Il Sistema GPS

Il sistema NAVSTAR GPS (NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System) è un sistema satellitare di posizionamento basato sulla ricezione a terra di segnali radio emessi da satelliti artificiali, creato dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti (Department of Defence – DoD) nel 1973, inizialmente solo per usi militari e successivamente impiegato in molteplici campi delle attività umane (navigazione, trasporti, applicazioni ingegneristiche, telecomunicazioni, ecc.).
Scopo del sistema è la determinazione della posizione di un qualsiasi punto della superficie terrestre; per fare questo vengono calcolate le distanze tra il punto ed un certo numero di satelliti disponibili, utilizzando il tempo di percorrenza di segnali elettromagnetici emessi dagli stessi satelliti e captati da un ricevitore posto sul punto di cui si vuole calcolare la posizione. Il ricevitore è dotato di un’antenna, che può essere interna od esterna, e di componenti che consentono l’acquisizione dei segnali trasmessi dai satelliti, l’esecuzione delle misure e la memorizzazione dei dati acquisiti. Per ottenere l’accuratezza adeguata del dato è necessario disporre di apparecchiature per la misura del tempo molto precise; bisogna inoltre ricorrere a tecniche alquanto sofisticate per rilevare e, nei limiti del possibile correggere, gli inevitabili errori dovuti a molteplici cause, non ultimi gli effetti della ionosfera e della troposfera, sul tempo di percorrenza del segnale.
Oltre a quello sopra descritto sono attualmente attivi altri due sistemi di posizionamento satellitare:

 - GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System): sviluppato dall’Agenzia Spaziale Russa ed attualmente in fase di completamento per quanto riguarda il segmento spaziale;
 - GALILEO: progetto dell’Unione Europea alla cui realizzazione partecipa anche l’Italia, che ad oggi è ancora in fase di sviluppo e si prevede sarà completamente operativo in un prossimo futuro.

Il sistema GPS si compone di tre parti:

 - il segmento spaziale è costituito da una costellazione di 24 satelliti, orbitanti ad una quota di circa 20.000 km di altezza, con periodo orbitale di 12 ore. L’orbita dei satelliti è matematicamente definita e la posizione di ciascun satellite può essere calcolata istante per istante. Questo tipo di costellazione è stata studiata per permettere che almeno 4 satelliti siano contemporaneamente visibili da ogni punto della superficie terrestre. Per poter eseguire misure accurate, ogni singolo satellite è dotato di 4 orologi atomici, grazie ai quali è possibile una misura del tempo molto accurata;
 - il segmento di controllo è composto da una serie di stazioni di monitoraggio, distribuite uniformemente sulla superficie terrestre, che hanno lo scopo di seguire in modo continuo il moto dei satelliti, di apportare eventuali correzioni alle loro orbite e di elaborare i dati ricevuti per calcolare la posizione spazio-temporale di ogni satellite; eseguono anche una funzione di controllo degli orologi di bordo di ogni satellite. La Stazione Principale di Controllo (Master Control Station) è situata a Colorado Springs negli Stati Uniti ed è il centro operativo del sistema, dove vengono elaborati tutti i dati raccolti;
 - il segmento utente o ricevitore è costituito da tutti gli utenti GPS; ogni utente è dotato di strumenti più o meno sofisticati che permettono di acquisire i segnali emessi dai satelliti e quindi di determinare la propria posizione in tempo reale. Le stazioni permanenti realizzate da Arpa Piemonte sono a questo proposito dotate di strumentazione di elevata tecnologia che consente acquisizione in continuo garantendo così la memorizzazione di dati di grande affidabilità. Al fine di ottenere risultati più precisi, i ricevitori sono inoltre in grado di memorizzare i dati acquisiti rendendoli così disponibili per una eventuale elaborazione. La comunicazione tra satellite e ricevitore è uni-direzionale, cioè il segmento utente è unicamente in stato di ricezione rispetto al segmento spaziale.