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Come funziona il GPS

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Ormai sono anni che utilizzi quotidianamente la tecnologia GPS: quando sei in auto e imposti un percorso sul tuo navigatore satellitare, quando devi trovare una strada in Google Maps o, molto più semplicemente, quando posti qualcosa su Facebook mantenendo attivo il riconoscimento della posizione geografica. Ma ti sei mai chiesto come funziona il GPS e come fa a rilevare sempre (o quasi) la giusta posizione di una persona o di un oggetto? Se la risposta è sì e stai cercando maggiori informazioni su questa straordinaria tecnologia, sappi che sei capitato nel posto giusto al momento giusto!

Di seguito, infatti, ti condurrò nel mondo del GPS, fornendoti tutte le informazioni di cui hai bisogno per comprendere appieno il funzionamento di questo sistema che, ormai, ci accompagna ogni giorno nelle nostre attività lavorative e ludiche. Ti spiegherò, dunque, il significato della sigla GPS, ti accennerò alla storia di questa tecnologia e poi entrerò nel vivo della questione dandoti qualche dettaglio tecnico su questa tecnologia e spiegandoti come avvalertene su smartphone, tablet e computer.

Non ti preoccupare, non hai bisogno di essere un ingegnere aerospaziale o di possedere competenze informatiche di alto livello per comprendere il tutto: ti basterà qualche minuto di tempo libero (il necessario per leggere attentamente questo approfondimento) e, te lo assicuro, al termine della lettura avrai tutto molto chiaro. Detto ciò, non mi resta che augurarti buona lettura e buon divertimento!

Indice

Cos’è il GPS spiegato in modo semplice

Iniziamo dalle basi, cercando di rendere quanto più semplice possibile il funzionamento della tecnologia GPS e le sue tantissime applicazioni.

Cos’è il GPS

Come funziona il GPS

Prima di entrare nel merito della questione, è bene partire dal principio spiegandoti cosa significa la sigla GPS. Ebbene, GPS è l’acronimo di Global Positioning System e si tratta di un sistema di posizionamento basato sui satelliti in orbita, in grado di fornire la posizione e l’ora esatta a qualsiasi dispositivo dotato di un apposito ricevitore. Funziona in qualsiasi momento e a prescindere dalle condizioni meteorologiche. Per essere più precisi, la definizione completa di questo sistema di posizionamento è NAVSTAR GPS, cioè Navigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System.

Il sistema GPS, progettato dal Dipartimento della Difesa Statunitense, nasce nel 1973 come successore del sistema Transit per offrire la possibilità ai mezzi militari di orientarsi nello spazio (e nel tempo) in qualsiasi posizione e con qualsiasi condizione meteorologica. Soltanto nel 1991, tuttavia, gli Stati Uniti hanno deciso di aprire l’utilizzo del GPS anche ai civili, ma con alcune limitazioni (che non riguardavano l’uso militare): per questioni di sicurezza, il segnale inviato dai satelliti veniva “alterato” di proposito da un particolare meccanismo, diminuendo l’ordine di precisione della rilevazione dei ricevitori civili — l’errore di rilevazione poteva arrivare fino a 950 metri rispetto alla sua posizione originale.

Nel 2000 tali limitazioni sono state abolite, rendendo la rilevazione per usi civili decisamente più precisa: la rilevazione tramite GPS, a oggi, garantisce una precisione di 10 o 20 metri rispetto alla posizione reale, sicuramente un bel balzo in avanti rispetto a quanto capitato in passato.

Principalmente, l’intero sistema GPS si compone di tre “parti”, o segmenti, che lavorano insieme per offrire il posizionamento nelle modalità che ti ho indicato in precedenza. Di seguito te li illustro tutti.

