Come funziona il GPS: Sistema di Posizionamento Globale
3 Luglio 2023Oggi scopriamo come funziona il GPS e come viene calcolata e utilizzata la posizione ricavata dal GPS.
Il GPS (Global Positioning System) è un sistema di navigazione e determinazione della posizione basato su satelliti, creato e gestito dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti. È stato inizialmente progettato per scopi militari ma successivamente è stato esteso all’uso civile e commerciale.
Scorciatoie
Perché è stato inventato il GPS
Per capire appieno come funziona il GPS bisogna prima sapere perché è stato inventato.
Il GPS è stato sviluppato per migliorare la precisione nelle operazioni militari, consentendo ai militari di identificare con precisione la posizione delle loro truppe, veicoli e altri beni strategici. Con il tempo, il suo utilizzo si è diffuso anche nel settore civile, fornendo servizi di navigazione e localizzazione per una vasta gamma di applicazioni.
Come funziona il sistema satellitare GPS
La cosa più importante per sapere come funziona il GPS è che servono dei satelliti.
Il GPS sfrutta una rete di 24-32 satelliti in orbita intorno alla Terra, che trasmettono continuamente le informazioni sulla loro posizione e l’orario corrente. Questi satelliti sono situati a un’altitudine di circa 20.200 km e coprono l’intero pianeta, permettendo ai ricevitori GPS di determinare la loro posizione in qualsiasi momento e luogo.
Come si calcola la posizione
Se abbiamo capito come funziona il GPS abbiamo chiaro che è composto da una serie di trasmettitori e dei ricevitori.
Il ricevitore GPS calcola la posizione utilizzando il metodo della triangolazione. Riceve i segnali inviati dai satelliti e misura il tempo impiegato per raggiungerlo, determinando così la distanza tra il ricevitore e il satellite. Con almeno 3 satelliti, il ricevitore può stimare la posizione in un piano bidimensionale (latitudine e longitudine), mentre con 4 o più satelliti può ottenere anche l’altitudine.
Abbiamo fatto il primo passo per sapere come funziona il GPS, andiamo avanti.
Al cuore del calcolo della posizione GPS: la triangolazione
Per capire come funziona il GPS dobbiamo ora affidarci alla geometria.
Il fondamento del funzionamento del GPS risiede nel concetto matematico della triangolazione. Nonostante il nome possa sembrare complicato, il concetto di base è piuttosto semplice. Supponiamo di non sapere dove siamo, ma sappiamo di essere a 10 chilometri di distanza da un punto noto X. Questa informazione ci colloca da qualche parte sulla circonferenza di un cerchio con raggio di 10 chilometri centrato sul punto X. Aggiungiamo ora un secondo punto noto Y, distante 15 chilometri da noi. Ciò ci colloca all’incrocio di due cerchi, che si intersecano in due punti. Infine, un terzo punto noto Z, distante, ad esempio, 20 chilometri da noi, ci piazza esattamente in uno dei due punti di intersezione.
Nel caso del GPS, i punti noti sono i satelliti, e la distanza da questi satelliti viene determinata misurando il tempo che impiega il segnale radio a raggiungere il ricevitore GPS. Poiché il segnale radio viaggia alla velocità della luce, anche un piccolo errore di temporizzazione può portare a un significativo errore di posizionamento. Per questo motivo, i satelliti GPS sono dotati di orologi atomici incredibilmente precisi.
Contare i satelliti: perchè ne servono almeno quattro
Sebbene, come abbiamo visto, tre satelliti siano sufficienti per calcolare la posizione 2D (latitudine e longitudine), nella pratica è necessario il segnale di almeno quattro satelliti per calcolare la posizione 3D, che include anche l’altitudine. Il quarto satellite serve per correggere l’orologio del ricevitore GPS, che non è preciso come gli orologi atomici a bordo dei satelliti. Questa correzione è fondamentale per garantire la precisione nella misura delle distanze dai satelliti. Questo è un concetto importante se vogliamo capire come funziona il GPS.
