Il GPS nei sistemi Dasy e miniLAP

Introduzione
Il GPS (Global Positioning System) è ormai entrato da qualche anno prepotentemente nella vita di tutti i giorni, i navigatori satellitari da auto, e più di recente anche da moto, si stanno diffondendo sempre di più e ormai anche i cellulari più evoluti sono dotati di un ricevitore GPS. Il sistema GPS si sta diffondendo anche nel mondo delle moto “solo pista” cambiando radicalmente l’approccio alle acquisizioni dati ed ai sistemi di cronometraggio, sfortunatamente ancora molta confusione e falsi miti attorniano l'utilizzo di questa tecnica.
Precisione
Il primo dubbio che sorge spontaneo parlando di questi sistemi è: quale è la loro precisione? Quando il GPS è utilizzato per la rivelazione dei tempi sul giro la precisione è nell’ordine di 1/100s come per i classici cronometri a infrarosso. Per ottenerne una superiore è necessario passare ai transponder con antenna annegata nell’asfalto
Questo anche con un aggiornamento del GPS ad 1Hz?
Su questo c’e’ molta confusione, il calcolo del tempo non viene fatto “semplicemente” guardando il primo punto oltre il traguardo, la precisione sarebbe inaccettabile! Si analizzano i due punti prima e dopo il traguardo, vengono registrate le velocità di entrambe e grazie ad un algoritmo che tiene conto delle caratteristiche fisiche del “sistema moto” si calcola la posizione esatta di attraversamento. Data la fisica di una moto, la sua massima accelerazione ad esempio , mettendo il traguardo su una parte rettilinea, 1 Hz è più che sufficiente permettendo di utilizzare ricevitori GPS ormai consolidati e iper sensibili.
Parlando di ricevitori, quali devono essere le sue caratteristiche?
I ricevitori GPS si basano su un loro “motore” interno prodotto da alcuni grossi marchi quali SirfStar, MTK, uBlox, ciò che è fondamentale è che siano molto sensibili, noi ad esempio usiamo un SirfStar III da -159dBm per il nostro miniLAP e un MTK II da -165dBm per il nostro sistema Dasy6, maggiore questo numero è meglio è, attualmente questo è ad esempio uno dei valori più elevati e garantisce di avere un segnale sempre valido anche in condizioni abbastanza proibitive. Quello su cui c’e’ molta confusione è invece il numero dei canali. Questo parametro indica quanti satelliti contemporaneamente puo’ agganciare il ricevitore, c’e da ricordare però che per come è fatta la costellazione dei satelliti il numero massimo di satelliti in vista è di 12 a cui si possono aggiungere alcuni satelliti di supporto, 14-15 canali sarebbero quindi più che sufficienti. Per motivi più di immagine che di reale necessità si sono sviluppati ricevitori con 30,50 60 canali. Il nostro sistema miniLAP utilizza un ricevitore a 20 canali ottenendo le stesse performance (misurate) di quelle ottenute dal sistema a 66 canali utilizzato sul nostro sistema Dasy6.
Analisi delle traiettorie
I sistemi GPS commerciali, basati sulla frequenza L1 hanno TUTTI una accuratezza nell'ordine della decina di metri massima, questo a prescindere dal numero di canali, sensibilità, frequenza di aggiornamento o algortmi utilizzati. Come è possibile quindi utilizzre questi sistemi per un'analisi delle traiettorie?
La precisione assoluta di un'antenna GPS è di circa 10m mentre assai più elevata è la sua precisione relativa. Questo significa che il GPS può individuare la posizione di un’ antenna nel mondo con un errore di una decina di metri ma poi è in grado di seguirne i movimenti con estrema precisione relativa e darne tracciati molto accurati. Per questo motivo i tracciati GPS sono in sé piuttosto precisi mentre non è improbabile che nel medio periodo, confrontando il medesimo tracciato (ad esempio quello di una pista di un autodromo) ottenuto in giornate differenti, lo si ritrovi nuovamente moto preciso, ma traslato di alcuni metri. Le antenne GPS utilizzate nei navigatori sono solo apparentemente molto più precisi, ma questo è dovuto al fatto che possono sfruttare informazioni aggiuntive contenute nei loro database, ad esempio 'calamitando' la posizione al centro della strada che si sta percorrendo, nonostante che il segnale effettivamente ricevuto oscilli ogni secondo di parecchi metri.
Ciò che è importante sottolineare è che non è assolutamente importante la sovrapposizione delle traiettorie con un reale circuito, cosa che sarebbe molto imprecisa a causa degli errori ineliminabili del GPS, ma è estremamente redditizio il confronto e l'analisi delle FORME delle traiettorie e dei grafici delle velocità. Analizzando quest'ultimi si puo' capire DOVE si sta perdendo semplicemnete posizionando alcuni intertempi.
Confronto traittorie e velocità
Una delle funzioni più utili dei sistemi GPS è la possibilità di confrontare i grafici di traiettoria, ma soprattutto velocità di sessioni differenti appartenenti alla stessa persona o a persone differenti. E' così possibile capire facilmente perchè non si riescono più ad ottenere i risultati ottenuti in passato o come migliorarsi confrontandosi con i grafici di chi ottiene risultati migliori. Per facilitare questa operazione l'I2M mette a disposizione un database di tracciati che viene costantemente aggiornato con i dati provenienti dagli utenti che vogliono condividere le proprie esperienze.
Accorgimenti importanti per ottenere i risultati migliori
Quando un dispositivo viene acceso, il ricevitore GPS riceve e memorizza dal satellite, oltre alle coordinate di posizione, altre informazioni: come le effemeridi, e cioè la posizione precisa dei satelliti e i dati per determinarne le posizione future, le correzioni per l’orologio di bordo, i dati sull’atmosfera terrestre che servono per calcolare la velocità con cui il segnale si propaga e lo stato dei satelliti con eventuali informazioni su quelli da scartare, perché in manutenzione. Se un ricevitore GPS viene acceso poco dopo un suo precedente impiego o semplicemente perde momentaneamente il segnale, possiede in memoria tutti questi dati, effemeridi comprese, e quindi il tempo per il primo calcolo di posizione è veloce, nell’ordine di pochi secondi. Si chiama “hot start”. Se lo spegnimento dura invece più a lungo , si può parlare invece di “warm start” perchè le effemeridi (non sono più valide) non sono più memorizzate nel ricevitore e quindi è necessario un tempo tecnico più lungo per scaricarle dal satellite. Se il ricevitore non ha memorizzato nessun tipo di dato (ad esempio perché riacceso a distanza notevole dalla precedente), cosa che succede dopo lunga inattività, il primo segnale di posizione si riceve non prima di un minuto, dopo che sono stati scaricati tutti i codici dei satelliti e del sistema GPS, è il cosiddetto “cold start”.
E' importante notare come questi tempi sono estremameente rapidi se il sistema è fermo durante queste fasi iniziali mentre possono diventare più lunghi se il ricevitore è in movimento. E' quindi altamente consigliato di accendere il ricevitore almeno 5-10 minuti prima di iniziare a girare qualora il sistema fosse rimasto spento per più di un'ora così da dare il tempo, anche nel caso pessimo, al ricevitore di effettuare la ricerca dei satelliti ottimale per offrire le migliori performance.