Il Global Positioning System (GPS) è un sistema di posizionamento satellitare di proprietà del governo e dell’aeronautica degli Stati Uniti. La tecnica fondamentale del GPS consiste nel calcolare gli intervalli tra i ricevitori e nel verificare allo stesso tempo i satelliti osservati. Le posizioni dei satelliti sono previste e trasmesse all’utente insieme al segnale GPS. Attraverso le numerose posizioni identificate (dei satelliti) e le distanze misurate tra il ricevitore e i satelliti, è possibile determinare la posizione del ricevitore. La differenza di posizione, che può essere determinata anche rispetto al tempo, è quindi la velocità del ricevitore.
I primi ricevitori del sistema di posizionamento globale erano molto semplici e basilari. Utilizzavano schermi monocromatici e trasmettevano solo informazioni di base come latitudine e longitudine. Nel corso degli anni, la generazione successiva ha portato dispositivi di localizzazione basati su mappe più facili da usare e con schermi a colori. Inoltre, i prezzi dei ricevitori e degli altri componenti sono diminuiti nel tempo, rendendo l’uso del GPS più diffuso in dispositivi come gli smartphone. Il GPS funziona anche in modo indipendente, il che lo ha reso accessibile a chiunque e gli ha dato la possibilità di lavorare liberamente con altri ricevitori GPS. Oggi fornisce agli utenti civili, militari e commerciali di tutto il mondo informazioni cruciali come velocità, altitudine e geolocalizzazione.
Il sistema ha rivoluzionato la tecnologia odierna diventando più interattivo, efficace e utile in diversi settori. Il nostro progetto su questo sistema esplorerà i principi di base del GPS, i vari hardware che lo fanno funzionare e approfondirà il funzionamento del sistema. Include calcoli teorici per il posizionamento, la velocità, il rilevamento e la distanza dalla destinazione.
Vantaggi del GPS
I vantaggi del GPS sono i seguenti:
– Il segnale GPS è disponibile in tutto il mondo. Pertanto, gli utenti non ne saranno privati in nessun luogo.
– Il GPS può essere utilizzato in qualsiasi parte del mondo, è alimentato dai satelliti mondiali, quindi è possibile accedervi ovunque, basta un solido sistema di localizzazione e un ricevitore GPS.
– Il sistema GPS viene calibrato da solo e quindi è facile da usare per chiunque.
– Fornisce agli utenti informazioni basate sulla posizione in tempo reale. È utile in diverse applicazioni come la mappatura (utilizzata nelle automobili), la localizzazione (geocaching), l’analisi delle prestazioni (utilizzata negli sport), ecc. Esempio: Applicazione per Google Earth.
Svantaggi del GPS
Gli svantaggi del GPS sono i seguenti:
– Il chip GPS è affamato di energia e scarica la batteria in 8-12 ore. Ciò richiede la sostituzione o la ricarica della batteria con una certa frequenza.
– Il GPS non penetra in pareti o strutture solide. Inoltre, è influenzato da costruzioni o strutture di grandi dimensioni. Ciò significa che gli utenti non possono utilizzare il GPS in ambienti chiusi o sott’acqua o in zone con alberi fitti o in negozi o luoghi sotterranei, ecc.
– La precisione del GPS dipende dalla qualità del segnale ricevuto. Il segnale GPS è influenzato dall’atmosfera (cioè dal multipath), dalle interferenze elettromagnetiche, dalla ionosfera, ecc. Ciò comporta un errore nel segnale GPS di circa 5-10 metri. Tuttavia, i diversi ricevitori hanno livelli di precisione diversi.
– Il GPS si basa interamente sulla ricezione di segnali radio satellitari, per cui EMP, armi nucleari, interferenze radio e satelliti guasti possono influenzarne il funzionamento.
– Un altro problema è che la posizione può essere occasionalmente significativamente in errore, soprattutto quando il numero di satelliti è limitato. I satelliti utilizzano orologi atomici e sono molto precisi, ma a volte ci sono discrepanze e quindi errori di misurazione del tempo. I satelliti devono mantenere le loro posizioni orbitali predefinite, ma si verificano le attrazioni gravitazionali (terra, luna, sole).