  • Segmento spaziale — si tratta della costellazione di satelliti disposta nell’orbita terrestre. In totale, intorno alla terra, orbitano 31 satelliti artificiali (24 sono attivi, altri invece lo diventano in caso di necessità) disposti su 6 piani distinti, che emettono continuamente segnale su due canali differenti: L1 per l’uso civile (SPS), e L2 (PPS) per l’uso militare.
  • Segmento di controllo — si tratta della combinazione delle 8 stazioni di controllo dei satelliti (7 operative e una “di riserva), sparse in punti strategici della Terra, insieme alle 4 antenne terrestri in grado a inviare a ciascun satellite gli aggiornamenti necessari nel tempo. Il personale all’interno delle stazioni di controllo si occupa della gestione completa dei satelliti, dei segnali e dei servizi.
  • Segmento utente — questo segmento altro non è che l’insieme dei ricevitori GPS presenti sul nostro pianeta, sia militari che civili. In genere, un ricevitore si compone di un piccolo processore per elaborare le operazioni, di un’antenna GPS e di una sorgente di tempo, utile a effettuare l’operazione di sincronizzazione (te ne parlerò a breve).

La rilevazione della posizione tramite GPS si basa sul principio della trilaterazione: sfruttando i segnali radio generati da tre satelliti e la distanza della Terra da ciascuno di essi, il ricevitore, grazie al tempo di percorrenza dei 3 segnali, è in grado di calcolare il punto del pianeta in cui si trova, con un margine di precisione abbastanza alto, riproducendolo all’occorrenza su una mappa digitale (come ti ho spiegato prima, la localizzazione SPS ha un errore minore di 20 metri rispetto alla posizione reale).

L’orologio a bordo del ricevitore, però, non è preciso quanto quello che si trova a bordo dei 3 satelliti impegnati nella triangolazione, dunque il ricevitore stesso non è in grado di conoscere da subito il momento esatto in cui il segnale è partito: per questo, viene sfruttato il segnale inviato da un quarto satellite, utile a “correggere” l’orologio a bordo del ricevitore e sincronizzarlo con quello satellitare. È questo il motivo per cui, in ogni punto della terra, un ricevitore GPS può ricevere i segnali da almeno 5 satelliti differenti (4 operativi più uno “di scorta).

Prima di passare oltre, ritengo doveroso fornirti un’altra importante informazione: GPS è il più usato sistema di posizionamento del mondo, ma non è l’unico. Alcune nazioni e continenti, per una serie di motivi (tra cui il fatto che il segmento spaziale e quello di controllo del GPS sono di proprietà degli USA, nazione che potrebbe in teoria vietarne l’utilizzo in qualsiasi momento), hanno creato sistemi di posizionamento alternativi: GLONASS (Russia), BeiDou/Compass (Asia), IRNSS (India) e Galileo (Europa).

A cosa serve il GPS

A cosa serve il GPS

Se hai letto attentamente quanto ti ho detto finora, hai certamente capito il fine ultimo del GPS: questo sistema è in grado di localizzare qualsiasi oggetto dotato di un ricevitore, in qualsiasi punto della Terra e in qualsiasi momento, a prescindere dalle condizioni meteorologiche.

Come ti ho già spiegato, un ricevitore GPS non è altro che un “chip” dotato di un’antenna, un minuscolo processore e una sorta di orologio in grado di captare il segnale dei satelliti e di rilevare, con le regole che ti ho spiegato poco fa, le coordinate terrestri della sua posizione, riportandole eventualmente su una mappa grazie appositi sistemi, programmi o app.

I primi dispositivi dotati di chip GPS erano dei semplici rilevatori dotati di un piccolo display su cui venivano mostrate le coordinate terrestri. Con il passare del tempo e l’evolversi della tecnologia, è diventato possibile avvalersi di molte categorie di dispositivi per usufruire di questa tecnologia: di seguito te ne elenco alcune.

