Quanti satelliti "visibili" del Global Positioning System (GPS) sono necessari per stimare con precisione la posizione di un dispositivo mobile?

Costellazione di satelliti GPS

Le caratteristiche principali della costellazione di satelliti GPS sono:

• 24 satelliti operativi
• 6 piani d'orbita spaziati intorno all'equatore, 4 satelliti per piano
• Orbite quasi circolari ed equidistanti con un'inclinazione di 55° rispetto all'equatore
• 11 ore e 58 minuti di periodo orbitale
• 20.200 km di altitudine (10,900 miglia nautiche)
• Minimo 5 satelliti in vista in tutto il mondo, mediamente 8

Ricevitore GPS tradizionale

Il ricevitore GPS ha bisogno di almeno quattro satelliti per determinare le sue coordinate (latitudine, longitudine e altitudine) e il tempo in cui la sequenza pseudorandom dei satelliti è iniziata.

Da un punto di vista puramente geometrico, supponendo che l'ora sia nota, con un solo satellite disponibile l'utente si trova da qualche parte su una sfera con il satellite al suo centro. Con due satelliti l'utente si trova su un cerchio. Con tre satelliti è possibile restringere la posizione dell'utente a due soli punti nello spazio. Di solito una delle due soluzioni può essere scartata, perché è troppo lontana o ha una velocità impossibile. Per gli utenti sulla superficie terrestre il punto più basso è la vera soluzione.

Anche se teoricamente sono necessari solo quattro satelliti per calcolare la posizione, in realtà ne servono di più.

In effetti, per migliorare la precisione della posizione i satelliti devono avere una buona geometria.

Una buona dispersione dei satelliti (120°) assicurerà un basso errore di posizione. In altre parole, il ricevitore deve utilizzare satelliti che non siano troppo vicini tra loro. Inoltre, il ricevitore deve evitare i satelliti troppo vicini all'orizzonte.

Ricevitore GPS 911 migliorato

I ricevitori GPS originali sono stati sviluppati per essere utilizzati su veicoli, navi e aerei. Potevano utilizzare grandi antenne, avevano accesso a una potenza quasi illimitata fornita dalle batterie delle auto e venivano utilizzati in aree aperte con una chiara visione del cielo.

L'estensione delle regole Enhanced 911 alle reti cellulari ha richiesto lo sviluppo di ricevitori GPS per telefoni cellulari. Questo presentava molte sfide. Per esempio, l'antenna doveva entrare nella custodia del telefono; per risparmiare energia i correlatori del ricevitore non potevano più funzionare continuamente; l'ambiente urbano impediva una visione chiara del cielo.

Spesso il ricevitore non ha accesso a tutti i satelliti necessari per calcolare la posizione, perché alcuni non sono visibili o i loro segnali non sono abbastanza forti. Parte delle informazioni mancanti sono fornite dalla rete cellulare.