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Glossario informatico: GPS

Sistema di posizionamento su base satellitare, realizzato a partire dal 1978 dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti d'America.

I 30 satelliti che generano il segnale GPS si trovano su 6 orbite non geostazionarie, inclinate di 56° rispetto al piano equatoriale terrestre (ogni piano orbitale ne "ospita" 4); ognuno di loro genera un segnale radio ad alta stabilità di frequenza ("portante"): su questo sono modulati messaggi che contengono informazioni sulle effemeridi del satellite tabelle che riportano le posizioni calcolate nel tempo).

Il ricevitore a terra (il dispositivo tra le mani dell'utente) è in grado di identificare il satellite decodificando questi messaggi: riesce inoltre a calcolarne la distanza misurando il ritardo del segnale rispetto a quello di riferimento, generato da un oscillatore interno.

Conoscendo la posizione di almeno 3 satelliti, il ricevitore riesce a calcolare la propria posizione sulla superficie terrestre (quindi non l'altitudine); se è visibile un numero superiore di satelliti, vi sarà maggior precisione di calcolo e sarà possibile determinare anche l'altitudine.


Storia
Il GPS è una tecnologia ideata per l'uso militare e in seguito, nel 1983, aperta agli usi civili.
L'idea di "fare il punto" (calcolare la posizione) utilizzando segnali radio anziché il classico astrolabio risale ai tempi della Seconda Guerra Mondiale; il primo progetto con l'utilizzo di satelliti è invece del 1956.

Nel 1957 l'Unione Sovietica mise in orbita il primo satellite artificiale: lo Sputnik. Fu osservandone l'orbita e misurando il segnale proveniente da esso che i ricercatori americani si resero conto che il segnale radio era distorto dall'effetto Doppler: la frequenza risultava più alta quando il satellite era in avvicinamento e più bassa quando si allontanava. Compresero così che, nota la posizione del punto d'osservazione, era possibile conoscere la posizione del satellite misurando la distorsione del segnale.

Il primo sistema di posizionamento, Transit, fu messo a punto nel 1960. Si appoggiava su una "costellazione" di soli 5 satelliti, poteva coprire solo un'area limitata del globo ed era utilizzato in ambito navale, ambito in cui gli spostamenti sono relativamente "lenti": la posizione era infatti rilevabile solo una volta ogni 60 minuti circa.

Negli anni '70 l'Omega Navigation System prese il posto di Transit; pur potendo coprire l'intero pianeta, soffriva di limitazioni che spinsero allo studio di un sistema più evoluto e, soprattuto, preciso (si era in piena Guerra Fredda e la precisione del punto era cruciale per la disposizione ed il puntamento delle armi strategiche).

Venne così sviluppato, a partire dal 1973, il cosiddetto NAVSTAR-GPS (semplificato in seguito in GPS); inizialmente utilizzato a fini bellici, venne aperto all'uso civile a partire dal 1983. Il segnale messo a disposizione per l'utilizzo civile veniva deliberatamente degradato per ottenere una localizzazione molto approssimata, con un errore di circa 100 metri. Di fatto, un posizionamento più preciso era calcolabile mediando un gran numero di punti acquisiti con il ricevitore fermo nello stesso luogo, oppure avendo a disposizione più dei 3 satelliti indispensabili, eseguendo "controlli incrociati" sui punti calcolati usando gruppi di 3 satelliti per volta.

Le limitazioni in campo civile vennero rimosse (con facoltà di reintrodurle) nel 2000; questo, di fatto, aprì la strada allo sviluppo di numerose applicazioni ed alla creazione di dispositivi sempre più efficienti e compatti: dopo la distribuzione a livello commerciale dei primi ricevitori, costosi, limitati all'utilizzo professionale ed in grado di fornire "solo" la posizione in formato numerico, si resero in breve disponibili i primi PND (Personal Navigation Device), i cosiddetti "navigatori" tascabili, relativamente economici ed in grado di tracciare gli spostamenti su una mappa grafica, grazie alle capacità di elaborazione del loro microprocessore ed alla possibilità di memorizzare la cartografia necessaria.

Nel 2004, i tempi erano maturi per un ulteriore passo in avanti: l'Assisted GPS.
Questo si appoggia sulla disponibilità di una rete mobile per localizzare la posizione iniziale più velocemente: le informazioni necessarie vengono scaricate, quasi immediatamente, tramite una connessione GPRS o UMTS, senza dover attendere di ricevere tutti i dati dal satellite. In questo modo, la posizione viene "agganciata" in pochi secondi, invece di 5-6 minuti necessari in condizioni standard.

Oggi il navigatore GPS è diffusissimo, grazie anche alle iniziative commerciali di alcuni costruttori, che ne integrano uno nei modelli più evoluti dei telefoni cellulari da loro prodotti, i cosiddetti "SmartPhone".

Al momento in cui scriviamo (2011) è in corso di realizzazione il sistema Galileo, sviluppato dall'Unione Europea e dall'ESA (European Space Agency) con lo scopo di affiancare il GPS ed eventualmente sostituirlo qualora non fosse più efficiente o dovessero essere ripristinate le limitazioni d'uso ante-2001.