Come funziona il GPS

21 June 2008
Come funziona il GPS
Fondamentale per una navigazione sicura. Dispone di una tecnologia che genera dati sempre più precisi. Vediamo in che modo e quali sono le possibili evoluzioni. Il GPS è uno strumento divenuto, negli ultimi anni, familiare a tutti, soprattutto per la grande diffusione dei carnavigator, utili ed economici apparecchi che guidano nei trasferimenti stradali, con indicazioni visive e vocali, alla destinazione prescelta e impostata in precedenza. In realtà i dipo...

Introduzione

Fondamentale per una navigazione sicura. Dispone di una tecnologia che genera dati sempre più precisi. Vediamo in che modo e quali sono le possibili evoluzioni. Il GPS è uno strumento divenuto, negli ultimi anni, familiare a tutti, soprattutto per la grande diffusione dei carnavigator, utili ed economici apparecchi che guidano nei trasferimenti stradali, con indicazioni visive e vocali, alla destinazione prescelta e impostata in precedenza. In realtà i diportisti conoscono e apprezzano questo sistema da molti anni e il mercato della nautica, anche nei periodi di crisi più profonda, si è sempre giovato di un settore dell’elettronica che ha visto tassi di crescita costanti, in parte trainato e veicolato proprio dai ricevitori gps, portatili e fissi, o dalle integrazioni del gps con gli altri strumenti di bordo. In pochissimi anni il sistema GPS ha guidato il massiccio ingresso dell’elettronica a bordo, fungendo spesso da apripista, e convincendo anche gli utilizzatori più scettici. Le ragioni di questo successo commerciale, svoltosi a partire dalla fine degli anni 80’, sono molteplici. Precisione e affidabilità – la tecnologia GPS, nata per scopi militari, e ancora oggi di proprietà del Governo statunitense, è molto affidabile e pur non essendo esente da errori, garantisce una notevole precisione nella stima della posizione, della velocità effettiva, della rotta. Anche quando il Ministero della Difesa americano attivava il deterioramento del segnale, la cosiddetta Selective Availability, non vi erano problemi particolari per gli utilizzi nautici. Negli ultimi anni, oltre alla correzione differenziale fornita da sistema DGPS che si avvale di stazioni di terra c’è una correzione satellitare (WAAS/EGNOS) la quale sfrutta alcuni satelliti geostazionari e rende precisissimo il sistema di posizionamento. Con questa correzione satellitare si arriva ad una precisione di circa 3 metri. Gli ultimi ricevitori gps hanno inoltre, grazie allo sviluppo di processori piccoli ed economici, alcune funzioni software in grado di intervenire quando il segnale satellitare è debole o deteriorato da ostacoli e disturbi. È una funzione utile soprattutto per un utilizzo automobilistico e cittadino o in zone molto alberate. Economicità – fin dal l’inizio i produttori hanno avuto una particolare attenzione al fattore prezzo sul quale si sono spesso sfidati, con la conseguenza di un costante abbassamento dei costi per il consumatore finale, anche in presenza di importanti aggiornamenti tecnologici. L’economicità ha spinto notevolmente la diffusione di questi apparecchi i quali hanno comunque dato un notevole contributo alla sicurezza a bordo. Anche i modelli di base hanno infatti tutte le funzioni principali e fondamentali per la sicurezza, quelli più sofisticati si avvalgono di grafica accattivante, schermi a colori di facile lettura e sono in grado di trasferire i dati su di una cartografia elettronica che semplifica l’impostazione delle rotte e la rapida valutazione della posizione rispetto alla costa. Anche l’installazione a bordo non prevede particolari problemi e con i nuovi sistemi Bluetooth l’antenna/ricevitore dalle dimensioni ridottissime può essere piazzata ovunque a bordo (all’esterno ovviamente) e senza bisogno di un collegamento via cavo che trasmette via radio tutti i dati rilevati. Il vantaggio è notevole poiché tutti sanno a quali sollecitazioni atmosferiche siano sottoposti i cavi esterni che spesso rappresentano l’anello debole dell’elettronica a bordo e necessitano di una manutenzione costante. Semplicità di utilizzo – si tratta sicuramente uno degli sviluppi tecnologici più interessanti degli ultimi anni. Sui primi apparecchi i dati erano solo numerici e vi erano display lcd monocromatici con un paio di righe. L’ introduzione degli schermi in grado di supportare funzioni grafiche fino alla visualizzazione della cartografia e la vista a prospettiva autostradale hanno reso semplicissimo l’utilizzo a bordo. Molto spesso i Gps vengono usati per monitorare in maniera efficace e continua la rotta e l’eventuale fuori rotta, sostituendo la consueta bussola. Gli schermi a colori di nuova generazione, ben visibili anche in condizione di luce difficili, permettono di visualizzare con efficacia la cartografia elettronica e avere in ogni momento un quadro ben interpretabile e leggibile dell’avanzamento rispetto alla destinazione finale o intermedia. Le moderne cartografie elettroniche caricate nei plotter Gps danno anche informazioni sui servizi a terra, sulle maree e correnti e in alcuni casi forniscono immagini fotografiche di punti cospicui e zone portuali. Versatilità – grazie all’individuazione di un protocollo comune per lo scambio dei dati (NMEA) e alla sua interfacciabilità con computer e altri strumenti di bordo quali autopiloti, ecoscandagli e radar, il Gps è diventato, a bordo delle moderne imbarcazioni, il cuore di un vero e proprio sistema di navigazione integrata, modulare e flessibile. Potenzia inoltre le possibilità di ogni singolo strumento: connesso ad una centralina del vento rende immediato il calcolo del guadagno al vento VMG, accoppiato ad un ecoscandaglio permette di memorizzare e ritrovare successivamente zone pescose, con un radar-plotter permette di distinguere i profili costieri e di individuare meglio gli ostacoli fissi distinguendoli dai bersagli in movimento, con un autopilota può seguire esattamente la rotta impostata, con i controlli motore aiuta nel calcolo di consumi e autonomia. Un Gps portatile può poi essere proficuamente utilizzato a bordo di un’imbarcazione o gommone e poi essere trasferito sull’auto o usato per gite e escursioni. Esiste infatti la possibilità di caricare cartucce marine e stradali alternativamente o in alcuni casi contemporaneamente.

Come Funziona

Come funziona 24 satelliti (più alcune riserve) sono la struttura portante del sistema. Viaggiano ad un’altezza dal suolo terrestre di circa 22.000 chilometri, un’ orbita che consente ad ogni satellite una rivoluzione intorno alla terra relativamente lenta - un’orbita completa viene percorsa in 12 ore - e garantisce una buona stabilità. Per coprire adeguatamente ogni punto del globo terrestre i satelliti sono stati disposti su sei piani orbitali differenti (quattro satelliti per ogni piano orbitale) inclinati tra loro di 60° e di circa 55° rispetto al piano equatoriale della Terra. Questa configurazione, una sorta di rete a maglie larghe, è stata adottata poiché garantisce la disponibilità del segnale, in ogni momento e in ogni punto del globo, da un minimo di cinque a un massimo di otto satelliti. Visto che orbitano i satelliti si alterneranno nella visibilità e per un satellite che tramonta sul nostro orizzonte e diventa invisibile al nostro strumento, ce ne sarà un altro o degli altri che sorgono. Per la determinazione della posizione in tre dimensioni lat/lon e altitudine sono necessari almeno quattro satelliti, mentre per gli utilizzi nautici è sufficiente