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Navigatori e GPS per lo sport

"Amore, ti ricordi dove devo girare per Via Garibaldi?"

"Quante volte ti devo ripetere che prima di partire devi impostare il navigatore!"

"Hai ragione! Scusa, amore!"

Per noi adesso è naturale chiedere al navigatore la strada più rapida, meno costosa o con meno curve per raggiungere un dato luogo, ma che cos'è il navigatore? Come funziona? E come si è evoluto? Proviamo a capirlo insieme.

Era noto fin dall'antichità che per orientarsi fosse necessario fissare dei punti di riferimento. Una volta fissati questi punti era possibile allontanarsi da casa, sicuri di riuscire a ritornare indietro. Il desiderio inconscio dell'uomo di spingersi sempre un po' più in là, insieme al fascino misterioso degli astri, portarono alcuni studiosi del II secolo A.C. a costruire strumenti che consentivano di localizzare le stelle rispetto ai medesimi, come l'Astrolabio e, successivamente, intorno alla fine del 1600, rispetto all'orizzonte, come il sestante.

Per capire meglio il sistema non possiamo tralasciare due concetti base: la longitudine e la latitudine.

La longitudine di un luogo sulla Terra è la distanza angolare a est o a ovest del meridiano primo o meridiano di Greenwich; solitamente espressa in gradi° che va da 0° o meridiano di Greenwich, a 180° est e ovest. Le linee di longitudine appaiono verticali con diverse curvature ma sono in realtà metà di grandi ellissi, con raggi identici ad una data latitudine.

La latitudine di un luogo sulla Terra è la sua distanza angolare a nord o a sud dell'equatore, solitamente espressa in gradi° che va da 0°, all'equatore, a 90° ai poli Nord e Sud. Le linee di latitudine appaiono orizzontali ma sono in realtà circolari con raggi diversi, sempre più piccoli man mano che ci si allontana dall' equatore, il quale divide il pianeta in due emisferi uguali.

Durante la seconda guerra mondiale venne perfezionato dagli Stati Uniti, un sistema di radionavigazione denominato LORAN (acronimo di Long Range Navigation), basato sull'intervallo di tempo occorrente tra segnali ricevuti da due coppie di radiotrasmettitori sincronizzati che permette di determinare la propria posizione sfruttando l'ascolto di codesti segnali radio a bassa frequenza. In pratica questi trasmettitori, in base alla differenza di tempo che trascorre tra un rilevamento e l'altro, calcolano la posizione del ricevitore e di conseguenza della nave, nell'aereo ecc. su cui esso è installato.

Se è ancora poco chiaro, possiamo provare a fare un esempio.

Un turista chiede a un passante: “Scusi, mi sa dire dove siamo?” il passante risponde: “ Siamo a 41 chilometri dal Duomo di Milano”. Il turista,perplesso, non avendo molti indizi in più a disposizione, prova a chiedere a un altro passante che a sua volta gli risponde: “Siamo a 14 chilometri dall' aeroporto di Malpensa”. Adesso il turista ha qualche idea in più di dove potrebbe trovarsi ma ha bisogno di chiedere a un terzo passante, il quale gli risponde: “ Siamo a 40 chilometri dalla stazione di Novara”. A questo punto il turista, se possiede una mappa, ha la possibilità di sapere esattamente dove si trova. Ipotizzando che il Duomo, l'aeroporto e la stazione siano tre trasmettitori di segnali, e il turista avesse a bordo della sua auto, un ricevitore, allo spostarsi in una direzione piuttosto che in altra, i tempi di ricezione dei vari trasmettitori muterebbero rendendo chiara la posizione del veicolo.

Il GPS chiamato ufficialmente NAVSTAR GPS (Navigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System, sistema di posizionamento globale in italiano) sfrutta il medesimo principio, ma lo applica attraverso una trentina di satelliti artificiali collocati su orbite precise distanti circa 20.000 chilometri dalla Terra, che forniscono ad un terminale mobile o GPS, informazioni sulle sue coordinate geografiche (latitudine, longitudine e altitudine), ad un determinato orario, per mezzo di orologi atomici posizionati sui satelliti.

Il GPS venne sviluppato dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti durante il periodo della guerra fredda, e ne giustificarono i costi di oltre 5 miliardi di dollari, dovuti alla ricerca, allo sviluppo e all' implementazione, proprio con la motivazione del pericolo di una eventuale minaccia nucleare da parte dell' URSS, che a sua volta aveva sviluppato un suo sistema di posizionamento denominato GLONASS ma al termine della guerra fredda era stato praticamente abbandonato.

Nel 1983, dopo che un aereo intercettore sovietico abbattè l'aereo di linea della Korean Air Lines che era finito in uno spazio aereo vietato a causa di un errore di navigazione e nel quale persero la vita tutte le 269 persone a bordo, l'allora presidente degli Stati Uniti Ronald Reagan decise che il GPS sarebbe stato reso disponibile anche per scopi civili.

Questo sistema di satelliti è attualmente gestito dal governo degli Stati Uniti, il costo del mantenimento si aggira intorno ai 750 milioni di dollari all'anno ed è liberamente accessibile a chiunque abbia un ricevitore GPS, in passato il segnale civile era intenzionalmente degradato dal dipartimento della difesa americano attraverso la Selective Availability, che introduceva errori intenzionali nei segnali satellitari allo scopo di ridurre l' accuratezza della rilevazione.