Il GPS, dal principio alla pratica
Ora che sappiamo come funziona il GPS possiamo comprendere l’enorme impatto che il GPS ha avuto sul nostro modo di interagire col mondo, è affascinante capire come questa tecnologia sia in grado di trasformare segnali radio provenienti da satelliti a migliaia di chilometri di distanza in posizioni precise su una mappa digitale. Ora che sappiamo come funziona il GPS ricordiamoci che, la prossima volta che utilizzeremo un dispositivo GPS, alla base di quella freccia blu che si muove sulla mappa c’è un sofisticato dispositivo di raccolta dati, un preciso sistema di orologi atomici e una buona dose di geometria.
Gli apparecchi di localizzazione GPS per biciclette e auto
Visto come funziona il GPS e vista la potenza dei microprocessori ora per determinare la posizione basta un piccolo apparecchio a batterie.
Gli apparecchi GPS per biciclette e auto utilizzano il sistema GPS per determinare la posizione dell’utente e offrire indicazioni stradali. Questi dispositivi possono essere portatili o integrati nei veicoli e presentano spesso mappe digitali, permettendo agli utenti di pianificare itinerari, evitare ingorghi e trovare destinazioni specifiche. Alcuni dispositivi GPS offrono anche funzioni di monitoraggio delle prestazioni, come la velocità e la distanza percorsa.
L’uso della bicicletta è in crescita in tutto il mondo, sia come mezzo di trasporto sostenibile che come attività sportiva e ricreativa. Gli apparecchi GPS per biciclette permettono ai ciclisti di localizzare la loro posizione, pianificare itinerari e monitorare le loro prestazioni durante il percorso. Questi dispositivi, che possono essere fissati al manubrio o integrati in caschi e altri accessori, offrono funzioni avanzate come la registrazione di dati su velocità, distanza, pendenza e persino la frequenza cardiaca.
La tecnologia GPS rappresenta anche una componente fondamentale dei sistemi di navigazione per auto, consentendo agli automobilisti di calcolare percorsi, evitare ingorghi e trovare parcheggi con facilità. Gli apparecchi GPS per auto possono essere integrati nei veicoli o acquistati come dispositivi portatili. Con l’avvento delle mappe digitali, gli utenti possono ora godere di informazioni aggiornate, come le condizioni del traffico in tempo reale e le indicazioni stradali passo dopo passo, il tutto visualizzato sullo schermo del dispositivi.
Apparecchi GPS e Internet of Things
L’Internet of Things (IoT) è un concetto che descrive la connessione di vari dispositivi e oggetti al web, consentendo la raccolta e lo scambio di dati tra questi dispositivi. Gli apparecchi GPS possono essere collegati all’IoT per offrire servizi avanzati, come il monitoraggio in tempo reale del traffico, la gestione delle flotte di veicoli e la sicurezza degli oggetti personali. Inoltre, tramite l’IoT, i dati raccolti dai dispositivi GPS possono essere utilizzati per migliorare la pianificazione delle infrastrutture e ottimizzare l’utilizzo delle risorse.
Oltre alle applicazioni tradizionali per biciclette e auto infatti, la tecnologia GPS sta trovando nuovi impieghi nell’ambito dell’Internet of Things (IoT). I dispositivi GPS connessi all’IoT possono offrire servizi avanzati come il monitoraggio dei mezzi di trasporto pubblico, il tracciamento di oggetti personali e la sicurezza dei bambini. Inoltre, i dati raccolti dai dispositivi GPS e IoT possono essere utilizzati per migliorare la mobilità urbana attraverso una pianificazione intelligente delle infrastrutture e la creazione di nuove soluzioni per la gestione del traffico e del trasporto.
Visto? Alla fine non è stato difficile imparare come funziona il GPS!