disporre del segnale di tre. Frequenze I satelliti trasmettono, per gli usi civili, sulla frequenza di 1575,42 MHz, mentre il servizio denominato PPS (precise positioning system) in uso ai sistemi militari usa anche la frequenza di 1227,60 MHz e garantisce una precisione ancora maggiore. Visto che è cruciale, per ottenere calcoli esatti sulla posizione, la variabile tempo, tutti i satelliti hanno a bordo quattro orologi atomici, due al cesio e due al rubidio che vengono occasionalmente corretti da terra per mantenerne la sincronizzazione e una precisione nell’ordine del millisecondo. È proprio tramite la trasmissione degli orari esatti che il ricevitore Gps con semplici calcoli trigonometrici e grazie alla conoscenza di velocità della propagazione delle onde elettromagnetiche (la velocità della luce) deduce la posizione e, in movimento, la direzione e la velocità. In pratica si misura il tempo intercorrente tra la trasmissione di un dato “pacchetto” di bit emesso ad orario prestabilito dal satellite e il momento della ricezione da parte del Gps. Si ottiene quindi con un semplice calcolo la distanza di quel satellite. Ripetendo l’operazione per svariati satelliti si ha la definizione esatta della posizione. Se il nostro ricevitore Gps avesse integrato un orologio atomico che gli fornisce l’ora esatta, sincronizzata con quella degli orologi presenti sui satelliti, sarebbero sufficienti 3 satelliti per determinare le coordinate esatte in tre dimensioni. Visto che questo non è ovviamente possibile, il ricevitore deve dedurre questo dato sulla base del segnale ricevuto da un quarto satellite. Con quattro satelliti si può calcolare con discreta approssimazione lo scarto dell’orologio interno al Gps rispetto a quelli presenti sui satelliti e quindi ottenere un valore preciso sulla posizione. Per gli utilizzi nautici, nei quali l’altezza dal suolo non è rilevante, è sufficiente ricevere il segnale di 3 satelliti. Il messaggio Il pacchetto informativo trasmesso dai satelliti detto “Navigation Message” (Messaggio di Navigazione) contiene essenzialmente un’indicazione temporale sul momento dell’inizio della trasmissione e i dati sui parametri orbitali aggiornati con esattezza e validi per almeno un ora. Un messaggio completo viene irradiato ogni 12 minuti e mezzo, ma alcuni parametri vengono continuamente ripetuti ogni 30 secondi in modo da consentire un’aggiornamento puntuale sui dati più critici. Gli scostamenti dall’orbita ideale del satellite, tenuto conto anche della non perfetta sfericità del globo terrestre sono continuamente monitorati e eventualmente corretti. Quando si accende per la prima volta un Gps oppure dopo un lungo tempo di non utilizzo (cold start) il tempo di acquisizione è piuttosto lungo proprio perché richiede la ricezione di tutto il messaggio, mentre dopo il primo utilizzo i dati dell’almanacco aggiornato con le posizioni precise dei satelliti viene tenuto in memoria e consente all’apparecchio di “riorientarsi” rapidamente, in una quindicina di secondi, quando viene riacceso (warm start) in quanto identifica con precisione la provenienza del segnale. Se ci si sposta con il Gps spento per qualche centinaio di chilometri può essere necessario alla riaccensione reinserire manualmente una grossolana posizione, questo perché i dati registrati prima dell’ultimo spegnimento non corrispondono alla configurazione precedente. Se non conoscete neanche approssimativamente la posizione c’è la funzione di autolocalizzazione che richiede circa una quindicina di minuti prima di fornire il dato di localizzazione. Gli scostamenti dall’orbita ideale del satellite, tenuto conto anche della non perfetta sfericità del globo terrestre sono continuamente monitorati e eventualmente corretti.