Nell' anno 2000, l'allora presidente Clinton emanò un decreto nel quale veniva abolita questa restrizione; attualmente il margine di errore per l'uso civile è di alcuni metri. Gli Stati Uniti, avendo la completa proprietà del GPS, avevano la possibilità di spegnerlo quando volevano e più di una volta hanno minacciato di farlo, di conseguenza nei primi anni del 2000 i Paesi europei decisero di investire oltre 3 miliardi di euro in un progetto chiamato Galileo, in concorrenza con GPS, destinato esclusivamente al campo civile. Successivamente hanno aderito e sovvenzionato questo progetto altri Stati fra cui la Cina, l' Australia, il Brasile e il Canada e perfino gli Stati Uniti hanno firmato un accordo di cooperazione con l'Unione Europea per il progetto Galileo. A fine 2014 questo progetto dovrebbe entrare in funzione a pieno regime. Nel frattempo, con l'avvento di Putin, il progetto GLONASS è stato ripreso e da alcuni anni è pienamente funzionante. Questo sistema è compatibile con GPS quindi se un ricevitore viene collegato a entrambi i sistemi è possibile ricevere segnali da 24 satelliti in più e quindi ottenere una precisione meggiore. A fine 2004 furono portati a termine con successo i primi test di inserimento del GPS sui telefoni cellulari. Un ricevitore GPS ascolta più satelliti e risolve equazioni per determinare la sua esatta posizione; il ricevitore come minimo deve poter ricevere segnali da quattro o più satelliti per essere in grado di calcolare la posizione tridimensionale correttamente, latitudine, longitudine e altitudine, a una data ora.

I ricevitori GPS sono a tutt' oggi disponibili in una notevole varietà di formati, dai dispositivi integrati in auto, ai telefoni, agli orologi, ai decoder ecc.

Il segmento utente del GPS è composto da centinaia di migliaia di utenti militari degli Stati Uniti e degli alleati e da centinaia di milioni di utenze civili, commerciali e scientifiche sparse sul Pianeta. In generale, i ricevitori GPS sono composti da un'antenna, sintonizzata sulle frequenze trasmesse dai satelliti e da un orologio altamente stabile. Essi possono anche includere un display per fornire informazioni di posizione e velocità per l'utente. Il numero di satelliti che un ricevitore è in grado di monitorare simultaneamente, in origine limitato a quattro o cinque, è progressivamente aumentato nel corso degli anni fino a raggiungere i 12 e attualmente i 20 canali.

Un tipico modulo ricevitore GPS misura 15 × 17 mm.

Il GPS è diventato uno strumento ampiamente utilizzato nel commercio, per gli usi scientifici, il monitoraggio e la sorveglianza. L'ora esatta del GPS facilita le attività bancarie, le operazioni di telefonia mobile, e anche il controllo delle reti elettriche. Con il GPS è anche possibile automatizzare i veicoli consentendo di essere gestiti anche senza la persona a bordo, intervenire tempestivamente in operazioni di soccorso e di emergenza, calcolare la pressione atmosferica, rilevare la posizione degli animali domestici.

Il GPS consente anche di misurare direttamente il movimento della crosta terrestre e della sua deformazione per valutare l'accumulo di deformazione sismica per la creazione di mappe che evidenzino le zone più a rischio terremoto.

Anche in campo militare il GPS trova impiego in molte attività.

Il GPS non manca di fornire la propria utilità anche in ambito sportivo, tramite dei dispositivi che principalmente sono stati progettati per misurare le distanze, vengono usati per correre, andare in bicicletta e nuotare; ma vengono sempre più utilizzati anche in altri sport acquatici quali il windsurf, il Kitesurf e l' aquathlon. Alcuni dispositivi sono impermeabili fino a certe profondita, altri consentono di tenere il conteggio dei passi, piuttosto che delle bracciate o delle pedalate e possono registrare i percorsi effettuati, le velocità, le distanze, la media ecc. Quelli più moderni elaborano anche i dati di quota come le salite, le discese e le pendenze in modo molto preciso.

Altre funzioni dei GPS utilizzati in ambito sportivo sono la personalizzazione degli allenamenti, la possibilità di collegarlo a un cardiofrequenzimetro, consentono inoltre di utilizzare delle APP dedicate agli sport, è possibile collegarli al PC o al MAC attraverso la tecnologia wireless a alcuni hanno anche la funzione Bluetooth.

Un navigatore satellitare, detto anche navigatore GPS o semplicemente navigatore, è un dispositivo elettronico digitale dotato di capacià di ricezione del segnale radio satellitare GPS integrato con un sistema di mappe, progettato per assistere nella navigazione stradale il conducente di un' automobile indicandogli interattivamente il percorso da seguire per raggiungere una qualsiasi destinazione preimpostata dall'utente a partire dalla sua posizione iniziale.

Un navigatore tipico include un display LCD in cui viene visualizzato il percorso da seguire, in genere con funzionalità touch screen, per consentire all'utente di interagire con il sistema attraverso una interfaccia grafica, e un altoparlante attraverso cui vengono fornite indicazioni verbali sul percorso più breve disponibile tipicamente ottenute grazie al ricorso ad un algoritmo opportuno a partire da una mappa in memoria, la quale può essere integrata tramite una comunicazione internet, così come sulle informazioni di viabilità o sui controlli elettronici.

Il navigatore satellitare consente di modificare il percorso in base alla scelta della tipologia di mezzo che si intende utilizzare, a piedi, in auto o coi mezzi pubblici e all'occorrenza può essere utilizzato come lettore di mp3, lettore di schede SD e di immagini, oppure essere integrato con funzioni di guida turistica, traduttore e convertitore di valuta.

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