Navigatore satellitare: come funziona?

Arrivato come una manna dal cielo, il navigatore satellitare, una volta raggiunto livelli di prezzo accettabili al punto di essere ormai alla portata di tutti, copre un ruolo determinante nella nostra attività. Mai più cartine ingombranti, mai più brutte figure e conseguentemente un maggior livello di professionalità nei confronti della clientela più esigente. Vi siete mai chiesti come funziona questo gioiello della tecnica? Se possedete qualche nozione tecnica o avete voglia di documentarvi, provo a spiegarvelo!

Il sistema GPS
La cosiddetta navigazione satellitare si basa sulla tecnologia GPS, un acronimo che sta per Global Positioning System (sistema di posizionamento globale). Il sistema fu progettato dagli Stati Uniti negli anni Settanta ad esclusivo uso militare, per localizzare con precisione obiettivi strategici militari e tenere sotto controllo i movimenti di truppe o mezzi nemici eamici. Nel 1991 questo sistema, seppur "depontenziato" nel senso che consentiva una precisione del rilevamento di circa 150 metri (quello militare aveva una precisione di 10-20 metri), fu concesso dall’amministrazione Reagan ad uso civile e da quel momento entrò nella quotidianità di molte persone, soprattutto grazie ai navigatori satellitari per auto e per nautica.

31 satelliti per il massimo della precisione
Il sistema GPS si avvale di una rete di 24 satelliti posizionati a 20.200 km dalla superficie terrestre, i quali compiono due orbite complete in un giorno siderale (23 ore 56 minuti e 4 secondi) e sono organizzati in modo che in ogni emisfero del globo siano visibili sempre 12 satelliti. A questi 24 satelliti ne sono successivamente stati aggiunti altri 7 per un totale di 31, per migliorare l’affidabilità della navigazione GPS in caso di guasti a uno o più satelliti. Le informazioni che ogni satellite invia sono relative alla propria posizione in quel dato istante, alla propria identità e all’ora esatta rilevata con la massima precisione del momento in cui il segnale viene emesso dal satellite. Un ricevitore GPS riceve normalmente il segnale di almeno 5 satelliti (tra i 12 presenti nel proprio emisfero scarta quelli troppo bassi all’orizzonte e seleziona quelli con il segnale migliore) e attraverso un complesso calcolo chiamato trilaterazione riesce a ottenere la propria localizzazione.

La trilaterazione per individuare la posizione corretta
Nel processo di trilaterazione il ricevitore analizza la posizione dei singoli satelliti e il tempo impiegato dal loro segnale per giungere al ricevitore stesso; avendo il suo orologio interno perfettamente sincronizzato con quello dei satelliti e tenendo conto della velocità di propagazione delle onde radio, può facilmente calcolare la propria distanza rispetto a quella del singolo satellite; quindi combinando le informazioni ottenute da almeno tre satelliti (da qui il termine trilaterazione) riesce a ricavare la propria latitudine e longitudine con una precisione di circa 10 metri. Disponendo delle informazioni di un quarto satellite il ricevitore riesce anche a ricavare la propria altitudine. La precisione del calcolo è poi ulteriormente affinata con l’utilizzo di sistemi WAAS o EGNOS, che consistono essenzialmente in un’interrogazione a un satellite geostazionario che invia loro un messaggio di correzione d’errore innalzandola fino a 2-3 metri. Un database di mappe all’interno del navigatore farà comparire poi graficamente a schermo la posizione esatta del dispositivo.

Il navigatore fa il "fixing"
Quando accendiamo il navigatore, normalmente questo non è già pronto a segnalarci la posizione, proprio perché deve ricevere i segnali dai satelliti ed effettuare la trilaterazione: l’operazione di ricerca dei satelliti ricevibili dal navigatore è detta "fixing" e precede quella del calcolo della posizione. Normalmente, maggiore è il numero dei satelliti rilevato e più precisa e veloce la rilevazione della posizione. Per ovviare all’inconveniente del tempo necessario al fixing, i telefoni cellulari dotati di funzionalità GPS velocizzano le operazioni ricorrendo all’A-GPS (Assisted GPS), che utilizza le celle di telefonia mobile per avere una prima rapida informazione circa il punto in cui si trova il dispositivo e i satelliti che sono visibili da quella determinata cella, informazione che verrà poi raffinata con il raggiungimento del fixing definitivo. 

[ Tratto da "Gli Speciali di MW magazine" maggio 2010]