Che cos'è il GPS
• Un sistema di posizionamento estremamente preciso
• Creato e gestito dal Ministero della Difesa Americano
• Nato per esigenze militari
• Sviluppato in previsione delle potenziali applicazioni civili
Basato su una costellazione di satelliti artificiali

Dati storici del GPS
• Il sistema è in continua evoluzione dal 1973
• Il primo satellite è stato lanciato nel 1978
• La costellazione è stata ultimata nel1994
• Una nuova generazione di satelliti (Blocco IIR) sta rimpiazzando quelli del blocco I e II
Il tutto è gestito dal DoD (Dipartimento della Difesa Americano)

Il Sistema GPS
E' costituito da tre parti
• Il segmento SPAZIALE
• Il segmento di CONTROLLO
• Il segmento UTENZA

Il segmento spaziale
• 24 Satelliti orbitanti
• Orbite circolari su 6 piani orbitali paralleli inclinati di 55° rispetto al piano equatoriale
• 4 satelliti equidistanti su ogni piano orbitale
Orbite molto alte
altezza20.200
periodo di rivoluzione 11 ore 58 minuti
l'altezza fornisce maggiore precisione e sicurezza

Il segmento di controllo
4 Stazioni di monitoraggio a terra
• Diego Garci
• Ascention Island
• Kwajalein
• Hawaii
Trasmettono le nuove effemeridi, la correzione per gli orologi, ecc.

Il segmento Utenza
• Utilizzatori ai fini della navigazione aerea, marittima e terrestre
• Utilizzatori per applicazioni geodetiche e topografiche

Struttura del segnale
Due frequenze portanti in banda L:
• L1 - 1575.42 Mhz
• L2 - 1227.60 Mhz
Tre modulazioni (codici):
• Due codici per la determinazione della distanza
• Codice (C/A): Solo su L1, freq. 1023 Mhz, lungh. (29.3m)
• Codice (P): P1 su L1 e P2 su L2, freq. 10.23 Mhz lungh. (29.3m)
Un codice di messaggio (NAVDATA) su entrambe le frequenze:
• Dati di correzione (orbite e clock)
• Stato dei satelliti (orbite e stato di salute)
Quanto è preciso?
• Dipende da alcune variabili
• Tempo impiegato nella misura
• Tipo di ricevitori utilizzati
• Algoritmo di correzione applicato alle misure
• Da 30 a 100 metri Per qualunque ricevitore utilizzato in modo autonomo
• Da 1 a 5 metri Per ricevitori in modalità differenziale DGPS
Precisione < 1 cm Per i sistemi più sofisticati

Come funziona?
I 5 punti su cui si basa il sistema
1. La trilaterazione dai satelliti è la base del sistema GPS
2. Il GPS misura la distanza dai satelliti conoscendo il tempo impiegato e la velocità del segnale
3. Per poter misurare la distanza dai satelliti è necessario un ottimo orologio e un quarto satellite
4. I satelliti trasmettono la loro posizione e conoscendone la distanza, è possibile calcolare la posizione del ricevitore
5. Si analizzano infine i vari errori dovuti alla propagazione del segnale nell’atmosfera e alla geometria dei satelliti

Il GPS in topografia
• Le fonti di errore influiscono in eguale misura su tutti i ricevitori che vedono gli stessi satelliti
• La posizione relativa di due o più ricevitori GPS può essere nota con grande precisione
• L'analisi dei segnali ricevuti contemporaneamente da 2 strumenti porta a precisioni anche di pchi millimetri
• Il GPS può misurare vettori di notevole lunghezza (anche centinaia di km)
• Funziona 24 ore al giorno e con qualsiasi condizione atmosferica
• Il GPS viene utilizzato in topografia perché non è richiesta l'intervisibilità dei punti da rilevare
La correzione Differenziale
• La registrazione dei dati in un punto è soggetta ad errori
• Ognuno di questi errori è identificato dall'ora GPS
• Nello stesso istante lo stesso errore agisce su tutti i ricevitori operanti nelle vicinanze
• Per eliminare gli errori viene utilizzata la misura differenziale DGPS
Con il calcolo differenziale si eliminano gli errori che influenzano due misure fatte nello stesso periodo di tempo.
Il calcolo differenziale può essere effettuato:
- a posteriori in "Post-processing
- immediatamente nella fase di misura in "Real time

Tecniche di rilievo per applicazioni topografiche
• Statico
• Statico veloce
• Cinematico

Statico
• E' il più preciso (<5mm + 1 ppm )
• E' il più lento ( > 1 ora di stazionamento )
• E' il più affidabile (difficilmente sbaglia)
• E' il più semplice (lavoro sul campo = 0)

Statico Veloce
• Del tutto simile allo statico con tempi di stazionamento molto inferiori (5-30 min.) (richiede almeno 5 satelliti)
• Possibile grazie a SW e HW più potenti
• Lo statico "veramente veloce" si ottiene con ricevitori a doppia frequenza o a doppia costellazione.
- Molte più informazioni rispetto alla singola frequenza: L1, L2, L1+L2, L1-L2
- Lo statico veloce in singola frequenza si affida esclusivamente al SW
• Stessa semplicità dello statico
• Stessa precisione dello statico (?!?)
• Stessa affidabilità dello statico (?!?)
*A livello matematico è tutto vero. In realtà la precisione è di poco inferiore. L'affidabilità dipende dalla sensibilità dell'operatore sul campo (DOP, numero satelliti, rapporto segnale-rumore...)

Cinematico
• E' il più veloce (solo 1 secondo per punto)
• E' il più difficile (non bisogna perdere il segnale dai satelliti)
• Dovrebbe avere la stessa precisione dello statico ma rispetto a questo è molto più influenzato dal DOP (si ottengono circa 3-10 cm)
• Richiede l'INIZIALIZZAZIONE quando si inizia il rilievo e una nuova inizializzazione ogni volta che si hanno meno di 4 satelliti.