L'apparecchio

L’apparecchio L’apparecchio ricevente si compone quindi di un’antenna omnidirezionale di dimensioni molto ridotte, adatta a ricevere un segnale relativamente debole come quello dei satelliti che trasmettono da 22.000 km con una potenza di circa 500 W, di un ricevitore radio per la decodifica del segnale e di un microprocessore che registra i dati e li elabora e li rende accessibili grazie ad uno schermo a cristalli liquidi. La sezione ricevente è comunque complessa visto che deve contemporaneamente acquisire, per calcolare la posizione con precisione, il segnale di 3 o 4 satelliti. La soluzioni tecnica più utilizzata è quella di disporre di molti canali (fino a 12) che possono “lavorare” contemporaneamente e quindi ricevere segnali provenienti da satelliti diversi, dando la priorità ai segnali più forti. In questo modo tutti i segnali provenienti dai satelliti disponibili vengono acquisiti ottenendo una notevole accuratezza. La tecnologia multiplexer, oggi meno utilizzata, prevede che ogni canale (1 o 2) effettui delle rapidissime scansioni alla ricerca del segnale più potente e registri i dati dei satelliti. La precisione resta la stessa, ma aumentano i tempi di calcolo ed è più lunga l’ acquisizione della posizione dopo un periodo di non utilizzo. La precisione Alcuni fattori influenzano la precisione dei sistemi GPS. In primo luogo, visto che il sistema è di proprietà statunitense ed è tutt’ora gestito dal Ministero della Difesa di quel paese c’è il problema della SA (Selective Availability), in pratica un deterioramento fittizio del segnale Gps indotto proprio dal Ministero della Difesa degli Stati Uniti, per tutti gli utilizzatori non militari e governativi. La precisione potenziale del sistema che è di circa 30 metri, senza segnali di correzione, può essere ridotta a 100 metri (secondo i dati precisi 100 metri in orizzontale, 156 in verticale e 340 nanosecondi di ritardo/anticipo temporale per la precisione degli orologi). La SA si realizza agendo sul segnale proveniente dal precisissimo orologio atomico presente sui satelliti causando un infinitesimo anticipo o ritardo diverso per ogni singolo satellite e assolutamente casuale e non prevedibile oppure tramite l’introduzione di un errore nella trasmissione delle effemeridi, le coordinate stellari dei satelliti. La SA, presente per tutti gli anni ’90 è stata disattivata da qualche anno poiché gli utilizzi civili, e in particolare i navigatori stradali, hanno raggiunto un tale volume d’affari e una forza economica tale da spingere fortemente ad ottenere la maggior precisione possibile dai ricevitori sul mercato. Nulla ci garantisce che la SA non venga in particolari condizioni reintrodotta dal Governo statunitense, ma in un futuro piuttosto vicino ci sarà un sistema alternativo e a capitale europeo chiamato Galileo, che andrà a soddisfare tutti gli utilizzi civili di un sistema di posizionamento satellitare. Esistono comunque metodi statistici sofisticati, usati da molti apparecchi sul mercato, dotati di buone capacità di calcolo e di processori veloci, in grado di ridurre l’errore. Errore che viene comunque quasi totalmente annullato nei cosiddetti DGPS, cioè ricevitori differenziali che oltre al segnale dei satelliti acquisiscono un segnale da una postazione di terra. Ancora più preciso del sistema di correzione da terra è quello che si basa su di un segnale di correzione proveniente da satelliti geostazionari. Il sistema denominato WAAS/ EGNOS è in grado di bilanciare la SA, pur se non globalmente. Un altro fattore che influenza la precisione è il deterioramento ionosferico. La ionosfera è lo strato alto dell’atmosfera terrestre e va dai 50 ai 1000 km dal suolo. È costituito da aria ionizzata, cioè elettricamente carica, che può indurre disturbi sulle radioonde che partono dai satelliti. A patto di conoscere e mappare l’intensità delle perturbazioni ionosferiche è possibile apportare una correzione almeno parziale al segnale. Anche uno scostamento del satellite dalla rotta prevista – vi sono ovviamente delle piccole variazioni rispetto alle orbite teoriche dei satelliti i cui parametri sono inseriti nei ricevitori gps - può causare piccoli e quasi trascurabili (1 metro circa) errori di calcolo. Sono parimenti trascurabili i disturbi del segnale provocati da particolari condizioni di umidità, temperatura e pressione degli strati bassi dell’atmosfera, ,o da piccole riflessioni del segnale in prossimità del ricevitore o lievi imprecisioni dell’orologio atomico del satellite e infine limiti fisici del ricevitore quali il rapporto segnale/rumore. La correzione La correzione se vuole essere efficace deve comunque poter agire su questi fattori. Servono quindi dei centri di controllo a terra che acquisiscano una gran mole di informazioni che vanno dai dati sulla rotta dei satelliti e sulle previsioni del tempo a quelli sull’attività solare sulla ionosfera, sulla funzionalità degli orologi dei satelliti e sull’integrità del segnale. Una volta elaborati i dati sono poi ritrasmessi al satellite geostazionario che li irradia nella propria area di copertura. Per essere usato proficuamente il segnale deve essere ricevuto in continuo e con un’ottima qualità poiché è grande la massa di dati che vengono trasmessi e continuamente aggiornati, la cui acquisizione parziale non è in grado di apportare sostanziali incrementi nella precisione.

