Che cos'è il GPS

Precisione del sistema GPS e origine degli errori

Sebbene il sistema GPS fornisca la posizione geografica, l'altitudine e la velocità con una precisione quasi perfetta, è necessario tenere conto dell'errore intrinseco dei dispositivi GPS nel momento in cui acquisiscono segnali da una costellazione di satelliti nello spazio.

L'imprecisa acquisizione dell'ora da parte dell'orologio dei ricevitori GPS costituisce la principale causa di errore. Per calcolare la posizione geografica, l'altitudine e la velocità, il computer integrato nei ricevitori utilizza infatti segnali radio a microonde provenienti da almeno tre satelliti alla velocità della luce.

Leggere discrepanze tra l'orologio interno del ricevitore GPS e l'ora GPS, che sincronizza l'intero sistema di posizionamento globale, possono determinare imprecisioni nelle distanze calcolate. Sono disponibili due soluzioni al problema. La prima consiste nell'integrare un orologio atomico in ogni ricevitore, con un costo di circa $ 100.000. La seconda prevede l'applicazione di alcuni trucchi matematici per compensare l'errore intrinseco associato all'acquisizione dell'ora da parte del ricevitore da tre o più segnali satellitari, in modo da poter reimpostare regolarmente l'orologio. Questa seconda soluzione, meno costosa, è utilizzata dai produttori di dispositivi di navigazione satellitare.

Un altro errore intrinseco del sistema GPS è associato al suo stesso funzionamento. I ricevitori GPS analizzano i tre segnali inviati da altrettanti satelliti appartenenti al sistema e calcolano il tempo necessario a ciascun segnale per raggiungerli. Applicano quindi il metodo della trilaterazione per determinare l'esatta posizione del ricevitore. I segnali, infatti, vengono trasmessi dai satelliti a una velocità specifica.

Sfortunatamente, la precisione dei rilevatori elettronici presenti nei dispositivi GPS standard è pari ad appena l'1% del tempo di bit, che corrisponde a circa 10 miliardesimi di secondo (10 nanosecondi). Poiché i segnali a microonde del GPS viaggiano alla velocità della luce, questo difetto determina un errore di circa 3 metri. È possibile affermare quindi che i ricevitori GPS standard indicano la posizione geografica con un margine di errore di circa 3 metri. Nei più avanzati ricevitori GPS utilizzati in ambito militare, questo margine si riduce a 300 millimetri.

Altri errori possono essere determinati da fattori atmosferici che degradano il segnale GPS prima che raggiunga il ricevitore. Anche l'effetto di riflessione delle onde sugli edifici e su altri oggetti solidi molto grandi può incidere sulla precisione dei segnali GPS. Possono verificarsi infine errori nell'acquisizione dell'ora e nella gestione dei dati da parte di un determinato satellite. Questo problema viene comunque eluso dai ricevitori GPS, che acquisiscono i dati da tre o più satelliti diversi.