliti), calcola la propria posizione. (In realtà con tre punti noti si ottengono due possibili punti nello spazio dei quali, però, uno è palesemente errato. Con quattro punti noti svanisce ogni dubbio. ) Se i punti sono più di tre la precisione aumenta notevolmente. I ricevitori GPS civili riescono a ricevere fino a 12 canali contemporaneamente e forniscono la posizione con una precisione di qualche decina di metri per il 95% del tempo, o migliore, se vengono utilizzati anche segnali diffusi da stazioni di correzione a terra (Differential GPS). La distanza dal satellite viene calcolata misurando il tempo che il segnale trasmesso dal satellite impiega per giungere al ricevitore (conoscendo la velocità della luce), ecco perché il fattore temporizzazione è molto importante.

La precisione intrinseca del sistema è cosi elevata che il governo USA decise di proibire l'uso di tutte le potenzialità a chi non sia espressamente autorizzato. Questo intento è realizzato mediante la crittografia del segnale e mediante l'introduzione di un errore nel sistema. Questo procedimento è chiamato Selective Availability (SA) e consiste nella trasmissione di un segnale degradante. Gli autorizzati ricevono il segnale PPS (Precision Positioning System) e godono di tutta la precisione del sistema che è (potenzialmente) del ordine del centimetro (raggiungibile in 40 minuti).

Nel 1996 i Russi hanno completato il loro sistema di navigazione GLONASS composto, anche esso, di 24 satelliti, disposti su 3 orbite circolari inclinate di 64.8 gradi a 19100 Km di altezza. I due sistemi sono simili anche se ci sono delle differenze di impostazione (ad esempio ogni satellite trasmette su un canale di frequenza diverso). Anche il principio della triangolazione è lo stesso. Tuttavia il GLONASS non introduce alcuna degradazione al suo segnale il quale non è neanche crittografato. Alcuni ricevitori civili sono in grado di ricevere sia i segnali GPS che i segnali GLONASS potendo cosi contare su ben 48 satelliti di cui almeno 11 sempre visibili, la precisione aumenta notevolmente portandosi a circa 16 metri (la precisione centimetrica è raggiungibile in 15 minuti). Questa concorrenza porterà, molto probabilmente, alla eliminazione della selective availability da parte degli americani in quanto il mercato del GPS è molto promettente. L'Europa conta di entrare in questo mercato attivando un proprio sistema di navigazione satellitare denominato Galileo.

Un'altra applicazione, non trascurabile, del sistema GPS è quella di fornire un segnale di tempo e sincronismo estremamente preciso a sistemi e reti di telecomunicazioni distribuite geograficamente ma che hanno la necessità di essere sincronizzate tra di loro.

NOTA: Il 01-04-2000 il governo degli Stati Uniti ha deciso di settare a zero la selective availability, pertanto ora il segnale trasmesso non contiene nessun errore voluto. Questo è stato possibile in quanto la nuova versione dei satelliti permette di sospendere il servizio in un'area limitata del mondo, in modo da rendere il segnale non disponibile al nemico. 

NOTA: 10/2001 Il sistema GLONASS conta oggi soltanto sei satelliti sopravvissuti alla crisi economico politica dei paesi ex CCCP. Tuttavia la Russia conta  di riportarlo in vita ed ha varato un piano di lanci che, se rispettato, porterebbe il sistema GLONASS alla piena operatività entro il 2006.  Il primo satellite della nuova serie dovrebbe essere lanciato già nel 2002.

NOTA: 03/2004 é stato attivato un sistema di correzione di errore basato su alcuni satelliti geostazionari e alcune stazioni a terra con posizione nota. Questo progetto (WAAS attivo sul territorio USA e EGNOS per l' Europa) prevede che ogni stazione a terra calcoli l'errore di posizione relativo all'area nella quale la stazione stessa si trova e che trasmette questo dato al satellite geostazionario. Il satellite a sua volta ritrasmette il dati di correzione per ogni area, ricevuti dalle singole stazioni a terra, verso i ricevitori GPS abilitati a questa funzione. Il ricevitore ha il compito di ricevere tutta la massa dei dati di correzione, di estrarre il dato per l'area nella quale si trova e di applicare la correzione alla posizione calcolata basandosi sui satelliti GPS. 

NOTA:04/2004 attualmente il sistema GLONASS ha in orbita 11 satelliti dei 24 previsti.    

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05/01/2001