Altri sitemi

Dgps I cosiddetti DGPS, sono ricevitori differenziali che, oltre al segnale dei satelliti elaborano un segnale da una postazione di terra. Tramite questo dato certo, posizione e distanza dalla stazione di terra sono in grado di ricalcolare e correggere il dato dei satelliti facendo arrivare al precisione a pochi metri. Il sistema DGPS non è disponibile ovunque, poiché per garantire precisione richiede di trovarsi entro un raggio di circa 200 km dalle poche stazioni che irradiano il segnale correttivo in onde corte. E necessario che nell’apparecchio siano presenti 2 sezioni riceventi distinte una per il segnale gps e una per la correzione in quanto le frequenze utilizzate sono molto distanti fra loro. Waas/Egnos Sono ormai disponibili sul mercato una serie di apparecchiature GPS, portatili e non che si dichiarano in grado di aumentare fino alla strabiliante precisione di tre metri le performance dei comuni ricevitori satellitari. Il tutto grazie ad un segnale di correzione che, al contrario di quello dei GPS differenziali (DGPS) che proviene da stazioni di terra, proviene da satelliti geostazionari. Questo servizio, del tutto gratuito viene trasmesso sulla stessa frequenza del segnale Gps (attorno ai 1500 MHz). Per il Nordamerica il servizio è fornito da due satelliti che costituiscono il sistema WAAS (Wide Area Argumentation Service): Inmarsat III POR (Pacific Ocean Region) e AOR-W (Atlantic Ocean Region-West). Per l’Europa sono attivi altri due Inmarsat (AOR-E e IOR) e anche il satellite dell’Agenzia spaziale europea Artemis. L’Agenzia Europea ha anche previsto di incorporare nel messaggio EGNOS il segnale di correzione predisposto dagli otto satelliti russi GLONASS, la vecchia rete di posizionamento satellitare sovietica. Anche il Giappone avrà in futuro un suo sistema di correzione satellitare (MSAS). Il sistema si avvarrà di un’ampia rete di stazioni di terra (una quarantina solo in Europa) che sono il vero cuore del sistema nel senso che elaborano l’enorme massa di dati necessaria ad approntare il segnale di correzione. Questo sistema di correzione aumenta effettivamente il grado di precisione dei gps con scarti di pochi metri, ma vi sono alcune considerazioni che inducono una certa cautela nell’ utilizzo della correzione. Il sistema WAAS/EGNOS non è nato per l’utilizzo terrestre o marino, ma aeronautico. È stato progettato infatti per costituire un sistema di navigazione integrata molto preciso (GNSS- Global Navigation Satellite System) che in un futuro andrà a sostituire l’obsoleta, anche se affidabilissima, tecnologia dei transponder e radiofari che oggi guidano le fasi più delicate della navigazione aerea commerciale e non, come l’avvicinamento agli aeroporti, il decollo e l’atterraggio. È quindi chiaro che fino a che non sarà perfettamente collaudato e affidabile, e quindi sfruttabile al cento per cento ai fini della sicurezza, non sarà reso completamente operativo. I comuni gps sono in grado, con pochissime modifiche strutturali, utilizzando uno o due dei 12 canali disponibili per monitorare il satellite geostazionario, di acquisire il segnale di correzione proveniente dai satelliti anche se in molti casi non c’ è un vero e proprio miglioramento della qualità del posizionamento proprio perché il sistema è in fase di non piena operatività. Come abbiamo detto la correzione, per essere efficace, deve poter agire sui fattori di disturbo elencati in precedenza. Servono quindi dei centri di controllo a terra che acquisiscano una gran mole di informazioni che vanno dai dati sulla rotta dei satelliti e sulle previsioni del tempo a quelli sull’ attività solare sulla ionosfera, sulla funzionalità degli orologi dei satelliti e sull’integrità del segnale. Una volta elaborati i dati devono poi essere ritrasmessi al satellite geostazionario che li irradia nella propria area di copertura. Per essere usato proficuamente il segnale deve quindi essere ricevuto in continuo e con un’ottima qualità poiché è grande la massa di dati che vengono trasmessi e continuamente aggiornati, la cui acquisizione parziale non è in grado di apportare sostanziali incrementi nella precisione. Non è quindi utilizzabile un apparecchio nella modalità di battery saving, molto comune tra i portatili, la quale rende attivo il ricevitore ad intervalli prestabiliti , mentre per la maggior parte del tempo lascia l’apparecchio in stand-by. Inoltre allontanandosi molto dalle stazioni di correzione di terra (si parla di circa 800 km) il segnale