Gps (sistema di posizionamento globale)

Il GPS è una tecnologia di navigazione che, utilizzando i satelliti, fornisce informazioni precise su una posizione. Fondamentalmente un sistema GPS è costituito da un gruppo di satelliti e strumenti ben sviluppati come il ricevitore. Il sistema, tuttavia, dovrebbe comprendere almeno quattro satelliti. Ogni satellite e il ricevitore sono dotati di un orologio atomico stabile. Gli orologi satellitari sono sincronizzati tra loro e gli orologi di terra. Anche il ricevitore GPS ha un orologio ma non è sincronizzato e non è stabile (meno stabile). Qualsiasi deviazione dell'ora effettiva dei satelliti dall'orologio da terra dovrebbe essere corretta giornalmente. Quattro quantità sconosciute (tre coordinate e deviazione dell'orologio dall'ora del satellite) devono essere calcolate dalla rete sincronizzata di satelliti e dal ricevitore.Il lavoro del ricevitore GPS consiste nel ricevere segnali dalla rete di satelliti per calcolare tre equazioni di base sconosciute di tempo e posizione.

Un segnale GPS include codici pseudocasuali e l'ora di trasmissione e la posizione del satellite in quel momento. Il segnale trasmesso dal GPS è anche chiamato frequenza portante con modulazione. Inoltre, un codice pseudocasuale è una sequenza di zero e uno. In pratica, la posizione del ricevitore e l'offset dell'orologio del ricevitore rispetto all'ora del sistema del ricevitore vengono calcolati simultaneamente, utilizzando le equazioni di navigazione per elaborare il tempo di volo (TOF). TOF sono i quattro valori che il ricevitore forma utilizzando l'ora di arrivo e l'ora di trasmissione del segnale. La posizione viene solitamente convertita in latitudine, longitudine e altezza rispetto ai geoidi (essenzialmente, livello medio del mare). Quindi le coordinate vengono visualizzate sullo schermo.

Elementi di GPS

La struttura del GPS è complessa. Consiste di tre segmenti principali di un segmento spaziale, un segmento di controllo e un segmento di utenti. Lanciare il satellite in un'orbita terrestre media è un lavoro faticoso. Il segmento spaziale comprende da 24 a 32 satelliti o veicoli spaziali nella stessa orbita, 8 ciascuno in tre orbite circolari. Almeno sei satelliti sono sempre in linea di vista da quasi ovunque sulla superficie terrestre.

Accanto al segmento spaziale c'è il segmento di controllo. Nel segmento di controllo vi è una stazione di controllo principale, una stazione di controllo principale alternativa, antenne terrestri e una stazione di monitoraggio. Il segmento utenti è composto da migliaia di servizi di posizionamento civile, commerciale e militare. Un ricevitore o dispositivo GPS è costituito da un'antenna, sintonizzata sulla frequenza trasmessa dai satelliti. Include anche una schermata di visualizzazione per fornire posizione e ora.

Un ricevitore GPS è classificato in base al numero di satelliti che può monitorare contemporaneamente, ovvero al numero di canali. I ricevitori hanno generalmente da quattro a cinque canali ma recenti progressi hanno dimostrato che sono stati realizzati anche fino a 20 canali.

Frequenza satellitare: tutte le frequenze di trasmissione satellitare. La banda di frequenza comprende cinque tipi come L1, L2, L3, L4 e L5. Queste bande hanno intervalli di frequenza compresi tra 1176 MHz e 1600 M Hz.

Come funziona il GPS

I satelliti GPS ruotano intorno alla terra due volte al giorno. Gira intorno a un percorso molto preciso e invia indicazioni e informazioni alla terra. I ricevitori del GPS ottengono tutte le informazioni e applicano la triangolazione per scoprire la posizione precisa dell'utente. Fondamentalmente, il ricevitore del GPS contrasta la durata in cui un segnale è stato diffuso da un satellite e assegna il tempo in cui è stato ricevuto. La differenza di orario determina la distanza del ricevitore dai satelliti del GPS. Misura la distanza esatta con pochi satelliti in più e il ricevitore determina la posizione dell'utente e la visualizza sulla mappa dell'apparecchio elettronico.

