Global Positioning System

Il GPS Navstar è un sistema di posizionamento realizzato dagli Stati Uniti E’ composto da tre segmenti: quello spaziale, quello di controllo e quello utenti.
Il segmento spaziale contiene 24 satelliti operativi orbitanti ad una altezza di 20.200 km, con un periodo orbitale di circa 11h e 58’. I satelliti sono posizionati su sei piani orbitali inclinati di 55° rispetto all’equatore e in ciascuno di essi sono contenuti 4 satelliti. Le geometrie di posizionamento adottate tendono a far sì che almeno 4 satelliti possano essere costantemente osservati da qualsiasi punto della terra. I satelliti irradiano segnali su due frequenze in banda L (L1 e L2 rispettivamente 1.575,42 MHz e 1.227,60 MHz). L’utilizzo di due frequenze assicura la correzione della maggior parte dell’errore dovuto al ritardo di propagazione del segnale nei diversi strati atmosferici incontrati nel percorso satellite-utente.
Il segmento di controllo del GPS è composto da:
- una Stazione Principale di Controllo (Master Control Station - MCS);
- cinque stazioni di monitoraggio (Monitor Station - MS);
- tre antenne di trasmissione di terra (Ground Antennas - GA).
La MCS è ubicata nel Colorado, a Colorado Springs, e compie funzioni di comando e controllo dei satelliti e delle infrastrutture a terra. Assolve inoltre compiti di pianificazione, analisi delle prestazioni e manutenzione del software. Le 5 stazioni di monitoraggio sono ubicate in diverse località della superficie terrestre: una sempre a Colorado Spings, poi sulle isole Marshall e Hawaii nell’Oceano Pacifico, sulle isole Chagos nell’Oceano Indiano ed infine sulle isole Ascension nell’Oceano Atlantico. Il loro compito principale è quello di raccogliere dati ed inviarli alla MCS. Tre stazioni di monitoraggio dispongono anche di antenne di trasmissione per comunicazioni bidirezionali con i satelliti GPS. Tali antenne di terra trasmettono i comandi provenienti dalla MCS ai satelliti GPS ed acquisiscono dati telemetrici.
Il segmento degli utenti consiste in un ricevitore GPS con l’associato equipaggiamento. I ricevitori GPS ricavano dai satelliti informazioni sulla propria posizione e sul tempo cronologico, mostrandole all’utente nella forma più adatta. Il funzionamento del GPS è basato sulla misura della distanza satellite–utente. Tale misura è ricavata dal ritardo con cui il messaggio di navigazione del satellite giunge all’utente.
Il segnale GPS, come già detto, è trasmesso su frequenze in banda L e contiene un codice ed un segnale di navigazione. I codici sono di due tipi: il codice C/A (Coarse Acquisition), permette l’accesso al segnale GPS meno accurato indicato con la sigla SPS (Standard Positioning Service), ed il codice P (Precision), permette l’accesso al più accurato segnale militare noto con la sigla PPS (Precision Positioning Service).
Il segnale SPS, trasmesso sulla portante L1, è libero ed è gratuitamente fornito agli utenti di tutto il mondo. Il segnale PPS, invece, trasmesso sulle 2 portanti L1 ed L2, è criptato e attualmente utilizzabile soltanto dagli utenti militari NATO. Gli Stati Uniti hanno realizzato il GPS in modo da differenziare la qualità delle informazioni fornite dal sistema, attraverso l’uso di due dispositivi: la disponibilità selettiva o SA (Selective Availability) e l’antidepistaggio o A-S (Anti-Spoofing).
La SA consiste nel degradare volontariamente il segnale SPS introducendo degli errori nel “messaggio di navigazione”.L’A-S consiste invece nel criptare il segnale PPS rendendolo accessibile solamente attraverso un codice di acquisizione denominato “Y-Code”. La SA e l’A-S sono costantemente in funzione causando rispettivamente un’imprecisione di 100 metri nella determinazione della posizione (con la SA a zero 30 metri) e l’impossibilità di correggere gli errori dovuti alla rifrazione ionosferica delle onde elettromagnetiche a causa della mancanza della seconda frequenza. L’A-S, criptando il segnale, consente di salvaguardare il segnale PPS contro imitazioni elettroniche a scopo sabotativo e di creare eventuali interferenze sul segnale a frequenza L1, l’unico utilizzabile da forze militari nemiche, senza compromettere la propria continuità di utilizzo del sistema. L’accuratezza orizzontale dichiarata per il segnale GPS è di 100 m e quella verticale di 300 m. L’accuratezza orizzontale del segnale PPS invece è di 17,8 m e quella verticale di 27,7 m. L’errore sui dati relativi alla velocità è di circa 0,1 m/sec.