Come nasce il GPS
GPS è l' acronimo di Global Positioning System. Si tratta di un sistema realizzato dal Ministero della Difesa Statunitense in grado di rilevare le proprie coordinate planimetriche ed
GPS è l' acronimo di Global Positioning System. Si tratta di un sistema realizzato dal Ministero della Difesa Statunitense in grado di rilevare le proprie coordinate planimetriche ed
altimetriche per chiunque disponga di uno strumento ricevente un segnale GPS.Il sistema GPS nasce da un progetto top-secret americano realizzato durante gli ultimi anni della guerra fredda che serviva a fornire un supporto attivo ai missili balistici Cruise e Tomahawk e di coordinare al meglio le truppe sul territorio, solo dopo la guerra intorno al 1980 il governo statunitense rende pubblico questo progetto. Il sistema GPS si rilevò molto più preciso di quanto gli Stati Uniti avrebbero voluto, arrivò nell' ordine di grandezza dei 30 metri con
l' introduzione del II blocco di satelliti. Per questo motivo il governo statunitensse fece sviluppare ed implementare un programma nei nuovi satelliti in modo da degradare le prestazioni del sistema nell' ordine dei 100 metri, questo programma venne chiamato Selective Aviability (SA).
Storia del GPS
Le date più recenti della storia del GPS sono:
Le date più recenti della storia del GPS sono:
- 1991: gli USA aprono al mondo il servizio GPS con specifiche differenziate da quello militare. Vengono introdotti errori intenzionali nei segnali satellitari allo scopo di ridurre l' accuratezza della rilevazione, con una precisione sull' ordine dei 100m.
- 2000: la degradazione del segnale viene disabilitata, mettendo cosi a disposizione la precisione attuale di circa 10-20m. Nei modelli per uso civile è presente un dispositivo che limita velocità ed altezza per la sicurezza.
Ma l’intuizione teorica del posizionamento satellitare globale è datata 1940, in piena guerra mondiale e diciassette anni prima della messa in orbita dello Sputnik 1, il primo satellite artificiale della storia.
La progettazione del sistema GPS parte ufficialmente nel 1963, ma già nel 1957-1958 si trovano tracce dei primi esperimenti doppler svolti a terra. Il progetto, finanziato dal Dipartimento della Difesa USA e classificato top secret per 15 anni, prende quindi il via in maniera consistente durante la Guerra Fredda per scopi esclusivamente militari. La sola fase di progettazione del sistema GPS ha richiesto quasi 16 anni, fondamentalmente a causa del fatto che, a quell’epoca, i progettisti avevano individuato soluzioni tecnologiche ed infrastrutturali molto evolute, ma che nella realtà non erano ancora state sviluppate o affinate. Il primo satellite GPS viene messo in orbita nel 1978.
La principale necessità che ha dato il vero impulso ai progetti di posizionamento satellitare è stata quella di elevare la precisione dei missili a medio raggio, è proprio a questa tecnologia che nascono i cosidetti "bombardamenti chirurgici", altri scopi primari erano quelli di coordinare i movimenti delle truppe sul territorio nemico, e guidare le segretissime testate atomiche “fantasma”, che durante la guerra fredda erano alloggiate in appositi silos in costante movimento negli oceani.
Nell'anno 1994, con il completamento della seconda versione del GPS (denominata “Block Two” 1989-1994), il governo USA decide di rendere pubblici i parametri di accesso, per sfruttare il sistema a livello civile sul solo canale radio L1 (altresì noto come canale civile GPS 1,57Ghz).
Il 1994 segna quindi l'inizio ufficiale della grande esperienza del GPS civile, con ogni probabilità il più vasto, sofisticato e complesso sistema tecnologico sociale permanente mai creato dal genere umano, e punto di svolta epocale nella sicurezza aerea e marittima.
L'investimento complessivo connesso alla progettazione e all’avvio del sistema GPS è stato stimato nell'ordine dei 28.000 miliardi di vecchie lire (non attualizzate). All’investimento iniziale vanno poi aggiunti 400 milioni di euro all'anno per la gestione ordinaria effettuata da terra, ed i 7 miliardi di euro necessari al completo rinnovo della costellazione satellitare circa ogni sette anni e mezzo.