Il ricevitore deve essere agganciato al segnale con almeno tre satelliti per produrre una posizione bidimensionale e traccia anche il movimento dell'utente. Utilizzando quattro o più satelliti, il ricevitore può determinare la posizione tridimensionale dell'utente che consiste in altitudine, latitudine e longitudine. Dopo aver determinato la posizione dell'utente, l'unità GPS calcola altre informazioni come velocità, rilevamento, traccia, distanza, destinazione, alba e ora del tramonto.

Quanto è preciso il GPS?

I ricevitori del GPS sono molto precisi grazie al design multicanale parallelo. I canali paralleli sono molto rapidi e precisi sebbene alcuni fattori come il rumore atmosferico e i disturbi possano perturbare e influenzare la precisione dei ricevitori GPS in generale a volte.

Gli utenti possono anche ottenere una maggiore precisione con Differential GPS (DGPS), che corregge i segnali GPS circondati da una distanza regolare da tre a cinque metri. La Guardia Costiera degli Stati Uniti gestisce il servizio di correzione DGPS più comune. Il sistema contiene una disposizione di torri che ottengono segnali GPS e trasmettono un segnale richiesto da trasmettitori beacon. Con l'obiettivo di ottenere il segnale esatto, gli utenti devono avere un ricevitore beacon differenziale e un'antenna beacon oltre ad avere un GPS.

Fonti di errori del segnale GPS

I fattori che possono alterare la precisione dei segnali GPS e quindi influenzare l'accuratezza comprendono quanto segue:

• Ritardi della ionosfera e della troposfera - Il segnale del satellite rallenta mentre attraversa gli strati dell'atmosfera. Il sistema GPS utilizza un modello integrato che viene utilizzato per calcolare la durata regolare dell'impedimento necessaria per correggere questo tipo di imprecisione.
• Percorso multiplo del segnale: questo errore si verifica quando il segnale viene riflesso da oggetti come edifici più alti e rocce più grandi prima di raggiungere il ricevitore. Ciò aumenta la durata complessiva del viaggio del segnale e causa errori e imprecisioni.
• Errori orbitali - Questi errori sono noti anche come errori di effemeridi che vengono utilizzati per calcolare le imprecisioni della posizione del satellite.
• Numero di satelliti visibili: la precisione dipende dal numero esatto di satelliti che un ricevitore GPS può vedere. Fattori come edifici, terreno, interferenze elettroniche bloccano l'accuratezza e la ricezione del segnale che causa errori di posizione e talvolta nessuna lettura nei segnali. In genere non funziona all'interno, sott'acqua e sottoterra.

Applicazioni

Non solo per uso militare è una macchina GPS ampiamente nota per il suo utilizzo nei servizi civili e commerciali. Alcune applicazioni civili sono:

1. Astronomia: utilizzata nei calcoli di astrometria e meccanica celeste.

2. Veicoli automatizzati: viene utilizzato anche nei veicoli automatizzati (veicoli senza conducente) per applicare posizioni per auto e camion.

3. Telefonia cellulare: i telefoni cellulari moderni sono dotati di software di localizzazione GPS. È presente perché si può conoscere la propria posizione e si possono anche monitorare i servizi nelle vicinanze come bancomat, bar, barriere, ecc. Il primo GPS abilitato per telefoni cellulari è stato lanciato negli anni '90. Nella telefonia cellulare viene utilizzato anche nel rilevamento di chiamate di emergenza e molte altre applicazioni.

4. Soccorso in caso di calamità e altri servizi di emergenza: in caso di calamità naturale, un GPS è lo strumento migliore per identificare la posizione. Anche prima dei disastri come i cicloni, il GPS aiuta a calcolare il tempo stimato.

5. Monitoraggio della flotta: il GPS è uno strumento di sviluppo noto per il suo potenziale di tracciamento delle navi militari durante il periodo di guerra.

6. Posizione dell'auto: un'auto abilitata al GPS rende più facile tracciare la sua posizione.

7. Geo fencing: nella geo fencing, usiamo il GPS per tracciare un essere umano, un animale o un'auto. Il dispositivo è fissato al veicolo, alla persona o al collare dell'animale. Fornisce monitoraggio e aggiornamento continui.

8. Geo tagging: una delle principali applicazioni è il geotagging, ovvero l'applicazione di coordinate locali agli oggetti digitali.

9. GPS per l'estrazione mineraria: utilizza una precisione di posizionamento al centimetro.

10. GPS tour: aiuta a determinare la posizione del punto di interesse nelle vicinanze.

11. Rilievo: i topografi utilizzano il sistema di posizionamento globale per tracciare le mappe.