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Principe de fonctionnement

du positionnement GPS


Le système GPS

Le système GPS (Global positionning system) est un ensemble de 30 satellites lancés par les américains dans les années 1990. Le système est d'abord réservé aux militaires américains qui finissent par le mettre à disposition des civils en 2000. Si la précision disponible pour les militaires est de quelques centimètres, la précision offerte aux civils est elle de quelques mètres. A l'heure actuelle le système GPS n'est plus le seul à être opérationnel : l'Europe utilisera prochainement GALILEO, les russes (GLONASS) et les chinois (BEIDOU) disposent également de leurs propres systèmes de positionnement.

Principe du positionnement

Le processus et les calculs nécessaires au positionnement sont très complexes. Les lignes qui suivent sont une présentation très simplifiée du processus.

Chacun des 30 satellites émet un signal en permanence. Ce signal comporte la position du satellite dans l'espace ainsi que la date et l'heure de l'émission du signal. Ce signal est émis à la vitesse de la lumière soit 300 000 km/s. Il ne lui faudra qu'une fraction de seconde pour arriver sur la terre.

Les appareils qui utilisent le système GPS se contentent donc de capter le signal émis par les satellites et sont capables de calculer la position de l'appareil à partir des signaux de quatre satellites. Il faut en effet un minimum de quatre satellites pour que le calcul de la position soit possible.

Si l'appareil reçoit le signal d'un seul satellite et que cet appareil est capable de calculer la distance qui le sépare du satellite, on sait que l'appareil se situe en un point quelconque d'une sphère dont le rayon est la distance calculée. Cela donne un résultat bien vague ! Si l'appareil reçoit un deuxième signal, il pourra alors savoir qu'il se trouve à l'intersection des deux sphères. Cette intersection entre les deux sphères est un cercle. Mais c'est encore insuffisant ! Si on ajoute un troisième signal, cela permettra d'identifier deux points puisque cette nouvelle sphère coupera le cercle précédent en deux points. L'un des points sera la position de l'appareil et l'autre sera un point abherent qui se situe soit au coeur de la terre soit dans l'espace. Avec trois satellites on pourrait donc savoir où l'on se situe.

En réalité, il sera nécessaire de diposer d'un quatrième signal qui viendra au secours de votre appareil. En effet, les satellites sont équipés d'horloges atomiques qui sont excessivement précises (de l'ordre du milliardième de seconde) alors que votre appareil, lui, n'en dispose pas. Or, il est indispensable d'être précis avec le temps puisqu'une erreur de 1 microseconde provoque une erreur de positionnement de l'ordre de 300m. Ce dernier signal, par un processus complexe, permettra donc de synchroniser les temps des trois premiers satellites et de pouvoir effectuer des calculs fiables. Le quatrième satellite permettra également d'identifier avec certitude le point sur lequel se tient l'appareil.

Ainsi, avec quatre satellites on peut positionner avec précision un point sur la surface de la terre. Le système GPS prévoit que l'on puisse voir au minimum 5 satellites en tout point de la surface terrestre. Mais votre appareil en captera souvent beaucoup plus.

Le point déterminé par le calcul sera défini par sa longitude, sa latitude et son altitude.

  • La lattitude (angle Φ) se mesure sur des lignes parallèles à partir de l'équateur (0°) jusqu'au pôle (90°). Le 45ème parallèle (45°) passe en France un peu au nord de Valence.
  • La longitude (angle λ) se mesure sur l'équateur à partir du méridien de Greenwich de 0° à 360°.