  • Navigatori per automobili — si tratta di dispositivi generalmente progettati per la sola navigazione tramite la tecnologia GPS. Sono dotati di uno schermo, di un processore, di una memoria RAM e di un chip GPS (oltre che di componenti opzionali come Bluetooth, batteria, WiFi ecc.), e possono mostrare interi itinerari di viaggio personalizzabili, oltre che la posizione attuale, sfruttando mappe di nazioni o interi continenti, che possono essere scaricate al bisogno. Se hai bisogno di un navigatore, ti consiglio di far riferimento alla mia guida all’acquisto dedicata.
  • GPS tracker — si tratta di veri e propri “localizzatori”, dotati di un chip GPS, in grado di determinare la posizione dell’oggetto a cui sono collegati o della persona che li indossa, interfacciandosi con appositi programmi per computer o app per smartphone e tablet. Alcuni tracker sono dotati di chip aggiuntivi come WiFi e Bluetooth, altri invece sono talmente piccoli da risultare quasi invisibili: puoi trovarne un’ampia scelta consultando la mia guida ai migliori GPS Tracker.
  • Smartphone, tablet e computer — da diverso tempo, questi dispositivi di uso comune sono dotati di un chip GPS che può essere attivato o disattivato al bisogno e usato, tramite programmi o app dedicate, per molteplici scopi (“trasformare” i device in navigatori satellitari o per localizzarli quando vengono smarriti o rubati, tanto per citare due scenari comuni). Per la precisione, non tutti i computer sono dotati di chip GPS, tuttavia è possibile sfruttare i servizi di localizzazione avvalendosi della connessione a Internet, combinando l’indirizzo IP ottenuto dalla macchina alla posizione del server più vicino, appartenente al gestore a cui è collegato.

Avrò poi modo di approfondire vari di questi dispositivi più avanti nel corso di questa guida.

Come funziona il GPS del telefono

Ora che hai appreso le nozioni di base, passiamo a vedere come funziona il GPS nei cellulari. Prima di continuare, però, voglio precisare che i servizi di localizzazione possono essere usati dalle app che ne fanno richiesta, solo a patto che tu conceda loro i permessi di accesso, che possono essere limitati a quando si utilizza l’app (opzione che ti consiglio per la maggior parte delle applicazioni) o disponibili a prescindere dal fatto che si stia eseguendo l’app in primo piano (più rischioso in termini di privacy e che comporta un maggior consumo di batteria).

Attenzione, comunque, a non concedere i permessi legati alla posizione a cuor leggero, in quanto alcune app malevole sono progettate per tracciare costantemente la posizione dell’utente per fini poco limpidi, ad esempio per raccogliere senza permesso informazioni circa le attività svolte dalla persone, i luoghi che frequenta e così via. Adesso però passiamo al lato pratico della questione e vediamo come attivare il GPS su Android e iPhone.

Android

gps

Disponi di uno smartphone Android? Non preoccuparti: attivare il GPS è molto, molto semplice e puoi farlo sia usando l’area di notifica, sia l’apposito pannello all’interno delle impostazioni.

Dunque, per attivare il GPS in modo pressoché immediato su Android, richiama l’area di notifica sul tuo smartphone (o tablet) facendo uno swipe dall’alto dello schermo verso in basso, e sfiora l’icona GPS presente nel pannello che si apre (o Localizzaz., dipende dalla versione del sistema operativo in uso): quando questa si illumina, il GPS è attivo e disponibile per le app e i servizi che desiderano usufruirne.

Non riesci a trovare l’icona del GPS nell’area di notifica di Android? Non preoccuparti, puoi agire allo stesso modo anche tramite i menu del sistema: per prima cosa, sfiora l’icona Impostazioni collocata nella schermata delle app installate sul tuo dispositivo, poi scorri fino a trovare la sezione Posizione e attiva la levetta di fianco alla voce Disattivato.

