Ogni istante, ci sono almeno 4 satelliti GPS in linea con un ricevitore sulla Terra. Ciascuno di questi satelliti GPS invia informazioni sulla sua posizione e l’ora corrente al ricevitore GPS a istanti regolari fissi di tempo.
Queste informazioni vengono trasmesse al ricevitore sotto forma di segnale che viene poi intercettato dai dispositivi riceventi. Questi segnali sono segnali radio che viaggiano alla velocità della luce. La distanza tra un ricevitore GPS e il satellite viene calcolata trovando la differenza tra l’ora in cui il segnale è stato inviato dal satellite GPS e l’ora in cui il ricevitore ha ricevuto il segnale.
Una volta che il ricevitore riceve il segnale da almeno tre satelliti, il ricevitore punta la sua posizione utilizzando il processo di trilaterazione. Un GPS richiede almeno 3 satelliti per calcolare la posizione 2-D (latitudine e longitudine su una mappa). In questo caso, il ricevitore GPS presume di trovarsi al livello medio del mare. Tuttavia, sono necessari almeno 4 satelliti per trovare la posizione 3D del ricevitore (latitudine, longitudine e altitudine).
Cos’è la trilaterazione?
La trilaterazione è il processo per determinare la tua posizione in base all’intersezione delle sfere. Quando un ricevitore riceve un segnale da uno dei satelliti, calcola la sua distanza dal satellite considerando una sfera 3-D con il satellite posizionato al centro della sfera. Una volta che il ricevitore fa lo stesso con altri 3 satelliti, il ricevitore procede quindi a trovare il punto di intersezione delle 3 sfere per calcolare la sua posizione.
Una volta calcolata la posizione di un ricevitore, il dispositivo GPS può quindi calcolare facilmente:
- Ora dell’alba e del tramonto
- Velocità
- Traccia
- Distanza dalla destinazione del ricevitore GPS.
Ecco invece alcune sfide tecniche affrontate dal GPS:
- Sincronizzazione dell’ora tra i singoli satelliti e il ricevitore GPS
- Aggiornamento in tempo reale della posizione esatta del satellite GPS
- Misurazione precisa
- Interferenza con altri segnali
Sincronizzazione dell’ora
Ciascuno dei satelliti GPS è dotato di un orologio atomico che mantiene l’ora aggiornata e precisa. Per aggiornare e fornire tempi precisi sul ricevitore, il ricevitore utilizza il quarto satellite GPS per mantenere i tempi precisi.
I satelliti GPS sono costantemente gestiti da stazioni a terra per risolvere la sincronizzazione dell’ora.
Precisione della sincronizzazione dell’ora
Le radiazioni elettromagnetiche si propagano alla velocità della luce. La precisione nella posizione è direttamente proporzionale alla misurazione del tempo, poiché velocità * tempo = distanza, quindi anche una leggera deviazione nel calcolo del tempo può creare enormi differenze di distanza dovute alla grande velocità della luce.
Aggiornamento in tempo reale della posizione esatta del satellite
Questo viene fatto monitorando i satelliti da un certo numero di sistemi basati a terra ampiamente distribuiti. La stazione principale analizza tutte le misurazioni e trasmette la posizione effettiva di ciascun satellite.