GPS

GPS

– Sigla di Global positioning system, sistema per la determinazione delle tre coordinate geocentriche relative alla posizione di ogni punto posto sulla superficie terrestre, o al di sopra di essa. Nell’impiego più generale il GPS consente la misurazione, oltre che della posizione, anche della velocità del ricevitore relativa alla Terra, attraverso la determinazione dell’effetto Doppler sui radiosegnali. In tale impiego il GPS diviene una delle componenti del sistema di navigazione satellitare GNSS (Global navigation satellite system) e costituisce il più avanzato sistema di radionavigazione disponibile per le navi, gli aeromobili e ogni altro veicolo in moto. Nato in ambito militare statunitense, affinché fosse possibile, in ogni momento e in ogni parte del globo, ricevere una quantità di radiosegnali sufficiente a determinare la posizione del punto coperto da un apposito ricevitore per segnali, il sistema GPS prevede una costellazione di almeno 24 satelliti orbitanti intorno alla Terra lungo sei distinti piani orbitali inclinati di 55° rispetto all’asse polare, ciascuno dei quali interseca l’equatore ogni 60° di longitudine. I satelliti sono posti su un’orbita di raggio di ca. 26.600 km intorno alla Terra, in modo da avere un periodo di rivoluzione di 11 ore e 58 minuti. La costellazione dei satelliti è configurata in maniera tale che, in ogni luogo del mondo, un minimo di quattro satelliti sia di 5° al di sopra dell’orizzonte locale. In alcune condizioni sono contemporaneamente visibili da un qualunque punto della superficie terrestre fino a 8 satelliti. Il sistema GPS è costituito, oltre che dagli apparati satellitari, dal canale trasmissivo e dai ricevitori a terra. Il segnale composto viene emesso dall’antenna del satellite e, considerando un ricevitore posto sulla Terra, durante il suo cammino attraversa l’atmosfera terrestre e in particolare due regioni di questa, ionosfera e troposfera, che influenzano in parte i parametri di propagazione. Per giungere fino al ricevitore, il segnale può compiere vari cammini, di cui il principale è in genere in linea di vista con l’emettitore. Per espletare i servizi di navigazione richiesti dall’utente, il ricevitore di un sistema di navigazione satellitare GPS deve recuperare le informazioni contenute nel segnale emesso dal satellite. Il segnale, dopo essere stato captato dall’antenna, passa per un eventuale amplificatore a basso livello di rumore e viene poi convertito in banda base e campionato. I campioni del segnale vengono inviati a una serie di blocchi funzionali in cui è ottenuta la sincronizzazione del segnale originario in frequenza, fase e codice. Nel 2010, con il lancio del primo satellite di una nuova serie (IIF) di dodici, è stato potenziato il programma per espandere le capacità operative del sistema. Rispetto alla precedente generazione i nuovi satelliti consentono una migliore accuratezza nel posizionamento (attualmente in orizzontale dell'ordine del metro) e dispongono di un terzo segnale civile (L5) per l'aumento della sicurezza dei trasporti. Il GPS ha numerosi impieghi e lo si utilizza ogni volta si debba determinare, con la precisione consentita, la posizione e la velocità di un corpo nello spazio atmosferico. Si distinguono gli utenti civili, per i quali il servizio è più precisamente denominato SPS (Standard positioning service), da quelli autorizzati dal ministero della Difesa degli Stati Uniti, per i quali il servizio è denominato PPS (Precision positioning service). I programmi di aggiornamento del sistema, in termini di nuovi frequenze e segnali civili operativi per i satelliti che abilitano tutti gli utilizzatori alla correzione ionosferica, tendono a ridurre, se non eliminare, le differenze di accuratezza tra usi civili e militari. Le navigazioni aerea e marittima sono i settori di maggior impiego del GPS, ma anche il traffico automobilistico ne beneficia grazie alla possibilità offerta dal sistema di mostrare la posizione del veicolo sovrapposta a cartine topografiche. Le scienze della Terra fanno grande uso del sistema di localizzazione per le ricerche geotopografiche o tettoniche. In meteorologia, in partic., il GPS è impiegato per la determinazione dei venti atmosferici dal suolo sino a 30 km di altezza, utilizzando palloni sonda con ricevitore. Il GPS è utilizzato anche in biologia per lo studio delle migrazioni delle specie sia volatili sia terrestri.