Come funziona il GPS
Il sistema NAVSTAR-GPS si basa sulla misurazione delle distanze dai satelliti GPS. Questo significa che calcoliamo la nostra posizione sulla terra misurando la nostra distanza da un gruppo di satelliti nello spazio che vengono utilizzati come punti di riferimento, questo metodo si chiama trilaterazione .
Il sistema NAVSTAR-GPS si basa sulla misurazione delle distanze dai satelliti GPS. Questo significa che calcoliamo la nostra posizione sulla terra misurando la nostra distanza da un gruppo di satelliti nello spazio che vengono utilizzati come punti di riferimento, questo metodo si chiama trilaterazione .
Il GPS è un sistema satellitare basato su una costellazione nominale di 24 satelliti orbitanti ad una quota di 20.200 Km e con un periodo orbitale di circa 12 ore. La distribuzione dei satelliti nello spazio è tale che in qualsiasi punto della Terra si possono ricevere contemporaneamente i segnali da non meno di 5 satelliti.
Oltre al "segmento spaziale" (satelliti) e al "segmento utente" (il ricevitore GPS) il sistema si completa con un "segmento terrestre", composto da cinque stazioni di controllo a terra delle orbite dei satelliti.
1. Segmento spaziale (Space Segment): 24 satelliti (trasmettitori)
2. Segmento di controllo (Control Segment): 5 stazioni di controllo e coordinamento a terra
3. Segmento utente (User Segment): milioni di ricevitori GPS
Segmento spazialeIl segmento spaziale consiste di 24 satelliti (trasmettitori) in orbita attorno alla Terra, equipaggiati con orologi di elevata precisione e stabilità (orologi atomici) sincronizzati. Attualmente ci sono 31 satelliti attivi.
Caratteristiche dei satelliti:
• Orbite non geostazionarie circolari di 20.200 km di raggio (disposti su 6 piani orbitali inclinati di 55°,
con almeno 4 satelliti ciascuno) con periodi di rivoluzione di 12 ore;
• Distribuzione dei satelliti tale da garantire la visibilità di almeno 6 satelliti in qualsiasi momento e da qualsiasi parte del pianeta.
• Equipaggiamento con orologi atomici al cesio ad elevata precisione.
• Invio continuo di un segnale radio che contiene dati “tempo” e “posizione”, su due diverse bande.
Segmento di controllo
Il segmento di controllo è composto da 5 stazioni ospitate da basi militari USA:
• 1 centro di controllo principale che presiede al governo del sistema (Master Control Station) a Colorado Springs (USA);
• 4 stazioni di monitoraggio secondarie (Monitor Stations), che hanno la funzione di coordinare e verificare continuamente l'affidabilità dei dati trasmessi dai satelliti, disposte in modo da garantire che ogni satellite sia “visibile” da almeno una stazione in ogni momento :
– isole Hawaii (Oceano Pacifico),
– isola di Ascensione (Oceano Atlantico),
– isola Diego Garcia (Oceano Indiano),
– isola di Kwajalein (Oceano Pacifico).
Le stazioni ricevono e trasmettono ai satelliti i parametri necessari per la correzione di ciascuna orbita (effemeridi). Tali parametri sono calcolati a terra dalle stazioni di controllo stesse per poter essere ritrasmessi agli utenti.
Segmento utente
Il Segmento Utente consiste nel ricevitore GPS, che in base ai dati ricevuti effettua il calcolo della sua posizione sul globo terrestre.
Il Segmento Utente consiste nel ricevitore GPS, che in base ai dati ricevuti effettua il calcolo della sua posizione sul globo terrestre.
Ogni ricevitore GPS è equipaggiato con:
• antenna, in grado di captare il segnale radio trasmesso dai satelliti
• processore dei dati ricevuti dai satelliti
• orologio ad alta precisione
Componenti opzionali sono:
• display per la visualizzazione e gestione dei dati
• sistema di interfacciamento (in tempo reale o a posteriori) con PC che gestisce i dati dei rilevamenti
• dispositivi per il collegamento con altri ricevitori, necessari per la correzione differenziale
Esistono diversi tipi di ricevitori, che si distinguono sulla base delle precisioni ottenibili ed alle funzioni accessorie in base alle applicazioni operative cui sono destinati.
