Individuazione di un dispositivo GPS sulla Terra e fonti di errore

Funzionamento del GPS con la trilaterazione

Per poter calcolare la posizione di un dispositivo GPS sulla Terra serve il segnale di almeno quattro satelliti. Attraverso la tecnica della trilaterazione è possibile determinare con precisione la posizione di un dispositivo.. facciamo qualche esempio:

  1. Con un satellite non è possibile indivuare un punto specifico;

  2. Con 2 satelliti: se un dispositivo vede due satelliti, la loro sfera d’azione si intersecherà formando una circonferenza… il dispositivo potrebbe trovarsi su qualsiasi punto della circonferenza individuata per cui due satelliti non sono sufficienti per individuare la posizione di un dispositivo con dei satelliti;
    Sistema GPS con 1 satellite
  3. Con 3 satelliti: se si hanno a disposizione tre satelliti, la loro sfera d’azione si intersecherà esattamente in due punti, il primo sulla Terra e il secondo nello spazio. Essendo il sistema GPS fatto per determinare la posizione dei dispositivi GPS sulla Terra, il punto individuato sarà sicuramente sulla Terra;
    Sistema GPS con 2 satelliti
  4. Con 4 satelliti: con quattro satelliti è possibile eliminare l’ambiguità di un punto indivuato sulla Terra ed uno nello spazio riuscendo ad ottnere un un unico punto dato dall’intersezione del raggio d’azione quattro satelliti.

    Sistema GPS con 3 satelliti
  5. Come è possibile notare, il raggio d’azione di 4 satelliti GPS consente di individuare la corretta posizione di un dispostivo GPS:

    Sistema GPS con 4 satelliti

Ogni dispositivo GPS ha a diposizione le effemeridi dei satelliti, si tratta di tabelle che contengono un insieme di parametri sintetici necessari e sufficienti per calcolare in qualsiasi istante la posizione esattta di ogni satellite. Le effemeridi sono fondamentali insieme all’almanacco ed altre informazioni per il funzionamento dell’AGPS.
Non tutti i satelliti visibili da un dispositivo GPS vengono utilizzati, in particolare vengono presi in considerazione solo quei satelliti con un angolo maggiore di 10° o 15° calcolato fra la direzione del segnale ed il piano tangente all’ellissoide nel punto occupato dal ricevitore. In questo modo si attenuano i problemi legati al disturbo atmosferico.

  
Fonti di errore nella determinazione della posizione

Per ottenere una sincronizzazione perfetta, ogni orologio a bordo dei satelliti deve essere sincronizzato con tutti gli altri satelliti e con gli orologi sulla Terra. Oltre alla precisione degli orologi, bisogna tener conto di molti fattori:

  • Fattori atmosferici che possono causare un ritardo tra 1ns e i 100ns provocando un rallentamento del segnale al suo passaggio nella ionosfera e nella troposfera;
  • Fattori elettronici con un possibile ritardo da 1ns a 100ns e rappresentano il tempo impiegato dal segnale per il passaggio nella strumentazione e il tempo di elaborazione nei dispositivi GPS;
  • Fattori relativistici di anticipo/ritardo del tempo degli stessi orologi atomici. Questo tipo di errore può provare ritardi tre volte più lunghi rispetto a gli altri errori;
  • Pressione e radiazione solare (pannelli solari), attrazione gravitazione del sole e della luna e attrazione della Terra.

    Una tecnica alternativa alla Trilaterazione è la tecnica della Triangolazione che permette la determinazione indiretta di distanze tra punti del terreno e quindi delle loro coordinate geografiche. Per poter effettuare una triangolazione vengono scelti tre punti opportuni sul terreno che verranno considerati come i vertici di un triangolo. Uno dei lati del triangolo formato, viene misurato direttamente ed prende il nome di base geodetica misurata. A partire da ognuno degli estremi della base del triangolo, si misurano gli angoli sotto i quali viene visto l’altro punto e con dei calcoli trigonometrici si determina la distanza e quindi la posizione dei punti.

    Un sistema che punta a diminuire i tempi di localizzazione per i dispositivi GPS è rappresentato dall’AGPS.

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