LA RIMOZIONE DELLA DISPONIBILITA' SELETTIVA: UN ALTRO PASSO VERSO LA GLOBALIZZAZIONE.
L'aumentata accuratezza del GPS fornisce nuove possibilità d'impieghi nell'ambito delle applicazioni civili e della sicurezza in genere.

Attraverso un comunicato stampa ufficiale, il Presidente degli Stati Uniti ha annunciato la rimozione della S.A. (Selective Availability) dal segnale GPS.
L'azione validamente intrapresa da Clinton ha solamente anticipato ciò che, in ogni caso, nel giro di pochi anni sarebbe accaduto. La consapevolezza di fornire a tutti uno strumento di riferimento utile per un numero elevato d'applicazioni, ha avuto il sopravvento sui timori di un possibile utilizzo terroristico del sistema.
Il motivo scatenante, infatti, è stato quello di voler incoraggiare l'uso del GPS in tutto il mondo, integrandolo in applicazioni di tipo civile, commerciale e scientifico, con particolare attenzione alla sicurezza nei trasporti.
D'ora in poi tutti potranno beneficiare di un servizio a copertura mondiale, totalmente gratuito, che scandisce il tempo con elevata precisione, e fornisce i dati di posizione con un'accuratezza mai raggiunta prima.
Il codice della S.A. contenuto nel segnale inviato dai satelliti, infatti, induceva nei ricevitori GPS di tipo civile un disturbo che inficiava pesantemente la rilevazione della posizione.
Ciascuno dei ventiquattro satelliti operativi inseriti nella costellazione GPS, inviava un proprio errore caratteristico; il risultato era perciò un errore sistematico variabile nel tempo, derivante dalla combinazione degli errori contenuti nella portante di ogni satellite ricevuto.
La posizione con la SA attiva, era rilevata con un'accuratezza di circa cento metri, in ogni caso una precisione più che adeguata per raggiungere l'imboccatura di un porto.
D'ora in poi, però, l'accuratezza delle coordinate rilevate raggiungerà i 15/20 metri nel 95% del tempo!
Chiunque possieda un ricevitore GPS anche economico, è ora in grado di navigare con una precisione che in passato era patrimonio esclusivo dei militari. I vantaggi derivanti sono facilmente intuibili: i pescatori professionisti potranno ripercorrere con elevata fedeltà le rotte reimpostate nel plotter, i subacquei troveranno velocemente i punti d'immersione desiderati ma soprattutto, in caso d'emergenza, le forze di soccorso in mare, terra e aria, disporranno di accurate informazioni riguardanti il punto dell'incidente, vitali per ridurre i tempi d'intervento.
Per la pianificazione della navigazione, una rotta tracciata sulla mappa, successivamente trasferita nel plotter, sarà seguita con una fedeltà in passato irraggiungibile, se non sfruttando un ricevitore differenziale.
E' forse utile aprire una breve parentesi, relativa al trasferimento di punti geografici da una mappa disegnata su carta ad un plotter. Non solo il sistema di coordinate utilizzato nella mappa deve corrispondere a quello impostato nel plotter; deve esistere anche una corrispondenza nel tipo di "datum" adottato. Il "datum" è il modello d'ellissoide di riferimento utilizzato per approssimare il reale andamento della crosta terrestre. Il tipo di datum standard applicato nei sistemi GPS è il "WGS84". Il datum con cui la mappa è stata tracciata deve corrispondere a quello impostato nel plotter. L'utilizzo di datum differenti può portare a sfasamenti nella posizione di centinaia di metri. Non è necessario modificare il datum standard nella normale navigazione di tutti i giorni.

GLI ERRORI DOVUTI AL RITARDO DEL SEGNALE
La S.A., come abbiamo evidenziato, era la fonte d'errore più evidente nell'indicazione della posizione; tuttavia, rimossa quest'ultima, variabili di tipo fisico, geometrico e temporali, intervengono ad impedire una precisa rilevazione del margine d'errore.
Il GPS basa il suo funzionamento sul tempo che impiega un impulso, inviato dal satellite, a raggiungere il ricevitore a terra. Da quest'elemento, nota la velocità di propagazione dell'onda, si determina la distanza fra i due estremi. Pertanto, qualsiasi ritardo subito dal segnale, implica un errore nella posizione rilevata.
I ritardi del segnale dovuti al passaggio nella Troposfera (parte dell'atmosfera soggetta a variazioni di temperatura, pressione e umidità), sommati a quelli dovuti al passaggio nella Ionosfera (parte più esterna formata da particelle d'aria ionizzate), producono un errore variabile di circa undici metri.

Se l'ora riportata dall'orologio atomico dei satelliti è inesatta ed il Segmento di Controllo* a terra non la corregge, il difetto si ripercuote sulle Effemeridi** inviate ai ricevitori, provocando un errore. E' nondimeno necessario considerare il "rimbalzo" del segnale GPS sulle superfici antistanti il ricevitore. Il ricevitore GPS è pensato per interpretare il segnale che direttamente colpisce l'antenna; lo stesso segnale, riflesso dalle superfici attigue, provoca un'azione di disturbo e determina l'errore.

