Funzionamento del sistema GPS

Il sistema GPS è costituito da una costellazione di 27 satelliti ad alimentazione solare che si muovono intorno alla terra in orbite quasi circolari a un'altezza di circa 20.000 km. Le orbite sono disposte in modo che da qualsiasi punto della terra siano sempre visibili almeno quattro dei 24 satelliti operativi. Gli altri tre satelliti sono di riserva e vengono attivati solo in caso di guasto di uno degli altri.

Ogni satellite invia un segnale elettromagnetico (un fascio di microonde) che viene raccolto da qualsiasi ricevitore GPS idoneo. In qualsiasi momento, quindi, ogni ricevitore GPS raccoglie segnali da quattro satelliti. Il computer integrato utilizza questi segnali per determinare la distanza esatta da ciascuno dei quattro satelliti e quindi per calcolare la posizione del ricevitore in base alle distanze rilevate, con un margine di errore di pochi metri.

In realtà, sarebbero sufficienti i segnali di tre satelliti per eseguire il processo di trilaterazione, ovvero il calcolo della posizione del ricevitore sulla terra in base alla distanza dai tre satelliti. Il segnale inviato dal quarto satellite è ridondante e viene utilizzato per confermare il risultato del calcolo iniziale. Se la posizione calcolata in base alla distanza dai satelliti A-B-C non corrisponde al calcolo basato sui satelliti A-B-D, vengono provate altre combinazione fino a quando non si ottiene un risultato equivalente.

Il processo di misurazione della distanza dai satelliti al ricevitore GPS è basato su segnali temporali. Supponiamo ad esempio che i satelliti inizino a trasmettere il segnale alle 16.45 esatte. Il ricevitore GPS inizierà ad eseguire la stessa sequenza casuale alle 16.45 ora locale, senza trasmetterla. Quando il ricevitore aggancia il segnale dai vari satelliti, si creerà uno scarto temporale, poiché le microonde impiegano una frazione di secondo per percorrere la distanza dal satellite al ricevitore. A partire da questo scarto temporale è possibile risalire facilmente alla distanza dal satellite. Le lievi differenze tra i segnali provenienti dai vari satelliti vengono quindi utilizzate per calcolare l'esatta posizione del ricevitore.