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Le GPS ou Géopositionnement par satellite (en anglais Global Positioning System) est
le premier système de positionnement
mondial, il a été mis en place par le ministère de la défense des États-Unis et permet de connaître sa position n'importe où, à la surface de la terre, en mer, dans
l'air. Le GPS utilise une projection cartographique sphérique nommée WGS84
À noter que l'Union européenne est en train de développer son propre système de localisation, se nommant Galileo, et devrait ainsi être indépendante de l'armée américaine. Le système est prévu pour être fonctionnel en 2008.
Le système GPS comprend au moins 24 satellites artificiels orbitant à 20 200 km d'altitude. Ces satellites émettent en permanence, grâce à leur horloge atomique, un signal d'heure précis ainsi que leurs coordonnées exactes.
Ainsi un récepteur GPS qui capte les signaux d'au moins quatre satellites peut, en mesurant les écarts relatifs des horloges, connaître son éloignement par rapport aux quatre satellites et, par triangulation, se situer précisément en trois dimensions n'importe quel point placé en dessous des satellites GPS (avec une précision de 15 à 100 mètres pour le système standard). Le GPS est ainsi utilisé pour localiser des véhicules roulants, des navires, des avions, des missiles et même des satellites évoluant en orbite basse.
Concernant la précision, le GPS étant un système développé pour les militaires Américains, une disponibilité sélective (selective availability) a été prévu. Certaines informations peuvent ainsi être cryptées et priver les personnes qui ne disposent pas des codes de la précision maximale. Pendant de nombreuses années, les civils n'avaient accès qu'à une précision faible (environ 100m). Le 1er Mai 2000, le président Bill Clinton a annoncé qu'il mettait fin à cette dégradation volontaire du service. Depuis, il est courant d'avoir une position précise à 20 mètres ou mieux.
Certains systèmes GPS conçus pour des usages très particuliers peuvent fournir une localisation à quelques millimètres près. Le GPS différenciel (DGPS), corrige ainsi la position obtenue par GPS conventionnel par les données envoyées par une station terrestre de référence localisée très précisément. D'autres systèmes autonomes, raffinant leur localisation au cours de 8 heures d'exposition parviennent à des résultats équivalents.
Il est à noter que dans certains cas, seuls 3 satellites peuvent suffire. La localisation en altitude (axe des Z) n'est pas correcte alors que la longitude et la latitude (axe des X et des Y ) sont encore bonnes. On peut donc se contenter de trois satellite lorsque l'on évolu au-dessus d'une surface « plane » (océan, mer). Ce type d'exception est surtout utile au positionnment d'engins volants (avions, etc.) qui ne peuvent de toute façon pas se reposer sur le seul GPS, trop imprécis pour leur donner leur altitude.
| Sommaire |
Le système GPS est composé de 3 parties distinctes, appelées encore segments:
Le GPS fonctionne grâce au calcul de la distance qui sépare un récepteur GPS et plusieurs satellites. Puisque la position des 24 satellites est connue avec une très grande précision par le récepteur, celui-ci peut, grâce a la connaissance de la distance qui le sépare des satellites, connaître ses coordonnées.
Les satellites envoient des ondes électromagnétiques qui se propagent à la vitesse de la lumière. Connaissant la vitesse de propagation de la lumière, on peut alors calculer la distance qui sépare le satellite du récepteur en connaissant le temps que l'onde a mis pour parcourir ce trajet.
Pour mesurer le temps mis par l'onde pour lui parvenir, le récepteur GPS compare l'heure d'émission ( incluse dans le signal ) et de réception de l'onde d'émission par le satellite. Cette distance est appelée « pseudo range », ce qui signifie pseudo distance. Une erreur d'un millionième de seconde provoque une erreur de 300 mètres sur la position!
La difficulté est de synchroniser les horloges des satellites et celle du récepteur. Ce dernier ne peut bien entendu pas bénéficier d'une horloge atomique comme les satellites et doit pourtant fonctionner avec une heure particulièrement précise pour parvenir à calculer la distance entre l'éméteur et le récepteur.
C'est pour cette raison que 4 satellites sont nécessaires afin de résoudre mathématique une équation à 4 inconnues qui sont la position dans les 3 dimensions plus le décalage de l'horloge du récepteur avec l'heure GPS.
Certains récepteurs sont capables d'affiner leurs calculs en utilisant plus de 4 satellites ( ce qui rend les mesures plus faciles ) tout en ôtant les sources qui semblent peu fiables.
La traversée des couches de l'atmosphère sont un facteur qui perturbe la précision de la localisation.
Le GPS ne fonctionne pas dans toutes les situations, le signal émis par les satellites NAVSTAR étant assez faible, les simples feuilles des arbres peuvent l'absorber et rendre la localisation hasardeuse. De la même façon l'effet canyon, particulièrement sensible en milieux urbain consiste en l'occultation d'un satellite par le relief (un bâtiment par exemple) ou pire encore, en un echos du signal contre une surface qui n'empèchera pas la localisation mais fournira une localisation fausse.
Le positionnement 3D donne ainsi les coordonnées du récepteur dans l'espace, dans un repère à 3 axes et qui a pour origine le centre de gravité des masses terrestres. Pour que ces données soient exploitables, il faut convertir les données (X,Y,Z), en « latitude, longitude, altitude ».
C'est le récepteur GPS qui effectue cette conversion grâce au système géodésique WGS84 (World Geodetic System 84), le système le plus utilisé au monde qui est une référence globale répondant aux objectifs d'un système mondial de navigation.
Ainsi le GPS s'avère accessible aux transporteurs routiers, avions, navigateurs, randonneurs, géomètres, forestiers, automobilistes, etc.