In alcune versioni personalizzate di Android, ad esempio la MIUI di Xiaomi, il procedimento può cambiare leggermente, ma lo troverai sempre dal pannello delle notifiche o nel menu Impostazioni. Dal medesimo pannello, puoi anche controllare le app che hanno accesso di recente ai servizi di localizzazione. Non è stato difficile, vero?

iPhone

gps iphone

Disponi di un iPhone (o di un iPad)? Non preoccuparti, attivare o disattivare il GPS è molto semplice anche qui. Per prima cosa, fai tap sull’icona Impostazioni residente nella schermata principale del tuo dispositivo e seleziona le voci Privacy e sicurezza e Localizzazione dal menu che si apre.

Ora, per “accendere” il GPS, attiva l’interruttore collocato in alto a destra, in corrispondenza della voce Localizzazione e il gioco è fatto! Dal medesimo pannello, puoi attivare o disattivare la condivisione della posizione tramite le app di sistema, oppure revocare il permesso d’accesso alle app installate sul dispositivo. Lo stesso discorso vale anche per iPad.

Come dici? Hai connesso un Apple Watch al tuo iPhone e ti stai chiedendo come funziona GPS Apple Watch? Ti accontento immediatamente. A meno che tu non abbia uno dei primissimi modelli dello smartwatch Apple (es. il Series 1) che non erano dotati di GPS integrato, ma si appoggiavano a quello dell’iPhone per calcolare le distanze, tutti i modelli successivi (di qualsiasi dimensione, materiale ed edizione) hanno un modulo GPS integrato, quindi possono calcolare i percorsi e le distanze senza necessità di appoggiarsi allo smartphone e senza configurazioni particolari.

I modelli GPS + cellulare possono lavorare in totale autonomia anche per quanto riguarda la connessione Internet, grazie all’uso di eSIM; il servizio di connettività per Apple Watch in Italia, tuttavia, è disponibile solo tramite alcuni operatori telefonici, quali TIM e Vodafone; inoltre necessita di un pagamento supplementare. Se vuoi sapere più in dettaglio come funziona Apple Watch, ti lascio alla mia guida sul tema.

Come funziona GPS su computer

GPS Windows 10

Fino a questo momento ti ho parlato di GPS su smartphone e tablet. E se ti dicessi che questi servizi esistono in egual modo e possono essere attivati anche su computer? Sì, si può fare!

Prima di spiegarti come, però, devo fare una precisazione importante: non tutti i computer sono dotati di chip GPS, dunque può succedere che la localizzazione venga ottenuta utilizzando le informazioni ricavate dalla connessione Internet.

Fatta questa doverosa premessa, è il momento di passare all’azione: se utilizzi Windows 10 e vuoi attivare il GPS sul tuo PC, clicca sull’icona a forma di Fumetto collocata in basso a destra dello schermo, accanto all’orologio, e clicca sull’icona Posizione. Se non vedi l’icona in questione, clicca sulla voce Espandi tutto e dovresti vederla comparire.

Su Windows 11 invece, devi andare nel menu Impostazioni per poi premere sulla voce Privacy e sicurezza. Da qui cerca l’opzione Percorso che si trova nella sezione Autorizzazioni app e attiva la levetta di fianco all’opzione Servizi di posizione.

Se invece disponi di un Mac, attiva la localizzazione in questo modo: clicca sull’icona delle Impostazioni (l’ingranaggio) presente sulla Dock, cerca Privacy nella finestra che si apre, sblocca le modifiche cliccando sul pulsante a forma di lucchetto e verificando la tua identità, dunque premi sull’opzione per abilitare i servizi di localizzazione.
Anche browser come Google Chrome dispongono di una funzione per consentire il rilevamento della posizione geografica da parte dei siti e dei servizi Web utilizzati: per procedere, apri il browser di “big G”, pigia sul pulsante ⋮ collocato in alto a destra, seleziona la voce Impostazioni, scorri in fondo alla pagina e clicca sulla voce Privacy e sicurezza.

Una volta caricata la sezione successiva della pagina, clicca sulla voce Posizione, e attiva la spunta di fianco alla voce I siti possono chiederti la posizione. Da questo momento in poi, quando un sito desidera accedere alla posizione, viene mostrato un piccolo pannello informativo in alto a sinistra: per accordare l’accesso, è necessario cliccare sul pulsante Consenti.

