A Spinoff a Day – L’accuratezza del GPS viene assicurata da un software di mappatura della ionosfera

A più di 85km dalla superficie terrestre si trova la ionosfera, una zona in cui gli elettroni possono essere separati dagli atomi a causa dell’attività solare, dando vita a ioni positivi. L’azione dei venti (la maggior parte dei fenomeni meteorologici si crea nella troposfera) e l’elettrodinamica fanno sì che gli elettroni si distribuiscano in maniera irregolare, rischiando di causare interferenze con i segnali radio.

A causa di questo, secondo Lawrence Sparks, tecnologo dello Ionospheric and Atmospheric Remote Sensing Group al JPL, i segnali GPS possono subire ritardi dell’ordine anche di decine di metri. “Sebbene 40 metri non siano nulla per segnali che viaggiano alla velocità della luce, un ritardo di anche una piccola frazione di secondo può fare la differenza nel determinare la posizione di un aeroplano che si muove velocemente. Identificare la posizione corretta di un velivolo è estremamente importante, ad esempio se sta atterrando in una zona nebbiosa”.

Esiste già un sistema di mappatura della ionosfera, ma le 38 stazioni WAAS (Wide Area Augmentation System) situate in Nord America che si occupano di questo riescono a scansionare solo una data area ionosferica all’interno di un intervallo di tempo. Ecco quindi che entra in funzione un modello chiamato di “minaccia” ionosferica costruito su dati storici, e che prende in considerazione gli scenari peggiori (espulsioni di massa coronale, grandi movimenti di vento solare o di campi magnetici) per calcolare il maggior errore possibile per ogni configurazione satellitare. In questo modo si può capire quale possa essere il ritardo massimo nella ricezione dei segnali GPS in termini di tempo in un dato luogo/momento. Per generare questo modello, IonoSTAGE calcola la denistà elettronica nella ionosfera tra un dato satellite ed una stazione di riferimento, ed il ritardo del segnale.

Dato che l’impatto di misurazioni errate è poco rilevante per i grandi velivoli che si appoggiano ad aeroporti già ben attrezzati, il sistema WAAS implementato ha trovato mercato nel settore privato, in quello dei trasporti d’emergenza o nelle linee aeree regionali che toccano aeroporti con una quantità di traffico insufficiente a giustificare l’acquisto di un sofisticato sistema di guida. Prima di WAAS, infatti, in caso di condizioni atmosferiche avverse gli aeroporti utilizzabili erano solamente quelli di grandi dimensioni che disponevano di sistemi di atterraggio affidabili, quelli piccoli non erano presi in considerazione.

L’utilizzo del GPS in sé non è sufficiente per gli aerei, perché essi necessitano anche di un’accurata misurazione verticale per poter atterrare in maniera sicura, ed uno degli strumenti di WAAS ha proprio il compito di calcolare l’eventuale margine di errore su un piano ionosferico verticale. Questo permette ad un maggior numero di aerei di poter volare anche in condizioni di visibilità non ottimali perché il supporto dato da questo sistema ai satelliti GPS garantisce ora una maggiore affidabilità di misurazione.

Sparks afferma che il sistema cerca un’equilibrio tra un range di possibili errori, da un lato abbastanza ampi da garantire l’inclusione dei margini effettivi, e dall’altro abbastanza stretti da poter utilizzare le informazioni per la geolocalizzazione.

Maggior precisione nella ricezione dei segnali GPS grazie a software sviluppati al JPL © NASA / Veronica Remondini

Per approfondire:

Spinoff nel dettaglio [ENG]

Come lavorano i satelliti GPS [ENG]

Il sistema WAAS [ENG]

Presentazione completa powerpoint originale in inglese, traduzione italiana a cura di Veronica Remondini.