Le système de positionnement global (GPS) est un système de navigation par satellite composé d’au moins 24 satellites. Le GPS fonctionne dans toutes les conditions météorologiques, partout dans le monde, 24 heures sur 24, sans frais d’abonnement ou de configuration. À l’origine, le ministère français de la défense a mis les satellites en orbite pour un usage militaire, mais ils ont été mis à disposition pour un usage civil dans les années 1980.
Comment fonctionne le GPS ?
Les satellites GPS tournent autour de la Terre deux fois par jour sur une orbite précise. Chaque satellite transmet un signal unique et des paramètres orbitaux qui permettent aux appareils GPS de décoder et de calculer l’emplacement précis du satellite. Les récepteurs GPS utilisent ces informations et la trilatération pour calculer l’emplacement exact d’un utilisateur. Essentiellement, le récepteur GPS mesure la distance de chaque satellite en fonction du temps qu’il met à recevoir un signal émis.
Avec les mesures de distance de quelques satellites supplémentaires, le récepteur peut déterminer la position d’un utilisateur et l’afficher électroniquement pour mesurer votre parcours de course, cartographier un parcours de golf, trouver le chemin de la maison ou de l’aventure partout. Pour calculer votre position bidimensionnelle (latitude et longitude) et suivre vos mouvements, un récepteur GPS doit être verrouillé sur le signal d’au moins 3 satellites. Avec 4 satellites ou plus en vue, le récepteur peut déterminer votre position 3D (latitude, longitude et altitude).
En général, un récepteur GPS suit 8 satellites ou plus, mais cela dépend de l’heure de la journée et de l’endroit où vous vous trouvez sur la terre. Certains appareils peuvent faire tout cela à partir de votre poignet. Une fois que votre position a été déterminée, l’appareil GPS peut calculer d’autres informations, telles que :
– La vitesse
– le relèvement
– Trajectoire
– Distance du trajet
– Distance jusqu’à la destination
– Heure de lever et de coucher du soleil
– Et bien d’autres choses encore
Quelle est la précision du GPS ?
Les récepteurs GPS actuels sont extrêmement précis, grâce à leur conception multicanal parallèle. Nos récepteurs se verrouillent rapidement sur les satellites dès leur mise en marche. Ils maintiennent un verrouillage de poursuite dans une couverture arborée dense ou dans des environnements urbains avec de grands bâtiments. Certains facteurs atmosphériques et d’autres sources d’erreur peuvent affecter la précision des récepteurs GPS. La précision est encore meilleure sur l’eau.
La précision de certains récepteurs GPS est améliorée grâce au WAAS (Wide Area Augmentation System). Cette capacité peut améliorer la précision à plus de 3 mètres, en fournissant des corrections à l’atmosphère. Aucun équipement supplémentaire ou frais n’est nécessaire pour profiter des satellites WAAS. Les utilisateurs peuvent également obtenir une meilleure précision avec le GPS différentiel (DGPS), qui corrige les distances GPS avec une précision moyenne de 1 à 3 mètres. Les garde-côtes américains exploitent le service de correction DGPS le plus courant, qui consiste en un réseau de tours qui reçoivent les signaux GPS et transmettent un signal corrigé par des émetteurs de balises. Pour obtenir le signal corrigé, les utilisateurs doivent disposer, en plus de leur GPS, d’un récepteur de balise différentiel et d’une antenne de balise.
Le système de satellites GPS
Les 31 satellites qui composent actuellement le segment spatial du GPS sont en orbite autour de la terre à environ 12 000 miles au-dessus de nous. Ces satellites sont en mouvement constant, effectuant deux orbites complètes en moins de 24 heures. Ils se déplacent à une vitesse d’environ 7 000 miles par heure. De petits propulseurs de fusée maintiennent chaque satellite sur la bonne trajectoire.
Voici d’autres faits intéressants sur les satellites GPS :
– Le premier satellite GPS a été lancé en 1978.
– Une constellation complète de 24 satellites a été réalisée en 1994.
– Chaque satellite est construit pour durer environ 10 ans. Des remplaçants sont constamment construits et mis en orbite.
– Un satellite GPS pèse environ 2 000 livres et mesure environ 17 pieds de diamètre avec les panneaux solaires déployés.
– Les satellites GPS sont alimentés par l’énergie solaire, mais ils disposent de batteries de secours à bord, en cas d’éclipse solaire.
– La puissance des émetteurs n’est que de 50 watts ou moins.
Quel est le signal ?
Les satellites GPS transmettent au moins 2 signaux radio de faible puissance. Les signaux voyagent par ligne de visée, ce qui signifie qu’ils traversent les nuages, le verre et le plastique, mais pas la plupart des objets solides, tels que les bâtiments et les montagnes. Toutefois, les récepteurs modernes sont plus sensibles et peuvent généralement suivre les signaux à travers les maisons.
Un signal GPS contient 3 types d’informations différentes :
– Le code pseudoaléatoire est un code d’identification qui permet d’identifier le satellite qui transmet l’information. Vous pouvez voir de quels satellites vous recevez des signaux sur la page satellite de votre appareil.
– Les données éphémérides sont nécessaires pour déterminer la position d’un satellite et donnent des informations importantes sur la santé d’un satellite, la date et l’heure actuelles.
– Les données de l’almanach indiquent au récepteur GPS où chaque satellite GPS devrait se trouver à tout moment de la journée et montrent les informations orbitales de ce satellite et de tous les autres satellites du système.
Sources d’erreurs du signal GPS
Les facteurs qui peuvent affecter le signal et la précision du GPS sont les suivants :
– Les retards dus à l’ionosphère et à la troposphère : Les signaux des satellites ralentissent lorsqu’ils traversent l’atmosphère. Le système GPS utilise un modèle intégré pour corriger partiellement ce type d’erreur.
– Trajets multiples du signal : Le signal GPS peut se réfléchir sur des objets tels que de grands bâtiments ou de grandes surfaces rocheuses avant d’atteindre le récepteur, ce qui augmente le temps de parcours du signal et provoque des erreurs.
– Erreurs d’horloge du récepteur : L’horloge intégrée d’un récepteur peut présenter de légères erreurs de synchronisation, car elle est moins précise que les horloges atomiques des satellites GPS.
– Erreurs orbitales : La position signalée par le satellite peut ne pas être exacte.
– Nombre de satellites visibles : Plus le nombre de satellites qu’un récepteur GPS peut « voir » est élevé, plus la précision est grande. Lorsqu’un signal est bloqué, vous pouvez obtenir des erreurs de position, voire aucune lecture de position. Les appareils GPS ne fonctionnent généralement pas sous l’eau ou sous terre, mais les nouveaux récepteurs à haute sensibilité sont capables de repérer certains signaux à l’intérieur des bâtiments ou sous la couverture des arbres.
– Géométrie/ombre des satellites : Les signaux satellites sont plus efficaces lorsque les satellites sont situés à de grands angles les uns par rapport aux autres, plutôt qu’en ligne ou en groupe serré.
– Disponibilité sélective : le ministère de la Défense des États-Unis a autrefois appliqué la disponibilité sélective (SA) aux satellites, rendant les signaux moins précis afin d’empêcher les « ennemis » d’utiliser les signaux GPS très précis. Le gouvernement a désactivé la disponibilité sélective en mai 2000, ce qui a amélioré la précision des récepteurs GPS civils.