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Quanto è precisa l’ora del GPS? | Gianluigi Conti (Ben) IZ4BZC

Quanto è precisa l’ora del GPS?

clockDurante 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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