Durante una delle mie ultime navigazioni, mentre controllavo alcune linee di posizione di astri confrontandole con la posizione mostrata dal ricevitore GPS, mi è caduto l’occhio sul tempo visualizzato dal display del GPS e l’ho trovato molto diverso (14 secondi avanti), da quello del mio orologio da polso radiocontrollato, lo stesso che avevo appena usato per etichettare le letture fatte con il sestante.
Non sto a descrivere il mio stupore tanto che mi sono precipitato a confrontare l’orologio da polso con un altro orologio radiocontrollato installato sul tavolo da carteggio, bene gli orologi radiocontrollati concordavano, allora ho estratto il ricevitore GPS di emergenza che conservo nel grab-bag, l’ho acceso ed ho scoperto che anche questo aveva una differenza di quindici secondi in avanti. Ancora incredulo, ho acceso la radio HF ed ho sintonizzato una delle stazioni campione di tempo e frequenza ascoltandone in religioso silenzio i tic fino al relativo segnale del minuto. Anche questi segnali concordavano con gli orologi radiocontrollati.
A questo punto, ho completato i miei calcoli astronomici con i tempi presi dal mio orologio da polso e vedendo che la precisione del punto astronomico era sufficientemente buona, ho iniziato a sospettare che, visto che in genere quattro secondi corrispondono ad un miglio, se avessi utilizzato l’orario mostrato dai ricevitori GPS, avrei sbagliato la posizione di parecchio rispetto al punto attuale.
I calcoli eseguiti nuovamente il giorno successivo utilizzando l’orario del GPS, hanno confermato questa ipotesi.
Al ritorno dalla crociera, ho cominciato a documentarmi sulla possibilità che il tempo mostrato dal ricevitore GPS, non sia preciso, anche se mi sembrava sinceramente incredibile, visto che il GPS basa la precisione del suo funzionamento sulla precisione e la sincronizzazione degli orologi atomici al cesio e al rubidio presenti a bordo di ogni satellite.
Dopo aver scritto sia al governo statunitense che ai fabbricanti di alcuni ricevitori GPS, vi elenco le conclusioni:
Il tempo utilizzato internamente dal GPS per ricavare la posizione ha una precisione estrema che ammonta a circa quaranta nanosecondi.
Gli orologi del sistema GPS sono stati allineati tutti insieme nel 1980 e vengono mantenuti sincronizzati tramite il TAI (Tempo Atomico Internazionale). Periodicamente, il tempo UTC viene aggiornato togliendo un secondo (detto “secondo intercalare” o “leap second” in inglese) per adeguarlo al tempo basato sulla rotazione terrestre rispetto ad una griglia di riferimento fissa nello spazio. Da allora tra il tempo coordinato UTC ed il TAI si sono accumulati svariati secondi che erano undici nel 1996.
Questo differenziale viene trasmesso ai ricevitori GPS solo ogni 12.5 minuti, ed in caso di cattiva ricezione dei satelliti, potrebbe anche non essere acquisito correttamente alla prima occorrenza.
Quando questa informazione viene elaborata dal ricevitore GPS, il tempo mostrato sul display, viene corretto, nonostante questo i tempi di elaborazione e visualizzazione possono mostrare il tempo con un certo ritardo che in genere è di uno o due secondi, questo problema si presenta anche nel segnale NMEA trasmesso dal ricevitore GPS.
Morale: Non fidatevi ciecamente dell’orario mostrato dal ricevitore GPS per fare i vostri calcoli di navigazione astronomica, ma controllatelo se potete tramite un orologio radiocontrollato oppure una delle stazioni campione di tempo e frequenza!
Nota: Qui ho cercato di banalizzare l’argomento per non introdurre spiegazioni e masse di dati numerici troppo voluminosi, chi volesse approfondire l’argomento può cercare in rete ulteriori informazioni qui e qui.
Personalmente amo ancora indicare il tempo sui miei calcoli astronomici con l’etichetta GMT come il mio guru della navigazione astronomica David Burch. GMT per i più pignoli si piazza sempre fra UTC e UT1, mantenendo comunque una notevole precisione per i nostri usi.
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Ciao Ben,
ho letto il tuo post e sgrano gli occhi quanto te.
Davvero anche io credevo che l’orologio GPS fosse almeno preciso quanto quelli controllati via Radio.
Grazie per la spiegazione, ottima ocme sempre.
Max
Una precisazione.
Un orologio radiocontrollato è un orologio che si sincronizza per mezzo di un radiocomando di tempo emesso da una stazione campione e ricevuto da un ricevitore radio contenuto nell’orologio. Molti commercianti vendono questi prodotti chiamandoli orologi atomici quando in realtà non lo sono, anche se il segnale ricevuto viene in effetti generato da orologi atomici. In genere questi dispositivi sono molto economici e forniscono una precisione di circa mezzo secondo, mentre quelli da polso, considerevolmente più costosi raggiungono precisioni più elevate. Per quanto sia elevata la precisione di tali orologi, la loro precisione soffrirà comunque di un ritardo subito dal segnale di circa un millisecondo ogni 300 chilometri (162 miglia nautiche) di distanza dal trasmettitore radio. Molti governi operano tali trasmettitori per disseminare informazioni e sincronizzazioni di tempo.