*Per "Segmento di Controllo", s'intende un sistema di stazioni a terra preposte al monitoraggio delle informazioni inviate dai satelliti e alla loro correzione.
** Ciascun satellite attivo trasmette due tipi di dati: l'almanacco e le effemeridi. L'almanacco fornisce informazioni di tipo generale riguardanti la posizione e lo stato dei satelliti presenti nella costellazione; proprio in forza della generalità dei dati contenuti nell'almanacco, gli stessi sono emessi da uno qualsiasi dei satelliti in orbita. Un ricevitore GPS che ha in memoria l'almanacco aggiornato, sa già dove cercare i satelliti in base all'ultima posizione nota e l'ora corrente.
Le effemeridi, invece, contengono informazioni sulla precisa posizione di ciascun satellite, utili al calcolo della distanza fra quest'ultimo ed il ricevitore. Ciascun satellite trasmette le proprie effemeridi, raccolte ogni ora dal ricevitore per il computo della posizione.

L'ERRORE DOVUTO ALLA GEOMETRIA DEI SATELLITI
La disposizione (o geometria) ed il numero di satelliti "visibili", determinano una migliore o peggiore accuratezza nel valore della posizione calcolata. La qualità della posizione rilevata, in base alla disposizione geometrica dei satelliti ricevuti, è individuabile attraverso alcuni parametri, spesso indicati nelle schermate iniziali dei plotter GPS.
Per calcolare la posizione nel piano, il ricevitore a terra ha bisogno di ricevere informazioni da almeno tre dei ventiquattro satelliti in orbita. La terza dimensione o quota, si ottiene dal tracciamento di un quarto satellite. Questo procedimento di calcolo è denominato in modo poco appropriato "triangolazione". In effetti, nessun angolo è in esso coinvolto. In definitiva, sono sufficienti quattro satelliti per ricavare un dato attendibile della posizione; la disposizione in cielo di questi satelliti, però, gioca un ruolo fondamentale per una migliore o peggiore rilevazione a terra.
A causa del loro moto continuo, i satelliti assumono con il ricevitore a terra una disposizione diversa in base al periodo di tempo in cui si effettua la misurazione. Un loro eccessivo allineamento, comporta una scarsa triangolazione che si ripercuote sull'accuratezza del rilevamento. Una buona posizione si ottiene ricevendo i satelliti in vista, disposti in direzioni diverse con un buon livello di segnale.
La GDOP (Geometric Dilution of Precision), vale a dire la "Diluizione Geometrica della Precisione", è quindi la combinazione di quattro fattori:

PDOP (Position Dilution of Precision - diluizione della precisione in base alla posizione): stima dell'accuratezza del punto calcolato nello spazio (X, Y, Z).
HDOP (Horizontal Dilution of Precision, diluizione della precisione orizzontale): stima dell'accuratezza del punto calcolato nel piano.
VDOP (Vertical Dilution of Precision - diluizione della precisione verticale): stima dell'accuratezza dell'altezza rilevata.
TDOP (Time Dilution of Precision - diluizione della precisione temporale), stima dell'accuratezza nella misurazione del tempo.

Un alto valore di HDOP, indica una povera geometria dei satelliti che provoca una rilevazione poco precisa della posizione nel piano.

IL SISTEMA DGPS
Per ottenere precisioni superiori a quelle offerte da un normale GPS di tipo civile, è necessario avvantaggiarsi del sistema di correzione differenziale DGPS.
Esistono vari tipi di sistemi di DGPS con caratteristiche peculiari diverse, in base al tipo di applicazione da eseguire e al grado di precisione richiesta. Un'ulteriore differenziazione si ottiene nel caso di sistemi funzionanti in "tempo reale", oppure nel caso di sistemi destinati alla post-elaborazione dei dati ricavati. Attualmente per le coste italiane, non è ancora disponibile un servizio di radiofari che inviano il segnale di correzione differenziale, è tuttavia possibile sfruttare quello proveniente dalla stazione francese di Porquerolle, limitatamente al Mar Ligure, Alto Tirreno e alla Sardegna nord occidentale. Per ricevere la correzione differenziale, è necessario disporre di un apposito ricevitore da collegare al plotter in aggiunta al sensore GPS (alcune case produttrici commercializzano apparati che li incorporano entrambi).
Il principio su cui si basano i diversi sistemi differenziali, è quello di correggere gli errori dovuti ai ritardi nel segnale, tramite la misurazione degli stessi in un punto di coordinate note. Per ogni satellite ricevuto, la stazione di riferimento a terra applica la correzione dell'errore. Il segnale così epurato, è poi trasmesso tramite radiofrequenza e raccolto dai ricevitori "beacon" di bordo. La distanza utile per sfruttare questo sistema non è elevata, in quanto sia la stazione a terra che il ricevitore a bordo devono ricevere gli stessi satelliti e, per avere lo stesso errore di ritardo del segnale, devono subire il medesimo errore dovuto alla loro geometria.

 

Per saperne di più:http://www.trimble.com/gps/whygps.shtml