NELL'OCEANO SOLIDO - L'ALTRO MODO DI VEDERE IL GPS
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PREAMBOLO |
IL GPS
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL GPS
Il principio di funzionamento del GPS si basa sulla triangolazione
della posizione di 24+3 appositi satelliti militari (per
piazzare i quali gli USA hanno speso 10 bilioni di $$ !!)
che inviano una serie di sequenze digitali, sequenze che non vengono
utilizzate per calcolare angoli, ma distanze.
Ogni satellite ha al suo interno un orologio al Cesio con precisione
valutabile in 1 secondo ogni milione di anni, ed è
"sincronizzato" col ricevitore GPS che trasforma il tempo
impiegato a ricevere il segnale in distanza dal satellite che lo ha
emesso.
Per fare il punto bidimensionale il GPS deve "agganciare" almeno
tre satelliti; calcolata la sua distanza da ciascuno di essi, il nostro
strumento elabora un algoritmo che costruisce nello spazio tre sfere di
raggio uguale alle tre distanze a disposizione, sfere che si intersecano
in soli due punti: uno è il punto di stazionamento del GPS e l’altro
quello direttamente opposto, che viene automaticamente scartato come
"impossibile" (l’antenna del GPS dovrebbe trovarsi nella
ionosfera...).
La posizione così ottenuta è bidimensionale, ovvero affetta da un certo
grado di errore dovuto al fatto che i calcoli eseguiti dal GPS non hanno
tenuto conto dell’altezza sul livello del mare dell’antenna del
ricevitore.
Per eliminare tale errore ed ottenere un punto tridimensionale
è necessario agganciare almeno un quarto satellite, operazione che riduce
gli errori di calcolo ad una sfera di raggio circa 50 metri. Al crescere
del numero di satelliti agganciati decresce il raggio della sfera
d'imprecisione grazie al controllo di ridondanza che lo strumento effettua
in tempo reale sui dati ricevuti.
TIPI DI GPS
I GPS si dividono in due grandi categorie: i monocanale seriali e i
multicanale paralleli.
Il GPS monocanale aggancia i tre-quattro satelliti necessari ai suoi
calcoli in sequenza (in serie...) e quindi non è in grado nè di fornire
misure di alta precisione nè di fornirle in tempo reale. Il suo errore
medio è dell’ordine delle molte centinaia di metri ed i suoi tempi di
acquisizione ed elaborazione dell’ordine delle decine di minuti ( sino a
due ore in condizioni sfavorevoli) e solo a veicolo fermo.
Il GPS multicanale lavora invece in tempo reale poichè aggancia i
satelliti necessari contemporaneamente (in parallelo...), con tempi di
acquisizione ed eleborazione dell’ordine dei secondi anche a veicolo in
movimento e con precisione media di alcuni metri. Sono disponibili, a
costi che salgono via via in modo esponenziale, GPS per uso civile a 6, 12, 24,
36 canali con velocità e precisioni che è facile immaginare, ma
inutili per l’uso con le carte INC. E’ infatti superfluo disporre di
tali precisioni quando il tratto della matita (0,5 mm) su una carta
1:200.000 rappresenta ben 100 metri, cioè il massimo errore di un GPS
portatile quadricanale !
ISTRUZIONI PER L'USO
Ci vorrebbe un trattato, anzi più trattati ciascuno dedicato ad ogni
modello, tanto questi strumenti sono stati riempiti di funzioni utili,
meno utili, inutili del tutto, strumenti che ormai tutto posseggono meno
l'intuitività e l'affidabilità nell'uso.
Inoltre, poichè quest'oggetto rientra nella categoria dell'elettronica di
consumo, è soggetto nell'hardware e nel software ad aggiornamenti
frenetici cui nemmeno i libretti d'istruzione tengono dietro.
Quindi è inutile sprecare tempo dietro a tali istruzioni; fatevi un bel
giretto in Internet e troverete sicuramente aiuto in tal senso per il
vostro apparecchio, specie nei siti
ufficiali delle case produttrici di GPS.
In ogni caso tenete presente che la spinta al consumo impone, appunto, che
i consumatori siano "spinti" a consumare sempre, sostituendo con
regolarità hardware e software, e per giustificare ciò ad
ogni "release" i produttori inzeppano i loro apparecchi di sempre più funzioni con
aumento esponenziale del volume di istruzioni necessarie per un uso
corretto e completo.
Per cui se siete dei consumisti, è probabile che
passerete la vita ad istruirvi sull'uso del GPS senza trovare il tempo di
andare nel Sahara.
Last but not least, quante volte l'anno pensate di usare il vostro super
GPS ?