perde di efficacia. Questo significa ad esempio che il segnale WAAS (valido per il continente americano), pur essendo ricevibile anche in parte dell’ Europa o in Africa o comunque ad una distanza dalle coste nordamericane di 4-500 miglia non deve essere utilizzato in quelle zone poiché di fatto riduce, invece di aumentare la precisione del Gps. Tra le funzioni del ricevitore gps sarebbe importante avere un controllo, da parte sull’operatività o meno del sistema in ogni momento. Non essendo fatto per i comuni gps commerciali il sistema non supporta questa funzione per cui non è in grado di segnalarci se c’è o meno un miglioramento della precisione rispetto alla posizione rilevata in assenza di correzione. Il sistema EGNOS che come detto è attivo a livello sperimentale, trasmette un segnale che mette in guardia dall’utilizzo a scopo di navigazione. Vi è da dire che la precisione ottenuta sulla base dei test effettuati è davvero strabiliante. EGNOS, per il quale è stata approntata una serie di verifiche a livello professionale, ha dimostrato un’accuratezza, a patto di avere disponibili tutti i dati e le mappe ionosferiche, che arriva ai 3-4 metri in orizzontale e 6 in verticale nel 95% delle misurazioni. Senza la disponibilità di correzione ionosferica la precisione scende a 7 metri in orizzontale e 18 in verticale sempre nel 95% dei casi. I test condotti anche su WAAS indicano che il segnale è nettamente più preciso di notte rispetto al giorno per la presenza di minore attività elettrica nella ionosfera, raggiungendo una precisione migliore di 2 metri. Sono già molti gli apparecchi presenti sul mercato in grado di acquisire il segnale di correzione WWAS/ EGNOS (o solo WAAS). E’ giusto che chi li acquista sia ben consapevole del fatto che non aumentano sempre e comunque la precisione del posizionamento, ma possono addirittura diminuirla. Tutto dipende dalle zone di utilizzo, dalla disponibilità in quel momento e in quell’area di tutti i dati necessari alla correzione (mappe ionosferiche in prima istanza), dalla distanza dalla zona per la quale sono predisposti i dati, dalla qualità e continuità della ricezione da parte del proprio gps. L’importante è non riporre eccessiva fiducia nei dati strumentali in vicinanza di scogli, boe, secche e zone portuali strette e trafficate. Galileo È già stato lanciato il primo satellite per la costituzione della nuova rete di posizionamento globale satellitare europea che si chiamerà Galileo e sarà alternativa al sistema GPS. Se in una prima fase l’operatività del sistema era prevista per il 2008, ora si parla del 2010. Galileo è stato progettato esclusivamente per utilizzi civili che nelle ambizioni della UE dovrebbe soppiantare o per lo meno affiancare il sistema Gps di proprietà del Ministero della Difesa americano. Il passo politico è importante poiché consentirebbe all’ Europa, e in particolare alle industrie automobilistiche e ai produttori di car navigator così come dai gestori del traffico aereo, di affrancarsi della possibilità remota, ma non escludibile a priori, di una indisponibilità del sistema operata dagli Stati Uniti. È inoltre un sistema che nasce e si sviluppa per gli utenti civili e non militari garantendo notevole flessibilità e sfruttabilità commerciale. Si tratta di una sfida importante dal punto di vista strategico poiché rappresenterebbe un segnale di forza economica, industriale e tecnologica di cui l’Europa potrà giovarsi, acquisendo una capacità di influenza politica e commerciale che fino a oggi non ha avuto. Il progetto Galileo promosso dalla UE ha visto il pesante coinvolgimento di investitori privati, a fianco di quelli pubblici, un sistema misto che ha consentito di finanziare adeguatamente il grande investimento economico necessario per renderlo operativo. Gran parte dell’investimento è sostenuto dall’Unione Europea, ma i privati consorziati o meno o Enti pubblici dei singoli stati possono partecipare con un contributo minimo di 20 milioni di euro. I responsabili del progetto dicono che il sistema sarà compatibile e ridondante rispetto al Gps. Questo può voler dire che quando Galileo sarà operativo, non dovremo buttare i nostri ricevitori Gps, ma che potremo usare alternativamente i due sistemi potendo scegliere di volta in volta il più affidabile. E più probabile che siano immessi sul mercato degli strumenti nuovi in grado di ricevere contemporaneamente il segnale dei due sistemi. I razzi vettori che porteranno in orbita i satelliti saranno gli Ariane.

