Comment fonctionne un GPS ?

Le Global Positionning System (GPS) en anglais ou le système mondial de positionnement (en français) aussi appelé le géo-positionnement par satellite pour coller à l’acronyme GPS, a été développé afin de permettre la détermination précise des emplacements géographiques par les utilisateurs militaires et civils. Il est basé sur l’utilisation de satellites en orbite terrestre qui transmettent des informations permettant de mesurer la distance entre les satellites et l’utilisateur. Si les signaux de trois satellites ou plus sont reçus, une simple triangulation permettra de déterminer sans ambiguïté la localisation de l’utilisateur.

Depuis quand existe le GPS ?

Le GPS actuel est basé sur un programme de développement qui a débuté en 1973 en Amérique à des fins militaires. Il comporte plusieurs composants, chacun d’entre eux représentant une utilisation impressionnante de la technologie et des mathématiques actuelles et avancées.

En 1995, jusqu’à 25 satellites GPS sont déployés, la plupart sur des orbites fortement inclinées (polaires), à des altitudes d’environ 20 000 km. Cela signifie qu’il y en aura à tout moment entre quatre et huit dans le ciel au-dessus de n’importe quel endroit de la Terre, ce qui permet la géolocalisation d’un récepteur.

En 2021, il y a 31 satellites GPS en orbite autour de la Terre.

Animation des satellites GPS en orbite autour de la Terre
Animation des satellites GPS en orbite autour de la Terre

Comment fonctionne le système GPS en pratique ?

Les satellites émettent en permanence des signaux radio haute fréquence codés qui peuvent être reçus par des récepteurs GPS spéciaux. Ces signaux contiennent des informations sur les orbites exactes des satellites et l’heure des horloges atomiques à bord des satellites. En comparant les heures d’arrivée, on mesure le délai entre l’émission et la réception et, à partir de la vitesse de la lumière, légèrement inférieure à 300 000 km/sec, est calculée la distance entre le satellite et le récepteur.

Les trois principaux composants sont les satellites GPS, les récepteurs GPS et les logiciels complexes nécessaires pour décoder les signaux et calculer la position géographique de l’utilisateur.

Lorsque les signaux de trois satellites ou plus sont reçus, le récepteur GPS calcule la meilleure localisation possible de l’utilisateur, c’est-à-dire le point (dans l’espace) qui reproduit le mieux les délais mesurés.

Comment fonctionne la géolocalisation explication simple
Schéma illustrant la géolocalisation par GPS. Aujourd’hui, les opérateurs téléphoniques ont également leur propres satellites et le calcul du positionnement de l’utilisateur ou du véhicule est reçu, stocké et traité dans des plateformes logicielles de géolocalisation et l’information transite sur Internet (ou sur le réseau téléphonique 4G ou 5G) pour être distribuée et affichée sur les appareils.

La précision réalisable dépend du statut de l’utilisateur. Pour les besoins militaires et aujourd’hui grâce au développement des smartphones, on peut atteindre des précisions allant de 3 à 50 mètres pour les appareils standards jusqu’à 30cm par triangulation des trois coordonnées (longitude, latitude, altitude). Dans la vie de tous les jours, la précision totale du signal satellite codé ne permet d’atteindre une précision d’environ 15 mètres en moyenne.

Le GPS dans la vie quotidienne

Pratiquement tous les avions civils sont désormais équipés d’un GPS. Cela permet au pilote de connaître la position de l’avion et, en reportant en permanence cette position sur une carte informatique, de suivre la progression du vol sur la route choisie. Il en va de même pour les navires : aucun marin ne tenterait une traversée de l’océan sans être guidé par un appareil GPS.

Le GPS est également utilisé pour le guidage automatique des voitures. Avec un équipement informatique approprié, le conducteur d’une voiture équipée d’un tel système peut être guidé et arriver à destination par le chemin le plus court. Il est également utilisé par certaines entreprises de transport routier pour savoir à tout moment où se trouvent leurs camions et certaines compagnies de taxi ou de VTC.

Enfin, les téléphones portables (smartphones) sont tous équipés d’un système de positionnement par GPS et de nombreuses applications requièrent son activation pour un fonctionnement optimal.

En résumé

Comment fonctionne un GPS en quatre étapes :

  1. Les relais de navigation utilisent des signaux radio pour déterminer l’orbite des satellites GPS.
  2. Le centre de commande transmet les données orbitales, les corrections de temps et l’emplacement des autres satellites de la constellation GPS.
  3. Les satellites GPS transmettent simultanément à la Terre des données synchronisées sur l’heure et l’orbite.
  4. Les récepteurs GPS calculent la position en utilisant les données orbitales et la différence de temps d’arrivée des signaux d’au moins 4 satellites.

 

 

Sam Zylberberg

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