Siete certi di aver assimilato in profondità tutte le cognizioni
necessarie per l'uso del vostro strumento e di ricordarvele al momento
opportuno ? Non vorrete fare ricorso al libretto d'istruzioni in mezzo
alle sabbie !
Proseguite nella lettura...
Al termine della Guerra del Golfo, siamo nel 1991, l'Aviazione
statunitense si rivolse al GIT (Georgia Institute of Technology) per la
realizzazione di un sistema di orientamento e navigazione personale
installabile sugli aerei da combattimento ed, ovviamente, asservito al
sistema GPS: il Falcon Wiew. Tale sistema, costato poco (circa 2 milioni di dollari), si
basa sull'uso di Pc a bordo ed è in grado di espletare tutte le
funzioni di avvicinamento, elusione del nemico, raggiungimento
dell'obbiettivo, puntamento e sua distruzione.
Il sistema si è prontamente evoluto in Cyber Warrior, sistema che
permette un
colloquio in tempo reale tra tutti gli aerei impegnati nella missione e il
quartier generale. In pratica, Falcon Wiew è stato messo "in
rete".
Poichè l'appetito vien mangiando, il magico strumento è stato
trasformato in lap top tattico e dato in uso anche alle truppe
aviotrasportate. Ora "in rete" si aveva anche l'intero reparto
di paracadutisti, che potevano elaborare i dati relativi al lancio prima
dell'accendersi della luce rossa e poi immediatamente a terra, effettuando
così un controllo di esecuzione subito disponibile a tutti gli aerei in
volo, al quartier generale, al Pentagono.
Ma chiunque capisce a questo punto che il sistema è ancora da
perfezionare. E l'Esercito ? E i Marines ?
E qui il problema si fa grosso. Si pone immediatamente il problema della
creazione di uno strumento che unisca computer e GPS in un aggeggio di
facile uso in qualunque condizione, in qualunque stato emotivo, per
qualunque grado d'istruzione e a prova di ogni aggressione fisica.
L'integrazione dei due strumenti non riesce e si ripiega su due separati:
il computer palmare ed il GPS palmare, realizzati con una complessione
talmente robusta che potrebbero essere adoperati come palline in una
partita di tennis sotto il diluvio.
Il programma prevede la dotazione degli strumenti per ogni soldato, in
modo da arrivare in breve tempo (ma forse ci sono già arrivati) ad avere
un unico enorme quadro "on line" dello scenario di guerra con
tutti i pezzi in movimento: aerei, navi, carri armati, sottomarini,
soldati. Non è uno scherzo: anche le mine hanno un modulo di
posizionamento !
Ed arriviamo al punto: la semplicità e l'affidabilità.
Pensate che un marine sotto il fuoco nemico o ferito, ubriaco di
adrenalina e super eccitato potrebbe essere in grado di usare in mezzo al
fango un Garmin
dell'ultima generazione ? E che questo strumento continuerebbe a
funzionare anche quando, per ripararsi dal fuoco nemico, il nostro marine
si gettasse in terra schiacciando col torace il GPS infilato nel gilet
tattico ?
Certo che no, e così per lui sono stati
realizzati dei GPS (diversi modelli sono in prova) in grado di essere
accesi ed utilizzati. Subito e senza istruzioni particolari.
Ho potuto avere in mano uno di questi
mostriciattoli, piccolo come un cellulare grosso, ricoperto di solida
gomma in vari colori (verde, mimetico giungla, mimetico sabbia), senza
antenna (ne ha una toroidale affogata nella mescola del corpo), con un
piccolo schermo protetto da cristallo, a prova di acqua e di polvere ed in
grado di resistere all'accelerazione di alcuni G.
Se lo sbattete al muro
quello rimbalza e continua a funzionare meglio di prima.
Ne ho acquistato uno per uso civile in colorazione nera. Li fabbrica la
Trimble Navigation (USA), la stessa che equipaggia le testate dei Patriots
coi suoi moduli GPS, ed è una versione "addomesticata" di
quello militare. Le uniche differenze sono nell'assenza degli "shortcuts"
incisi sul dorso, nell'assenza del comando di azzeramento istantaneo della
memoria (necessità solo militare in caso di cattura),
nell'assenza del modulo di alimentazione all'idrogeno (a lunga durata,
coperto da segreto militare). Per il resto le due versioni sono identiche.
Lo accendi, aspetti qualche secondo, e poi lo dai a tuo nipote di sei anni
che ci fa il punto e la rotta.
E non vi preoccupate. Se lo butta nella vasca dei pesci, sono i pesci a
farsi male.
La morale qual'è ?
Semplificare, irrobustire...semplificare, irrobustire....