Dati e Glossario

I dati tecnici Il sistema in piena operatività è molto simile all’attuale Gps e prevede trenta satelliti di cui 27 operativi e 3 di riserva posizionati su tre diversi piani orbitali circolari in orbita media (circa 22.000 km). Vi saranno due centri di terra per il controllo e la correzione delle orbite e dei dati trasmessi (Gcc Galileo Control Centres) nel territorio europeo. Galileo verrà integrato con il sistema Sar (Search and Rescue) basato sulla rete satellitare Cospar-Sarsat grazie a dei transponder che invieranno l’eventuale segnale di soccorso al centro di terra, abbreviando i tempi di intervento e garantendo una copertura globale. Chi ha lanciato il segnale di soccorso riceverà anche un segnale che conferma l’avvenuta ricezione dello stesso. Si tratta di un’importante innovazione rispetto alla situazione attuale che non permette alcuna risposta al segnale di soccorso. I costi di utilizzo del sistema per gli utenti saranno nulli per il servizio base (come per il Gps), mentre sono previsti servizi a pagamento per applicazioni professionali o commerciali che richiedono prestazioni particolari. La precisione prevista si avvicina al metro. Sono attualmente allo studio diverse tipologie di terminali adatti a ricevere i segnali dei satelliti Galileo. Molto dipenderà anche dalle evoluzione tecnologiche di questi anni e dalla diffusione del sistema Umts, i telefonini di nuova generazione. Lo scopo dei progettisti èquello di combinare un piccolo ricevitore satellitare a un telefono cellulare. I mini terminali che saranno probabilmente i più diffusi verranno spesso integrati nei sistemi di comunicazione mobili Gsm o Umts. Si potrà per esempio fare una chiamata a un servizio di emergenza (Polizia, Ambulanze, Vigili del Fuoco, Guardia Costiera) fornendo le coordinate esatte del luogo dell’intervento. I terminali destinati a sistemi di navigazione integrata sono studiati per gli usi aeronautici, ma saranno facilmente adattabili alla nautica che già ricorre massicciamente al sistema Gps. Gli utilizzi del sistema sono molti e grazie alla possibile integrazione con altri sistemi di comunicazione ci saranno importanti ricadute dal punto di vista della sicurezza stradale. L’assistenza alla guida fornita dai car-navigator, oggi basati su gps, potrà essere supportata da informazioni sul traffico contribuendo a ridurre gli incidenti, il traffico, i tempi di percorrenza e i consumi. Anche la logistica commerciale e la gestione delle flotte (taxi, tir, bus, navi… ) potrà trarre enormi vantaggi e risparmi dal monitoraggio dei mezzi. L’aviazione civile uno dei maggiori utilizzatori futuri del sistema, visto che nel progetto sono coinvolti i più importanti enti di assistenza al volo, potrà godere di una razionalizzazione delle rotte, voli più diretti e ridotti rischi di collisione nel congestionato spazio aereo europeo, con un più efficiente controllo da terra. L’integrazione con il progetto EGNOS, che fornirà un segnale di correzione in grado di aumentare ulteriormente la precisione, è complementare alla nascita di Galileo e coinvolge ESA, UE e Eurocontrol (l’ organizzazione europea per la sicurezza della navigazione aerea). Si vuole sostituire completamente l’antiquato sistema dei radiofari, consentendo di avere un supporto affidabile e preciso nelle fasi critiche quali decollo e atterraggio, guida di treni o di navi in acque affollate o pericolose. Il sistema se utilizzato per la gestione e la guida dei