Applicazioni
Come già accennato, nel corso degli anni la tecnologia GPS è diventata più facile da usare, intuitiva e meno costosa da utilizzare. I prezzi del ricevitore e degli altri componenti sono diminuiti nel tempo, rendendo l’uso del GPS più diffuso in dispositivi come gli smartphone. Inoltre, il funzionamento indipendente del GPS è stato reso accessibile a chiunque e ha dato la possibilità di lavorare liberamente con altri ricevitori GPS. Oggi fornisce agli utenti civili, militari e commerciali di tutto il mondo informazioni cruciali come la velocità, l’altitudine e la geolocalizzazione.
L’accuratezza dei ricevitori GPS utilizzati nei palmari civili è solitamente di circa ± 5 metri. Tuttavia, i ricevitori GPS più avanzati, che sono anche più costosi, forniscono posizioni precise fino a ±1 cm. Questi ricevitori hanno rivoluzionato molti settori, in cui il posizionamento altamente accurato è utilizzato per molte attività diverse.
Aviazione
Il ruolo del GPS nell’aviazione è uno dei più importanti. Non solo aiuta nella navigazione in tempo reale, ma fornisce agli aerei una serie di altre informazioni, tra cui la velocità e l’altitudine. Inoltre, il GPS consente al centro operativo delle compagnie aeree di selezionare le rotte più sicure, più veloci e più efficienti dal punto di vista del consumo di carburante verso la destinazione, oltre a permettere di verificare se il volo è in rotta con la rotta prestabilita.
Marina
I capitani utilizzano il GPS ad alta precisione per navigare le loro imbarcazioni attraverso vasti oceani, porti e canali sconosciuti. Questo impedisce loro di incagliarsi o di urtare gli ostacoli. Allo stesso modo, come in tutti gli altri settori, il GPS assiste nella pianificazione del percorso, aiutando i capitani e i controllori della navigazione a tracciare la rotta più sicura, veloce ed economica.
Agricoltura
I ricevitori GPS in agricoltura aiutano gli agricoltori a mappare i loro campi e le loro piantagioni. Assicurano che i semi non vengano ripiantati nelle stesse aree e aiutano a tornare alla stessa posizione sul campo per piantare in futuro. Inoltre, aiuta gli agricoltori a continuare a coltivare in condizioni di scarsa visibilità, come la nebbia e l’oscurità, poiché ogni macchinario è guidato dalla sua posizione GPS piuttosto che da riferimenti visivi. Inoltre, la mappatura delle posizioni dei campioni di terreno, che consente agli agricoltori di tenere traccia delle aree più fertili, viene effettuata utilizzando il GPS ad alta precisione.
Scienza
Gli scienziati utilizzano la tecnologia GPS per condurre un’ampia gamma di esperimenti e analisi, che spaziano dalla biologia alla fisica alle scienze della terra. Oggi è possibile applicare agli animali collari o “tag” GPS che registrano ripetutamente la posizione dell’animale e comunicano i dati ai ricercatori tramite il sistema satellitare. In questo modo si ottengono ulteriori dati elaborati sugli spostamenti dell’animale, senza doverlo trasferire. La tecnologia GPS viene utilizzata anche dagli scienziati della Terra per condurre un’ampia gamma di ricerche sulle caratteristiche fisiche del territorio, come le aree montuose e le linee di faglia. Il GPS permette di studiare non solo la velocità e la direzione dei movimenti, ma anche di capire come i paesaggi cambiano nel tempo.
