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Come funziona il GPS

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Il Sistema di Posizionamento Globale (Global Positioning System – GPS) è un sistema di localizzazione terrestre costituito da una costellazione di satelliti orbitanti attorno alla terra a una distanza di circa 20.000 km.

Il principio di funzionamento è semplice: calcolando il tempo che intercorre tra l'invio di un segnale da parte del satellite alla sua ricezione sulla terra si riesce a determinare la posizione del ricevitore.

Affinchè la misura sia corretta, quest'ultimo deve captare almeno quatto satelliti contemporaneamente in ogni istante.

In topografia, con i procedimenti di trilaterazione, si può determinare la posizione di un punto misurando la distanza fra questo ed alcuni punti di cui si conosce la posizione. Quest'ultima è individuata da coordinate plano-altimetriche, espresse nel sistema di riferimento entro cui verrà inquadrato il lavoro di rilevamento.

La determinazione della posizione di un punto nel sistema GPS viene effettuata in maniera del tutto analoga. Le coordinate vengono calcolate per qualunque posizione sulla terra attraverso la misurazione della distanza da un certo numero di satelliti alla posizione stessa - i satelliti fungono da punto di posizione precisa. 

Satellite

Fig.1 - Un satellite

Se la distanza da un satellite è nota, la posizione può essere ristretta ad una superficie sferica creata da quel satellite.

 

due satelliti

Fig.2 - Due satelliti

Se è conosciuta anche la distanza da un secondo satellite, ciò restringe la posizione sull'intersezione di due sfere.

tre satelliti

Fig.3 - Tre satelliti

Aggiungendo un terzo satellite la posizione viene ristretta ad uno dei due punti.

quattro satelliti

Fig.4 - Quattro satelliti

Il sistema GPS utilizza varie tecniche per individuare quale dei due punti è quello corretto in modo da limitare le osservazioni ai soli tre punti. Comunque è sufficiente effettuare la misura della distanza ad un quarto satellite per localizzare senza ambiguità il punto della superficie terrestre. Ogni altra misurazione con ulteriori satelliti ha essenzialmente lo scopo di aumentare la precisione della determinazione della posizione stessa.

Per calcolare le distanze fra il punto di cui si vuol determinare la posizione ed i satelliti che vengono presi in considerazione, il sistema GPS misura il tempo che delle onde radio emesse da ciascun satellite impiegano per raggiungere il punto in questione. Le onde radio viaggiano alla velocità della luce e cioè a circa 300.000 km al secondo. Nota questa velocità e conoscendo esattamente quando il segnale viene emesso e quando esso viene captato dal ricevitore collocato in corrispondenza del punto di interesse, si può determinare la distanza.

Naturalmente la misura di tale intervallo di tempo deve essere estremamente precisa, considerando che il segnale emesso dal satellite impiega soltanto circa 6/100 di secondo per giungere al ricevitore. La determinazione del tempo in maniera così precisa è resa possibile dalla disponibilità di orologi elettronici di altissima precisione a prezzi relativamente accettabili e da particolari tecniche di misura. 

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