Come funziona GPS auto

auto

Come probabilmente potrai immaginare, il GPS delle auto funziona esattamente come ogni altro GPS. Quello che però permette di realizzare in combinazione con altri servizi, è la vera differenza su cui ho intenzione di focalizzarmi per farti capire il suo potenziale.

Quando un’auto ha il GPS, può essere facilmente localizzata in qualsiasi parte del mondo, il che significa poterla trovare in caso di furto. Se associata a un antifurto che sfrutta (anche) i servizi di localizzazione, diventa praticamente impossibile per un ladro avere chance di successo.

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Se questo ti sembra poco, aggiungiamo una parentesi su come funziona il GPS delle assicurazioni. Se questo sistema può monitorare dove si trova la tua macchina, può anche capire a che velocità si si trova muovendo o se ci sono stati errori o disattenzioni durante la guida.

Hai fatto un incidente perché qualcuno ha invaso la tua corsia ma non hai testimoni o prove a tuo supporto? Andando a vedere i dati del GPS si potrà facilmente notare come tu abbia mantenuto la tua traiettoria perfettamente, provando quindi che l’errore è stato altrui. Utilizzando questo sistema, molte assicurazioni offrono uno sconto sulla polizza perché possono essere più sicuri sugli eventuali danni da pagare (e cercare cavilli per non farlo).

Le altre funzioni che derivano da questi dati sono puramente per uso personale, analizzando la propria guida e ricevendo informazioni dal sistema per migliorarla. Per esempio, grazie ai dati del GPS ti potrebbero essere forniti utili consigli per abbassare i consumi.

Se stai cercando un nuovo navigatore GPS per auto, ti consiglio di dare un’occhiata alla guida all’acquisto che ho dedicato a questi dispositivi.

Come funziona il GPS tracker

gatto

Se hai animali in casa potresti voler conoscere come funziona il GPS per gatti o come funziona il GPS per cani. Questi sono dispositivi che servono per non perdere il proprio amico a quattro zampe, anche quando magari ha voglia di andare a farsi una lunga passeggiata per conto suo.

Una volta acquistato il dispositivo, non devi fare altro che installarlo sul collare del tuo gatto o cane (in modo che non lo disturbi, né possa toglierselo), poi scaricare l’app associata ad esso (qualunque essa sia per il modello in tuo possesso). Il tracker manderà dunque un segnale a un satellite, il quale lo elaborerà e te lo mostrerà in tempo reale tramite l’app stessa sul tuo cellulare. In questo modo puoi stare certo che non perderai mai il tuo piccolo amico peloso.

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Ovviamente, esistono anche tracker GPS per oggetti, che funzionano in modo simile a quelli appena descritti per gli animali, ma che possono essere utili per tenere traccia della posizione di chiavi, zaini, valigie e altri oggetti soggetti a smarrimenti e furti. Te ne ho segnalati alcuni tra i più interessanti nella mia guida all’acquisto sui tracker GPS.

Altri tracker, invece, non fanno affidamento sulla tecnologia GPS, ma su quella Bluetooth, dunque permettono di tenere traccia degli oggetti nelle vicinanze e avvisano quando ci si muove entro circa 10 metri da questi ultimi (o meglio, si muove lo smartphone associato al tracker).

Nel caso tu ne abbia sentito parlare, gli AirTag di Apple funzionano in questo modo, anche se con “una marcia in più”. Utilizzano, infatti, il Bluetooth a basso consumo per far rimbalzare il proprio segnale sugli altri dispositivi Apple nei paraggi e, dunque, risultare rintracciabili anche se molto distanti dall’iPhone del legittimo proprietario.

