Quali sono le applicazioni aggiuntive del GPS?

Ho passato gran parte della mia carriera a progettare ricevitori GPS dai primissimi giorni in poi, quindi perdonami se mi divertirò un po' con questa risposta.

In primo luogo, il GPS non fa navigazione e mappatura. Sono altri software che prendono la posizione, la velocità e il tempo dalla soluzione GPS come input per creare quelle funzioni. Sfortunatamente, questo è ciò che la maggior parte delle persone pensa che sia il GPS stesso.

Quindi, cos'è il GPS (il sistema di posizionamento globale statunitense)? E per essere giusti, GLONASS (la versione russa), Galileo (la versione dell'UE), e i GNSS (Global Navigation Satellite Systems) di altri paesi che sono usciti da allora?

Evitando i dettagli tecnici, la soluzione GNSS grezza determina la posizione 3D e la velocità 3D rispetto al centro della Terra, il tempo presente e il tasso di deriva dell'orologio del ricevitore. Le soluzioni ECEF (Earth Centered Earth Fixed) vengono poi convertite in latitudine, longitudine e altitudine, insieme alla velocità e alla direzione della superficie lungo il terreno, più le variazioni di altitudine basate su un modello standardizzato per la Terra (WGS-84), che tra l'altro non presuppone che la terra sia una sfera perfetta, perché non lo è.

Fatto divertente numero due: Poiché i satelliti si muovono rispetto all'utente, il tempo stesso è alterato rispetto ai diversi punti di vista. Grazie, signor Einstein. Senza tenere conto della relatività, il sistema non funzionerebbe.

Quello che si ottiene è la posizione e la velocità entro pochi metri dalla "verità", che di solito è tutto ciò di cui i consumatori hanno bisogno. Ma si ottiene anche il tempo reale entro 100 nS (100 miliardesimi di secondo) e la deriva dell'orologio del ricevitore fino a una frazione molto piccola di una parte per milione.

Questo fornisce uno stretto coordinamento temporale tra i nodi delle reti, i sistemi bancari, i centri di distribuzione dell'energia, i media e molti altri usi che in precedenza dovevano fare affidamento su fonti molto più povere e costose di informazioni temporali. La soluzione della deriva dell'orologio permette una determinazione della frequenza molto accurata (oscillatori supervisionati GNSS) necessaria per tutti i tipi di utilizzo di strumentazione accurata.

C'è un altro trucco se si ha una posizione rilevata nelle vicinanze che si può usare per correggere piccoli errori residui, o si può lasciare un ricevitore fisso in un posto abbastanza a lungo per osservare la fase delle portanti satellitari per un lungo periodo di tempo. Con questi metodi si può arrivare a precisioni inferiori al millimetro. Perfetto per i rilievi, per misurare i movimenti delle placche tettoniche nel tempo, e per altri usi che richiedono una super accuratezza di posizione nel tempo.

Le unità consumer di solito non tirano fuori il "time mark" discreto (transizioni logiche ogni secondo entro 100 ns dalla "verità"), e usano solo altri satelliti (SBAS) per correzioni differenziali ad ampio raggio. Ma questo è abbastanza buono per tutti i tipi di usi dalla navigazione dei veicoli, alla guida delle armi, all'automazione delle attrezzature agricole, e così via.

Inoltre, la semplice funzione GPS di consumo si è ridotta a un singolo chip, un'antenna molto piccola, e aggiunge solo un dollaro o giù di lì a qualsiasi cosa si aggiunga. Telefoni cellulari, targhette per cani, qualsiasi cosa.