Il sistema GPS (acronimo di Global Positioning System) è costituito da una rete di satelliti posti a una distanza ben precisa dalla Terra e che inviano segnali ai ricevitori presenti al suolo (il nostro dispositivo).

Per rilevare i segnali, i ricevitori GPS devono avere una visuale libera del cielo, pertanto sono utilizzati esclusivamente all’aperto e possono presentare problemi di ricezione in prossimità di alberi o edifici alti.

La tecnologia GPS è strutturata in tre principali parti, chiamate “segmenti”:

1. Il “segmento spaziale” è composto di una costellazione di almeno 24 satelliti (massimo 32), disposti su 6 piani orbitali non geostazionari, inclinati di 55° sull’Equatore, con almeno 4 satelliti ciascuno a un’altezza di circa 20.200 chilometri dalla superficie terrestre, che trasmettono in modo continuativo la loro posizione e l’ora esatta a terra, con periodi di rivoluzione di 12 ore. La loro velocità di spostamento riportata al suolo terrestre è di circa 3.000 Km/h, e quella sul piano dell’orbita è di circa 13.000 Km/h;
2. Il “segmento di controllo”, cioè una serie di 5 stazioni a terra che monitorano le orbite dei satelliti, i loro orologi ma, soprattutto, il corretto funzionamento dell’intera costellazione;
3. Il “segmento degli utilizzatori”, costituito dai tantissimi terminali che a terra ricevono il segnale dei satelliti, che usano le informazioni provenienti dallo spazio per calcolare la loro posizione (ricevitori GPS, smartphone, ecc.)

Introduciamo un primo concetto: a meno di non utilizzare dispositivi per la comunicazione satellitare bidirezionale oppure collegati a qualche piattaforma web, con i quali è possibile inviare richieste d’aiuto in caso di emergenza, in tutti gli altri casi il GPS NON trasmette, ma è solo una radio ricevente.

Maggiore è il numero di satelliti presenti nel sistema GPS maggiore è la precisione dei dati acquisiti.

Dopo questa premessa vediamo, in breve, come funziona il GPS.

Ogni satellite contiene un orologio atomico molto preciso e a intervalli regolari, invia una serie di segnali digitali che comprendono la posizione orbitale e l’orario di invio.

Tutti i satelliti sono sincronizzati tra loro, per cui il ricevitore GPS non fa altro che calcolare il tempo che il segnale, partito dal satellite, impiega per raggiungerlo. Risolvendo un sistema di equazioni e applicando una serie di correzioni legate alle caratteristiche tecniche della struttura (velocità dei satelliti, strumentazione a terra e nello spazio, condizioni ambientali a terra, atmosfera, ecc.), i ricevitori sono in grado di calcolare la loro posizione con un margine di errore che, nel peggiore dei casi è inferiore a 10 metri.

Per determinare la posizione è necessario che il nostro ricevitore riesca a “sentire” il segnale di almeno tre satelliti per definire la sua posizione su un piano bi-dimensionale (la triangolazione del segnale), mentre servono i segnali di almeno quattro satelliti per avere anche l’indicazione riguardante l’altitudine. Inoltre i satelliti ricevuti devono essere disposti più o meno “a quadrato”, cioè non troppo bassi sull’orizzonte né troppo prossimi alla verticale.

Tuttavia il valore di altitudine rilevato con solo quattro satelliti è lontano dal valore reale. Anche con tutti i satelliti visibili, il dato può differire anche di alcune decine di metri. Per avere un dato preciso è conveniente utilizzare un dispositivo GPS dotato di “altimetro barometrico”.

Anche la precisione dell’altimetro barometrico, tuttavia, non è massima: infatti è soggetta alle condizioni meteo. Supponendo, ad esempio, di rimanere perfettamente fermi, in caso di alta pressione l’altitudine indicata diminuisce; viceversa, se il tempo peggiora (bassa pressione) l’altitudine indicata aumenta. Per questo, per avere quote molto precise occorrerebbe calibrare l’altimetro barometrico spesso. Per farlo dovremmo inserire nello strumento la quota del punto in cui ci troviamo (ammesso di conoscerla).

Fortunatamente, i GPS di ultima generazione sono provvisti della funzione di “auto calibrazione”. Infatti, senza bisogna alcuno di un nostro intervento, è lo stesso GPS a calibrare continuamente l’altimetro barometrico durante il nostro percorso.