OTTIMIZZATE IL VOSTRO SISTEMA OPERATIVO
DEBUG
Tra il dire e il fare c'è sempre di mezzo il mare. Tra ciò che è
memorizzato nello scatolotto e quello che sta al suolo ci corre un
mare...di sabbie. Tra quello che sta sul terreno e quello che è
scritto sulle carte ci corre ancora dell'acqua e altra acqua corre tra
le carte "di carta" e le carte "di byte". In informatica gli "errori concatenati progressivi" sono
la concretizzazione dell'Apocalisse.
La catena che compone il vostro "insieme di posizionamento"
comprende (escludendo i satelliti, per definizione perfetti) tutti
questi anelli:
gli strati di atmosfera che il segnale deve attraversare prima di giungere, sicuramente deviato, all'antennina del vostro giocattolo.
l'elettronica di cui è composto il GPS
la sua alimentazione
le carte "di carta" che costituiscono il materiale sorgente
la scansione delle medesime
il CD Rom con le scansioni
la memorizzazione delle scansioni
tutte le interfacce necessarie
il software di attuazione
il desk top, o il lap top o il palmare o tutti e tre assieme
l'abilità dell'operatore
la bussola
Anche se ho dimenticato qualche cosa, ce n'è più che a sufficienza per considerare il vostro "insieme di posizionamento" un insieme ad affidabilità condizionata perchè eccessivamente esposto a "errori concatenati progressivi". Vale a dire che ciò che vi sussurra il GPS deve essere valutato dal cervello, se presente ed attivato. Altrimenti possono essere guai.
DEFRAG
Liberate il vostro cervello dalle scorie informatiche e ricompattate
la vostra memoria liberando spazio con l'eliminazione di tutti i
concetti precostituiti, inutili e dannosi. Prendete dalla tecnologia ciò che vi occorre e
sbattetegli la porta in faccia per il resto.
Se avete seguito il mio consiglio e avete navigato a sufficienza in
Internet alla ricerca di informazioni sul GPS, vi dovrebbe girare la
testa e dovreste aver ben compreso cosa significa trascendere il fine.
Non potete complicarvi la vita fino a tal punto.
Pertanto SI al GPS, ma con equilibrio:
Procuratevi il più semplice e il più affidabile sul quale riuscite a mettere le mani ed imparate ad usarlo nelle sue funzioni elementari in tutte le condizioni.
Lasciate perdere la cartografia digitale e portatevi appresso le carte INC.
Usatelo solo dove serve e quando serve.
Mettete sempre in discussione le sue affermazioni.
Conservate in efficienza al 100% la capacità di sapervi orientare e di navigare con la sola bussola.
FORMAT
Se il vostro ordine mentale è irrimediabilmente sconvolto dalle
complicazioni tecnologiche, ripartite da zero e semplificate tutto al
massimo.
Cosa serve effettivamente in un GPS ?
Una cinquantina di Waypoints
un paio di Routes
Tutto qui ? Yes; se
il vostro GPS fa anche il caffè, sono spiacente, ma di più non occorre.
Vediamo perchè.
FINALITA'
A che deve servirvi questo strumento ?
Nel contesto del mio modo di viaggiare ad aiutarvi quando ne avrete
bisogno, non a costringervi a seguire un rosario di centinaia di
waypoints solo per il gusto di poter dire: "Visto che precisione
?".
Pertanto l'uso di questo strumento sarà:
programmato in anticipo per le sole tratte che ne necessitano: categorie FP e C3 al massimo. A che diavolo vi serve in tutte le altre occasioni ove bastano solo occhi e cervello ?
adottato in casi di vera emergenza: smarrimenti (?!), cambi di programma, detour.
FREQUENZA
Con che frequenza di waypoints intendete costruire la vostra rotta
elettronica ? Dato che, se volete godervi il viaggio, una percorrenza
media giornaliera ragionevole può essere stimata in circa 300 km.,
penso che una decina di waypoints siano più che sufficienti. Con una
frequenza maggiore rischiate di perdere troppo tempo nel riscontro sul
terreno e anzichè godervi il paesaggio passerete il tempo a recitare
il già citato rosario. Spesso ne basteranno molti meno, per esempio
su reg.
Quindi, direte voi, per un viaggio di, diciamo, 5.000 km. (di piste C
e FP) occorreranno (5.000 / 300) * 30 = 499.999 periodico waypoints.
E' così ?
No, ne bastano un decimo o poco più per il motivo che segue.
AGGIORNAMENTO
I motivi per i quali la traccia programmata del vostro viaggio può
subire piccole o grandi variazioni sono così numerosi che non tento
neanche di farne un elenco. Fatto è che in una situazione del genere
tutti i waypoints futuri devono essere reimpostati e le rotte
ricostruite.
A meno che non siate dei ragionieri del deserto e per voi sia più
importante passare in un determinato punto piuttosto che viaggiare.
