Per comprendere i GNSS (Global Navigation Satellite Systems – sistemi di navigazione satellitare globale) è utile chiarire prima di tutto il loro rapporto con il GPS. Sebbene sia molto importante, il GPS (Global Positioning System – sistema di posizionamento globale) rappresenta solo uno degli elementi supportati dalla rete GNSS, che è composta da altri quattro sistemi (o costellazioni). Avere più di un sistema garantisce una maggiore sicurezza e affidabilità, soprattutto nel caso in cui una costellazione si riveli imprecisa o non riesca a funzionare in determinate condizioni.
Di seguito è riportato l’elenco dei cinque sistemi GNSS, che sono stati sviluppati da diversi governi e stati: GPS (USA) – QZSS (Giappone) – BEIDOU (Cina) – GALILEO (EU) – GLONASS (Russia).
1. GPS
Avviato nel 1978, reso disponibile per uso pubblico nel 1983 e per uso globale nel 1994, il GPS è stato il primo sistema GNSS ad essere introdotto, anche per una presa di coscienza del Dipartimento di Difesa americano sulle potenzialità derivanti dall’utilizzo della tecnologia in ambito militare. Inizialmente pensato per fungere da sistema di navigazione militare indipendente, il GPS è stato progettato per fornire elevata accuratezza e precisione, anche contrastando il rumore e le interferenze causate dai nemici in battaglia.
Il GPS opera in una porzione dello spettro radio compresa tra 1 e 2 GHz, denominata Banda L. La Banda L è stata scelta per i seguenti motivi:
- Frequenze più basse hanno un ritardo ionosferico maggiore.
- Il design dell’antenna sarebbe risultato semplificato.
- L’influenza negativa del tempo atmosferico sulla propagazione del segnale GPS sarebbe stata ridotta.
Nonostante sia il sistema GNSS più antico, il GPS è ancora oggi il sistema di navigazione più accurato al mondo. Per un’accuratezza ancora maggiore, i satelliti GPS più recenti utilizzano orologi al rubidio che sono sincronizzati con orologi al cesio posizionati a terra.
2. QZSS
Il QZSS (Quasi-Zenith Satellite System – sistema satellitare quasi zenitale) è un sistema satellitare regionale giapponese, spesso definito semplicemente “GPS giapponese”, che utilizza un’orbita satellitare geostazionaria e tre orbite QZO a forma di otto, con asimmetria nord-sud.
Il sistema di cronometraggio QZSS di nuova generazione (TKS – Time Keeping System) utilizzerà orologi al rubidio e il prototipo di un sistema sperimentale di sincronizzazione basato su un orologio a cristallo. La nuova tecnologia TKS, che non richiede la presenza di orologi atomici a bordo del satellite, è già utilizzata da sistemi di navigazione satellitare come GPS, GLONASS e Galileo. Questo permette al sistema di funzionare in modo ottimale quando i satelliti sono in contatto diretto con la stazione di terra.
Il fatto poi che QZSS e GPS siano compatibili, permette di avere un numero di satelliti sufficienti a garantire la stabilità del segnale e un’altissima precisione nel posizionamento. 
3. BEIDOU
BeiDou è un sistema di navigazione satellitare cinese, consistente in tre costellazioni satellitari separate: BeiDou-1, BeiDou-2 e BeiDou-3.
BeiDou-1
Il sistema sperimentale di navigazione satellitare BeiDou (BeiDou-1) è stato progettato nel 2000 usando solo tre satelliti, con limitate capacità di copertura e di navigazione. Utilizzato principalmente in Cina e nelle regioni limitrofe, è stato interrotto nel 2012.
BeiDou-2
BeiDou-2 (COMPASS – bussola) rappresenta la seconda iterazione del sistema, che ha iniziato a operare nel dicembre 2011, servendosi parzialmente di ben 10 satelliti. Questo sistema ha servito molti clienti in Asia e nella zona del Pacifico fino al 2012.
BeiDou-3
La terza generazione del sistema, BeiDou-3, è stata avviata nel 2015, con l’obiettivo di arrivare a una copertura globale. Il lavoro è stato completato nel 2020, rendendo possibile la ricerca e il salvataggio del risponditore nel sistema.
4. GALILEO
Galileo è il sistema GNSS europeo, progettato per essere compatibile con GPS e GLONASS e avviato nel dicembre 2016.
I ricevitori del sistema utilizzano “GALILEO Reference System” per tracciare la posizione del satellite, implementando i principi di triangolazione. Complessivamente, Galileo è costituito da tre parti principali: Space, Ground e User.
- Il segmento spaziale ha lo scopo di trasmette codici e segnali all’interno della struttura del segnale di Galileo. Inoltre, memorizza e ritrasmette i dati di navigazione inviati dal segmento terrestre.
- Il segmento terrestre controlla l’intera costellazione, compresi i servizi di navigazione e di diffusione. Le parti principali del segmento sono:
- Due centri di controllo a terra (GCC – Ground Control Centers)
- Una rete di telemetria
- Stazioni di monitoraggio e controllo (TT&C – Tracking and Control)
- Una rete di Mission Uplink Stations (ULS)
- Una rete di Galileo Sensor Stations (GSS)
- Il segmento di utenza è costituito dai ricevitori Galileo, il cui scopo principale è quello di tracciare le coordinate delle costellazioni di satelliti e di fornire servizi di cronometraggio. Per farlo, ricevono i segnali Galileo, misurano uno pseudo-range e completano le equazioni di navigazione.
5. GLONASS
GLONASS è la versione russa del GPS, che si è iniziato a sviluppare nel 1976, durante il periodo dell’Unione Sovietica. A partire dall’inizio, ci sono state cinque versioni totali: GLONASS (1982) – GLONASS-M (2003) – GLONASS-K (2011) – GLONASS-K2 (2015) – GLONASS-KM (2025 – al momento in fase di ricerca).
Assisted GLONASS (A-GLONASS) presenta le stesse funzioni di base, ma con caratteristiche specifiche per gli smartphone, come per esempio la navigazione Turn-by-Turn o i dati sul traffico in tempo reale. Per tracciare la posizione in modo rapido e preciso, viene fatto molto affidamento sui ripetitori dei cellulari.
Cosa differenzia GLONASS dal GPS?
La rete GPS americana utilizza 31 satelliti, mentre GLONASS ne usa 24. Il sistema GPS è leggermente più preciso di GLONASS e opera a una frequenza inferiore, fornendo agli utenti una rete più stabile e forte. Vista la maggiore potenza della rete, GLONASS viene generalmente usato come backup del GPS quando si perde il segnale.