Per l’uso che noi facciamo (navigazione astronomica) la precisione raggiungibile con questi dispositivi è comunque più che sufficiente.
Allora, dovreste sapere che il sistema GPS non è affatto preciso come si crede. Questo non perché il sistema non possa esserlo intrinsecamente ma perché gli USA introducono apposta un errore nel segnale che può essere compensato correttamente solo dai loro GPS ad uso militare. Se non ricordo da qualche anno a questa parte l’errore introdotto nel sistema è stato ridotto ma non credo sia stato annullato del tutto. Non mi meraviglierei dunque se tale errore si manifestasse anche nell’orario indicato.
Dimenticavo! Per ulteriori informazioni e per chiarire questa questione potete curiosare su http://www.navcen.uscg.gov/
L’ora indicata dal GPS è estremamente precisa e non ci sono errori dovuti a ritardi di trasmissione (cosa che invece può capitare negli orologi radiocontrollati, che ricevono il segnale da un’unica postazione e che quindi non possono effettuare alcuna compensazione basata sulla triangolazione – comunque anche in questo caso parliamo di errori enormemente inferiori al secondo) o a mancata ricezione nei satelliti dei segnali di sincronizzazione provenienti da terra (su ogni satellite c’è un orologio atomico che, anche se non sincronizzato, ci metterebbe giorni a “perdere” solo qualche nanosecondo….)
La differenza di svariati secondi tra l’ora GPS e gli altri standard (UTC, LORAN e TAI) è assolutamente corretta e nota a priori (qui c’è una pagina in italiano in cui tale differenza viene spiegata bene: http://www.ipses.com/prod/timing/UTC-GPS.php?language=it).
Il GPS è la tecnologia di riferimento per tutti i sistemi di sincronizzazione (dove per sincronizzazione si intende precisione dell’ordine delle decine di nanosecondi) e non ci sono dubbi sulla sua precisione.
Naturalmente il GPS ci fornisce il massimo della precisione possibile, tant’è vero che il titolo dell’articolo era volutamente provocatorio anche se narra quello che mi è successo veramente e che ha destato la mia curiosità proprio a proposito di questa differenza accumulata rispetto al tempo che noi utilizziamo per convenzione e che è legato al movimento dei corpi celesti. I GPS non hanno mai riportato, nell’indicazione dell’ora, nessun errore, nemmeno nell’epoca in cui nelle frequenze dei ricevitori per uso civile della flotta Navstar, l’esercito americano faceva inserire un errore intenzionale per rendere imprecisa la posizione indicata.
salve.. forse una precisazione.
la differenza in secondi tra TAI e UTC, nel ’96 non era 11 secondi come scritto nell’articolo sulla precisione del GPS , ma bensì 30 secondi.
La differenza di 11 secondi si riferiva forse al ritardo tra UTC e GPS ( 30-19 = 11).
Il ritardoTAI/GPS è 19 secondi fisso, dal 1980 quando è iniziata la sincronizzazione TAI/GPS; all’epoca l’UTC era in ritardo di 19 secondi sul TAI ed il GPS è stato sincronizzato sull’ora UTC; ma comunque il GPS segue i battiti del secondo atomico TAI ( 86400 secondi in 24 ore). Quindi il GPS ha sempre solo il ritardo fisso iniziale di 19 secondi, quando è stato sincronizzato sull’UTC/TAI nel 1980; da allora in poi pulsa, come l’UTC, con il battito del secondo atomico TAI ( il TAI è il Tempo Atomico Internazionale, concertato dal BIPM _ Bureau international des poids et mesures, con circa 200 orologi al cesio sparsi in 50 paesi nel mondo).
l’UTC viene invece aggiornato periodicamente con il leap secondi, quando si discosta di 0,9 secondi dall’UT1, allontatandosi quindi sempre più dal TAI e conseguentemente dal GPS. (l’UT1 è il tempo siderale seguito dagli astronomi dell’IERS, calcolato con gli interferometri VLBI_Very-long-baseline interferometry, ed è il tempo effettivo che la terra impiega per compiere una rotazione completa su se stessa rispetto alle stelle)
l’UTC è definito dall’UIT l’Unione Internazionale delle Telecomunicazioni ( i politici) , di concerto con il BIPM (gli scienziati) e l’IERS (gli astronomi). L’UTC rappresenta un compromesso tra il tempo siderale e quello atomico, pulsando con il battito atomico, ma aggiornandosi periodicamente con la realtà siderale.
Ora l’UTC ha un ritardo di 36 secondi sul TAI e 17 secondi sul GPS (36-19=17).
Buon vento a tutti.
Davide, grazie per la bella ed esauriente precisazione. E grazie anche per l’interessamento, se è arrivato a questo livello con il suo commento vuole dire che si è preso il tempo necessario a leggere l’articolo che a preparare un commento cosi’ puntuale.
Buon vento,
Gianluigi
grazie a voi, complimenti per il sito.
Ciao, mi sono accorto anch’io tempo fa di discrepanze di orario tra orologio radiocontrollato (DCF77) e GPS. Finalmente capitando in questa pagina ho avuto la risposta. Grazie. Mi chiedo a questo punto come mai gli orologi GPS costino così tanto rispetto ai radiocontrollati? Tommaso