Entrare nel GPS - manichini

GPS sta per Sistema di posizionamento globale. Uno speciale ricevitore radio misura la distanza dalla tua posizione ai satelliti che orbitano intorno alla terra trasmettendo segnali radio. Il GPS può individuare la tua posizione in qualsiasi parte del mondo. Molto carino, eh? Oltre a comprare il ricevitore, il sistema è gratuito per chiunque.

È possibile acquistare un ricevitore GPS economico, inserire alcune batterie, accenderlo e presto! La tua posizione appare sullo schermo. Non è richiesta nessuna mappa, bussola, sestante o meridiana. Proprio come la magia. Non è davvero magico, però, ma si è evoluto da alcune grandi applicazioni pratiche della scienza che si sono incontrate negli ultimi 50 anni.

Come funziona il GPS

Le complessità del GPS sono intrise di matematica, fisica e ingegneria, ma non è necessario essere uno scienziato missilistico per capire come funziona il GPS. Il GPS è composto da tre parti:

• Satelliti
• Stazioni terrestri
• Ricevitori

Satelliti in osservazione

Nel gergo GPS, un satellite è il segmento spaziale. Una costellazione di 24 satelliti GPS (21 operativi e 3 spare) orbite a circa 12.000 miglia sopra la Terra. I satelliti ingrandiscono il cielo a circa 7.000 miglia all'ora. Ci vogliono circa 12 ore perché un satellite orbita completamente sulla Terra, passando sopra lo stesso punto approssimativamente ogni 24 ore. I satelliti sono posizionati dove un ricevitore GPS può ricevere segnali da almeno sei satelliti in qualsiasi momento, in qualsiasi posizione sulla Terra (se nulla ostruisce i segnali).

Un satellite ha tre parti chiave dell'hardware:

• Computer: Questo computer di bordo controlla il suo volo e altre funzioni.
• Orologio atomico: Ciò mantiene un tempo preciso entro tre nanosecondi (circa tre miliardesimi di secondo).
• Trasmettitore radio: Invia segnali alla Terra.

I satelliti GPS non ti aiutano solo a rimanere scoperto. Tutti i satelliti GPS dal 1980 trasportano sensori NUDET. No, questo non è un sistema di rilevamento della pornografia ad alta tecnologia. NUDET è l'acronimo di NUclear DETonation; I satelliti GPS dispongono di sensori per rilevare esplosioni di armi nucleari, valutare la minaccia di un attacco nucleare e contribuire a valutare il danno da attacco nucleare.

I satelliti GPS ad energia solare hanno una durata limitata (circa 10 anni). Quando iniziano a fallire, i ricambi vengono attivati ​​o i nuovi satelliti vengono inviati in orbita per sostituire quelli vecchi. Ciò dà al governo la possibilità di aggiornare il sistema GPS mettendo l'hardware con nuove funzionalità nello spazio.

I satelliti GPS trasmettono due tipi di segnali radio: C / A-code e P-code. Acquisizione grossolana (codice C / A) è il tipo di segnale che ricevono le unità GPS del consumatore. Il codice di precisione (codice P) fornisce informazioni sulla posizione estremamente precise. Il codice P è difficile da inceppare e contraffare. L'esercito degli Stati Uniti è l'utente principale delle trasmissioni P-code e utilizza una forma crittografata dei dati in modo che solo i ricevitori speciali possano accedere alle informazioni.

Stazioni di terra coperte

Le stazioni terrestri sono il segmento di controllo del GPS. Cinque stazioni di terra senza equipaggio intorno alla Terra monitorano i satelliti. Le informazioni provenienti dalle stazioni vengono inviate a una stazione di controllo principale - il Consolidated Space Operations Center (CSOC) presso la Base Aerea di Schriever in Colorado - dove i dati vengono elaborati per determinare le effemeridi di ciascun satellite e gli errori di temporizzazione.

Un effemerine è una lista delle posizioni previste di corpi astronomici come i pianeti o la Luna. Le effemeridi (il plurale di effemeridi ) esistono da migliaia di anni a causa della loro importanza nella navigazione celeste. Le effemeridi sono compilate per tracciare le posizioni dei numerosi satelliti in orbita intorno alla terra.

I dati elaborati vengono inviati ai satelliti una volta al giorno con antenne di terra dislocate in tutto il mondo. Questo è un po 'come sincronizzare un personal digital assistant (PDA) con il personal computer per garantire che tutti i dati siano sincronizzati tra i due dispositivi. Poiché i satelliti dispongono di piccoli razzi incorporati, il CSOC può controllarli per garantire che rimangano in un'orbita corretta.

Ricevitori GPS

Chiunque abbia un ricevitore GPS può ricevere i segnali satellitari per determinare dove si trova. I consumatori possono acquistare pratici ricevitori GPS nei negozi di articoli sportivi. Sono facili da usare e sono principalmente rivolti a scopi ricreativi e altri che non richiedono un alto livello di precisione della posizione. I tre maggiori produttori nel mercato dei GPS di consumo sono Garmin, Magellan e Lowrance. I ricevitori GPS dei consumatori hanno un prezzo ragionevole, da meno di $ 100 a $ 400 negli Stati Uniti.

Quanto è preciso un ricevitore GPS?

Secondo il governo e i produttori di ricevitori GPS, ci si aspetta che l'unità GPS sia precisa entro 49 piedi (ovvero 15 metri per persone meticolose). Se il tuo GPS segnala che ti trovi in ​​un determinato luogo, puoi essere ragionevolmente sicuro di trovarti a meno di 50 piedi da quell'esatto set di coordinate.

I ricevitori GPS ti dicono quanto è precisa la tua posizione. In base alla qualità dei segnali satellitari ricevuti dall'unità, lo schermo visualizza la precisione stimata in piedi o metri. La precisione dipende da

• Posizione del ricevitore

Ostruzioni che bloccano i segnali satellitari

Sebbene i ricevitori GPS di livello topografico possano fornire una precisione inferiore a due centimetri, sono molto specializzati e costosi, richiedono un sacco di addestramento e non sono molto portatile La loro precisione viene raggiunta con DGPS e i dati raccolti dopo l'elaborazione per ridurre gli errori di posizione. L'utente GPS medio non ha bisogno di questo livello di precisione.

Nuvole, pioggia, neve e tempo atmosferico non riducono la forza dei segnali GPS quanto basta per ridurre la precisione.L'unico modo in cui il tempo può indebolire i segnali è quando una quantità significativa di pioggia o neve si accumula sull'antenna del ricevitore GPS o su una tettoia di albero sopraelevata.