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Il tutto viene fatto mantenendo la privacy dell’utente totalmente al sicuro criptando i dati che vengono trasmessi e rendendoli visibili solo al legittimo proprietario dell’AirTag (no, neanche Apple stessa può accedervi).

Come migliorare la ricezione del segnale GPS

Come migliorare la ricezione del segnale GPS

Ti ho accennato più volte, in questo approfondimento, di come la localizzazione tramite segnale GPS sia possibile in qualsiasi punto della Terra, in qualsiasi istante e a prescindere dalle condizioni meteorologiche. Tuttavia, poiché i ricevitori GPS si affidano a un segnale satellitare, non sempre la ricezione è ottimale e, in qualche caso, potrebbe essere necessario più tempo per ottenere un risultato accettabile.

Ti ritrovi esattamente in questo caso? Non disperare, non tutto è perduto: esistono delle piccole “dritte” da seguire per migliorare la ricezione del segnale GPS, in particolare su smartphone e tablet. Di seguito ti segnalo quelle più utili.

  • Eliminare gli ostacoli — per ricevere al meglio il segnale proveniente dai satelliti, è bene che tra la “sorgente” (il cielo) e il ricevitore non vi siano “ostacoli”. Di conseguenza, ti consiglio di usare il GPS puntando il dispositivo dritto al cielo, meglio se all’aperto e in assenza di elementi come soffitti, divisori o altro.
  • Servizi di localizzazione ad alta precisione — se il GPS, da solo, non riesce a fornirti una posizione molto precisa, puoi avvalerti della localizzazione “ad alta precisione”, che sfrutta anche le informazioni ricevute dal WiFi, dalla connessione cellulare e dal Bluetooth. Per attivarla su Android, recati in Impostazioni > Geolocalizzazione, fai tap sulla voce Modalità e imposta il segno di spunta sulla voce Alta precisione. Questo passaggio non è invece necessario su iOS, in cui i servizi ad “alta precisione” sono attivi per impostazione predefinita.
  • Usare un’app — negli store di Android e iOS, sono presenti alcune app che verificano sia da quanti satelliti è possibile ricevere informazioni, dalla posizione corrente, sia la qualità del segnale ricevuto, così da permetterti di trovare la posizione ottimale per raggiungere il tuo obiettivo. A tal proposito, ti segnalo le app GPS Test per Android e GPS Status per iOS.
  • Utilizzare un’antenna esterna — se hai bisogno di usare il GPS in un posto impervio, e il tuo dispositivo proprio non riesce ad agganciarsi al segnale, potresti avvalerti di un’antenna GPS esterna. Ne esistono di diversi tipi e con diverse modalità di connessione, a seconda del dispositivo a cui sono dedicate (navigatore satellitare, smartphone/tablet, computer ecc.).
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Ora che conosci tutte le informazioni necessarie sul GPS, puoi finalmente avvalerti di questa tecnologia con la consapevolezza di come questa funzioni. Prima di concludere, però, voglio darti un consiglio: non pensare che il GPS serva soltanto alla “navigazione”, poiché questo piccolo chip può tornarti utile anche in caso il tuo dispositivo venisse smarrito o rubato: se il GPS è attivo, esiste la possibilità di localizzare il dispositivo prima che venga spento o di conoscerne l’ultima posizione. Ti ho parlato nel dettaglio di questo aspetto nelle mie guide su come localizzare GPS e come rintracciare un cellulare rubato: ti consiglio di leggerle con attenzione.

Salvatore Aranzulla

Autore

Salvatore Aranzulla

Salvatore Aranzulla è il blogger e divulgatore informatico più letto in Italia. Noto per aver scoperto delle vulnerabilità nei siti di Google e Microsoft. Collabora con riviste di informatica e cura la rubrica tecnologica del quotidiano Il Messaggero. È il fondatore di Aranzulla.it, uno dei trenta siti più visitati d'Italia, nel quale risponde con semplicità a migliaia di dubbi di tipo informatico. Ha pubblicato per Mondadori e Mondadori Informatica.