mezzi di soccorso e assistenza abbrevierà i tempi di intervento e razionalizzerà l’utilizzo dei mezzi da impiegare. Tutto ciò vale sia in campo terrestre che nautico. In quest’ ultimo si prevede l’integrazione con il sistema Cospar-Sarsat che permette di ricevere in tempi molto rapidi e con grande affidabilità il segnale di soccorso compreso della posizione dell’imbarcazione. Glossario LATITUDINE/LONGITUDINE: sono delle coordinate geografiche che individuano un punto sulla superficie terrestre. La latitudine misura la distanza angolare, a nord o a sud, di un punto dall’equatore sul meridiano che passa per quel punto. Punti con uguale latitudine sono posti sullo stesso parallelo. La longitudine è la distanza angolare, a est oppure a ovest, di un punto dal meridiano di Greenwich. Punti con uguale longitudine sono posti sullo stesso meridiano. Entrambe le coordinate si misurano in gradi e sottomultipli. GPS: (global positioning system) indica il sistema di posizionamento e navigazione basato sulle informazioni trasmesse dalla rete dei satelliti. DGPS: (differential gps) di tratta di un apparecchio in grado di ricevere, oltre al comune segnale gps satellitare anche un segnale di correzione da una stazione di terra che incrementa notevolmente la precisione dell’apparecchio. WAAS/EGNO/MSAS: sistema di correzione satellitare molto sofisticato che tiene conto anche delle perturbazioni del segnale gps causate dal passaggio nella ionosfera che porta la precisione del rilevamento del gps a 3-7 metri. Il segnale è trasmesso da satelliti geostazionari centrati sul Nordamerica (WAAS), sull’Europa (EGNOS)e in futuro sul Giappone (MSAS). MOB: (man over board) uomo a mare SOG: (speed over ground) si tratta della velocità effettiva rispetto al suolo. COG: (course over ground) è la direzione effettiva, rispetto al nord magnetico, in cui ci si sta muovendo. ETA: (estimated time of arrival) indica l’ora stimata di arrivo data la velocità attuale. ETE o TTG: (estimated time of enroute/ time to go) indica la durata della navigazione alla velocità attuale CTE o XTE: (cross track error) indica di quanto ci stiamo discostando dalla rotta ideale che congiunge punto di partenza e punto di destinazione. WAYPOINT: una rotta non lineare richiede di passare da uno o più punti intermedi detti appunto waypoint. BEARING/BRG: (angolo di rotta) è la direzione in gradi rispetto al Nord magnetico da una posizione ad un’altra. RANGE/RNG: è la distanza tra due waypoint. DTW: (distance to waypoint) indica la distanza che ci separa dal prossimo waypoint DTD:(distance to destination) è la distanza che ci separa dalla nostra meta finale CTW: (course to waypoint) è l’angolo di rotta ideale per giungere al waypoint. VMG: (velocity made good) è la velocità effettiva di avanzamento rispetto ad un waypoint di destinazione. Sulle imbarcazioni a vela, accoppiando Gps e centralina del vento può essere calcolata anche la VMG al vento, cioè il guadagno al vento, parametro fondamentale per ottimizzare la rotta nelle andature di bolina. ROUTE: (rotta) è un percorso con punti intermedi (waypoint) che conduce ad una destinazione. UTM: (Universal Transvers Mercator): si tratta di una delle proiezioni più diffuse per la produzione di carte geografiche ed è adottata come standard mondiale. Si basa essenzialmente sulla suddivisione della proiezione del globo su di un reticolato basato su latitudine e longitudine.

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