Militare
Il sistema GPS è stato originariamente sviluppato dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti per essere utilizzato dalle forze armate statunitensi, ma in seguito è stato reso disponibile per l’uso pubblico. Il GPS in ambito militare è oggi molto importante. Molti Paesi del mondo, come l’India e la Cina, stanno lanciando i propri satelliti GPS per ottenere un vantaggio in combattimento. I sistemi consentono alle forze armate di tracciare il proprio personale, i propri veicoli e le proprie risorse. Inoltre, il GPS è fondamentale anche nella tecnologia missilistica per fornire alle testate il tracciamento e la guida verso vari obiettivi in qualsiasi momento della giornata e in qualsiasi condizione atmosferica. Paesi come gli Stati Uniti utilizzano il GPS sofisticato e ad alta precisione anche per tracciare e pianificare in modo strategico la disposizione delle loro risorse sul territorio, con un enorme vantaggio strategico.
Quota di mercato
Si prevede che il mercato globale dei GPS aumenterà del 10,0% anno su anno nel periodo di previsione. La tecnologia del sistema di posizionamento globale (GPS) ha fatto progredire le sue applicazioni in molti settori e nuove applicazioni vengono sviluppate grazie ai suoi vantaggi significativi.
Alcune di queste applicazioni, come la determinazione della posizione, sono relativamente semplici, mentre altre sono complicate miscele di GPS con comunicazioni e tecnologie diverse. Negli ultimi anni, le aziende che costruiscono satelliti e strumentazione GPS hanno registrato una rapida crescita delle applicazioni GPS industriali e commerciali. Si prevede che i progressi tecnologici in questo settore avranno un impatto positivo sul mercato negli anni successivi.
Uno dei principali fattori che contribuiscono alla crescita è l’uso iperbolico della tecnologia tra gli utenti di smartphone. Il mercato ha osservato congiuntamente il progresso dei GPS multifunzionali negli ultimi anni. Tuttavia, la mancanza di precisione dei dati GPS rappresenta una sfida importante per il settore nel periodo di previsione. I vantaggi del GPS, uniti alla sua capacità di connettività wireless e al basso consumo energetico, sono destinati a guidare la domanda del mercato nel periodo di previsione. Tuttavia, fattori come l’elevato prezzo di funzionamento potrebbero ostacolare il progresso del mercato.
CONCLUSIONE
Il sistema di posizionamento globale è un sistema di navigazione satellitare composto da un minimo di 24 satelliti. Il GPS funziona 24 ore al giorno con qualsiasi tempo, in qualsiasi parte del mondo, senza costi di abbonamento o di installazione. Inizialmente il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti ha messo in orbita i satelliti per uso militare, ma negli anni ’80 sono stati resi disponibili per uso civile.
Negli ultimi due decenni, la tecnologia del sistema di posizionamento globale (GPS) è stata rapidamente sviluppata e utilizzata per varie applicazioni in diversi settori. Attualmente, il GPS ha ancora dei limiti nella misurazione accurata e il segnale non penetra in pareti o strutture solide. L’applicazione del GPS è tuttavia promettente come strumento di navigazione, rilievo e informazione, perché può misurare gli spostamenti dinamici e statici in tempo reale, mentre il sistema di monitoraggio convenzionale che utilizza altri sensori come gli accelerometri non può misurare gli spostamenti statici e quasi statici. Inoltre, i rapidi progressi nei dispositivi e negli algoritmi GPS possono mitigare le fonti di dati GPS errati e i sistemi integrati che utilizzano ricevitori GPS con sensori aggiuntivi possono fornire misure accurate.
RIFERIMENTI
– XU, GUOCHANG XU YAN. GPS: Teoria, algoritmi e applicazioni. SPRINGER, 2018.
– “GPS.Gov: Applicazioni”. Gps.Gov, 2018, https://www.gps.gov/applications/. Accessibile il 7 dicembre 2018.
– “Applicazioni civili del GPS | Locata”. Locata.Com, 2018, http://www.locata.com/applications-of-gps/civilian-applications/. Accessibile il 7 dicembre 2018.
– “Dimensioni del mercato GPS del valore di 146,4 miliardi di dollari entro il 2025 | CAGR: 18,4%”. Grandviewresearch.Com, 2018, https://www.grandviewresearch.com/press-release/global-positioning-systems-gps-market-analysis. Accesso al 7 dicembre 2018.
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