Caratteristiche del sistema GPS
- Determinazione della posizione per la navigazione
Esistono tante metodologie per capire “dove siamo”: vi sono due classi principali di metodologie, quelle 2D (cioè la propria posizione si trova in un piano) e quelle 3D (cioè la propria posizione si trova nello spazio). Per calcolare “dove siamo”, ciò lo si può fare se si hanno dei punti di riferimento, cioè fissare un sistema di coordinate come riferimento. Quindi fissato un sistema di coordinate, si può riferire la nostra posizione incognita ad esempio, misurando gli angoli rispetto a due punti noti. Quindi, se si misura, l’angolo rispetto al primo punto noto e poi l’angolo rispetto al secondo punto noto, si è in grado di capire la propria posizione. Un’altra cosa che si può fare è la modalità da terra in cui si misura la distanza dall’angolo, cioè, anziché conoscere i due punti noti, si conosce un solo punto (e si deve sapere dove ci troviamo), e ad esempio, si guarda dove si trova il punto 1, e poi si misura la distanza dal punto 1 ed evidentemente si riesce a ottenere l’informazione che mi da la posizione in cui ci troviamo. Un altro modo è quello di misurare solo le distanze: cioè dati due punti noti, se si riesce a misurare la distanza dal punto noto 1 al punto noto 2, automaticamente si individua un punto che è quello in cui si trova la mia posizione.
Il sistema GPS è il primo sistema che nasce, di posizionamento globale moderno. Quando si parla della storia, si nota che prima del GPS, vi era un sistema che misurava le frequenze doppler, in funzione delle orbite del satellite, ed in questo modo, conoscendo la velocità del satellite, si era in grado di calcolare la propria posizione. Però, se l’utente si muove, si aggiunge un’altra frequenza doppler incognita alla frequenza precedente che si vuole misurare, e quindi non è più semplice il calcolo della posizione. Il GPS è basato sulla misura della gittata dai satelliti, esso è un posizionamento di tipo “normal-mode”. Il GPS è suddiviso in un segmento di spazio, in un segmento di controllo, ed in un segmento di utente.
- Architettura del sistema
Il segmento di spazio, consiste in 24 satelliti in orbita MEO, su 6 piani, con un periodo di rivoluzione di 12 ore. Attualmente sono più di 24 in orbita, in quanto alcuni sono stati aggiornati con altri satelliti; il sistema adottato è il WGS-84. La costellazione del GPS, è fatta in modo che vi siano almeno 4 satelliti per ogni piano orbitale, e al di sopra di 15 gradi rispetto all’orizzonte, vi siano 4 satelliti. Il compito minimo di questi satelliti è quello di inviare un messaggio sincronizzato col sistema e su questo messaggio, quanto meno mettere la propria posizione, cioè dare all’utente la possibilità di capire dove stà esattamente il satellite che stà ascoltando: in questo modo l’utente è in grado di calcolare la propria posizione. Per fare ciò, il satellite ha a bordo dei clock atomici, esso viene utilizzato per generare tutte le frequenze necessarie a bordo, e trasmette dei segnali a banda L. La cosa che si fa è quella che si trasmettono due segnali in banda L: uno L1, ed uno L2. Queste portanti sono fatte così: la portante L1, viene modulata due volte in realtà, con il nome di codice C/A per un segnale, e l’altro codice P. La frequenza L2 è modulata con un solo codice P. Questi codici, cioè il C/A e il P, sono diversi per ogni satellite. Quindi ad ogni satellite, è associato un codice, e questi ci consentiranno di calcolare la nostra posizione. Sui codici non vi è ancora l’informazione per sapere la posizione del satellite, quindi si vedrà in seguito questa parte. Questi codici in pratica distinguono da satellite a satellite, quindi si ha una modulazione CDMA. Ciò che si vuole fare, è quello di inviare sulla stessa banda di frequenza, tramite i codici, per allargare lo spettro per averlo espanso, e fare una divisione di codice, quindi si riescono a distinguere satelliti diversi perché lavorano su codici ortogonali. Il segmento di controllo è formato da: un master control station, 5 monitors stations e 4 ground antennas, i quali prendono i dati verso i satelliti (uplink dei dati). Il compito del segmento di controllo è il seguente: inseguire i satelliti e determinare delle orbite esatte dei satelliti, e calibrare il clock. Determinare queste informazioni attraverso le antenne, che faranno l’upload al satellite, che poi in seguito saranno inviate agli utenti.