Conosco persone che possiedono computer costosissimi di potenza
elevatissima coi quali non fanno assolutamente nulla oltre che far
girare i programmi di bench mark che attestano quanto fantastica sia
la loro macchina.
E' una tipica schizofrenia da tecnologia che porta a trascendere il
fine in favore del mezzo.
Dunque, è ridondante costruire rotte in successione, essendo
ragionevole impostare le prime due e lasciare il resto al lavoro in
zona di operazioni. 2 rotte x 30 waypoints fanno 60 waypoints. Poichè
nessun GPS ne incamera meno di cento, il problema è bello che
risolto. In ogni caso dovete aver libere un certo numero di locazioni
di memoria per dare spazio ad eventuali detour sviluppati durante il viaggio.
Solo per cultura personale, eccovi pochi cenni sugli altri strumenti per la navigazione, ormai oggetti da museo.
IL SESTANTE
E’ fondamentalmente uno strumento ottico-meccanico che misura angoli e,
nonostante sia di utilizzo assai complesso, funziona su semplici principi
che vi descriverò in queste brevi note.
Misura della latitudine.
Il Sole passa sul meridiano corrispondente al punto di stazionamento
quando raggiunge la sua massima altezza, cosa che avviene quando il suo
moto (apparente) ascendente si arresta per un po’ prima che si inizi il
moto discendente. La misura dell’altezza meridiana fornisce quindi una
retta orientata per parallelo che corrisponde alla latitudine che, non
dimentichiamolo, equivale all’altezza del punto di stazionamento sull’Equatore.
Per eseguire questa semplice operazione di rilevamento occorrono un
sestante, le tavole delle effemeridi ed un cronometro al quarzo
preciso che conservi l’ora di Greenwich; il limite è che il rilevamento
può essere effettuato solo al "Mezzoggiorno" locale. In
qualsiasi altra ora del giorno si ottengono rette d’altezza diversamente
orientate, con calcoli assai più complessi.
Misura della longitudine.
Per ottenere questo valore, che corrisponde alla distanza del punto di
stazionamento dal meridiano di Greenwich (tale distanza viene misurata
sull’equatore), occorre calcolare almeno un’altra retta d’altezza
opportunamente orientata che, intersecando la retta orientata per
parallelo ricavata in precedenza, individui univocamente il punto di
osservazione. In pratica sarà necessario calcolare in totale tre o
quattro rette d’altezza che intersecandosi (solo teoricamente in un
unico punto) formino in pratica un circolo d’errore accettabile nel
quale deve essere situato il punto di stazionamento. I calcoli delle rette
d’altezza diversamente orientate dai paralleli sono molto complessi,
richiedono l’uso di altre tavole (le HO) e possono essere eseguiti con
diversi sistemi. E’ assai dubbio che tali calcoli siano utilmente applicabili da persone non
specificatamente addestrate in un ambiente che pone, rispetto al mare,
problemi aggiuntivi (orizzonte incerto, altezza slm., rifrazione ottica
dovuta al caldo, condizioni di lavoro critiche etc.). Pertanto coloro che
volessero utilizzare il sestante (??) è bene sappiano che da questo strumento
potranno realisticamente ottenere, con un buon orizzonte, la sola
latitudine e neanche tanto a buon mercato.
IL
RADIOGONIOMETRO
E’ un apparecchio
radioelettrico messo a punto negli anni della Prima Guerra Mondiale. Esso
in pratica misura l’angolo rispetto al Nord dei segnali radio emessi da
un qualunque trasmettitore di potenza di cui sia nota la posizione
geografica. Due di questi rilevamenti formerebbero, a tutti gli effetti,
una triangolazione adatta a fornire il punto di stazionamento. In pratica
però il ricevitore nella maggioranza dei casi capta un solo radiofaro
permettendo quindi di stabilire la sola latitudine. Il radiogoniometro
più semplice consiste in un ricevitore ad antenna orientabile che
stabilisce la direzione di provenienza di un segnale mediante la
misurazione dell’apice della potenza del segnale stesso. Tramite delle
carte appositamente realizzate è possibile individuare il radiofaro che
ha emesso il segnale e quindi disegnare a partire da questo una retta
lungo la quale si trova il punto di stazionamento. Apparecchiature più
precise e più complesse (Loran, Decca, Consol etc.) si rifanno a questo
principio di funzionamento ed interessano quasi esclusivamente le
navigazioni marina ed aerea nelle le fasi di approdo e atterraggio, e non
sono utilizzabili nel deserto (entroterra profondo). L’avvento del GPS
ha messo in pensione queste apparecchiature costose che
danno, alla luce delle realizzazioni odierne, risultati assai modesti e
geograficamente limitati.