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Comment fonctionne un GPS!

By Olivieris | October 09, 2012
Comment fonctionne un GPS!

Le GPS est un système de positionnement par satellites, capable de donner n' importe où sur le globe une position entre une centaine de mètres et quelques centimètres, de jour comme de nuit.

Le GPS - Global Positioning System - a été étudié par l’armée américaine à partir de 1965 afin de pouvoir localiser ses avions, ses chars de combats ou ses missiles à quelques mètres près, quelle que soit leur position sur le globe. Les satellites nécessaires au fonctionnement du système ont été lancés à partir de 1989.

D’abord réservé aux militaires, le GPS a été rendu accessible aux civils, notamment en raison des services qu’il rendait dans le domaine de l’aviation. Cependant l’utilisation par le public était grevée d’une dégradation volontaire et aléatoire du signal (selective availability ).

La précision n’atteignait que la centaine de mètres en coordonnées planes et 150 mètres en altitude. Cela jusqu’au premier mai 2000, date à laquelle le président Clinton a décidé l’arrêt de cette dégradation. Depuis, la précision d’un appareil GPS s’est vue améliorée d’un facteur dix.

Dans la pratique, on obtient souvent une précision inférieure à dix mètres en coordonnées planes et de 30 mètres en altitude. Cette décision a été prise parce que le GPS trouve de plus en plus d’applications civiles, sportives ou professionnelles, et contribue notablement à la sécurité dans les domaines aérien et marin.

Le récepteur GPS recalculant sa position toutes les secondes, il peut donner bien d’autres indications que sa position géographique : vitesse, direction, etc. Les modèles les plus sophistiqués sont pourvus de fonctions cartographiques évoluées, et, pour certaines applications professionnelles, la précision peut atteindre l’ordre du millimètre !

Comment fonctionne-t-il ?

Les 24 satellites dédiés au système tournent autour de la terre à 20 000 km d’altitude, sur six orbites différentes. Le récepteur GPS échange des signaux radio après être entré en contact avec au moins trois de ces satellites.

Le temps mis par le signal permet de connaître la distance avec chacun des satellites. Un calcul trigonométrique permet alors de déterminer la position géographique du récepteur.

Le réglage correct de l’heure (sans oublier l’heure d’été par exemple) est impératif pour obtenir des données exactes. Plus le nombre de satellites captés est grand et plus la précision est bonne.

De même, plus le temps de capture est important et plus le système sera précis.

Le GPS indique la position de l’appareil au choix selon différents systèmes de coordonnées : soit latitude et longitude en grades ou en degrés, soit l’un des types de quadrillage métrique en usage dans le monde (en France, ce sont les quadrillages Lambert et UTM qui sont les plus utilisés).

Avec les meilleurs modèles, un échange est possible avec un ordinateur : des logiciels permettent alors d’intégrer des données depuis une carte digitalisée. D’autres intègrent des cartes et peuvent les afficher sur l’écran.

Malgré ses prodigieuses possibilités, le GPS a quelques limites dans le cadre d’un usage courant.

D’abord, il n’est pas toujours possible de capter suffisamment de satellites et les éléments suivants constituent chacun des obstacles à la réception :

  • le mauvais temps,
  • les murs,
  • les parois de montagne,
  • les arbres d’une forêt,

De plus, l’appareil, lorsqu’il est autonome, est gourmand en énergie et décharge assez vite batteries et piles.

Enfin, si la précision horizontale est imbattable, la précision verticale demeure inférieure à celle d’un bon altimètre convenablement réglé.

Quelques utilisations

Son utilité est évidente dans tous les cas où connaître une position géographique est important : navigation sur terre, en mer ou dans l’air, quel que soit le véhicule ; activités sportives de nature, géodésie, cartographie, cadastre, agriculture, et bien des applications d’ordre scientifique.

Pour se limiter à l’usage grand public, les appareils du commerce peuvent enregistrer les coordonnées de centaines de points (waypoints ), soit manuellement, par exemple après les avoir calculées sur une carte ou relevées dans un document, soit par transfert depuis un ordinateur, soit encore directement sur le terrain : le récepteur enregistre alors sa position.

On peut ainsi connaître, pour atteindre un point donné :

  • le cap à prendre,
  • la vitesse du déplacement,
  • la distance et le temps (selon la vitesse du trajet) restant à parcourir,
  • l’écart de la direction suivie par rapport à l’azimut,
  • ...etc.

Le GPS peut également constituer un moyen pratique pour connaître (toujours à une dizaine de mètres près) la distance entre deux points : en gros, il devient pratiquement impossible de se perdre, et cela, où que l’on soit sur la terre !

Prenons par exemple le cas d’un alpiniste perdu dans le brouillard : s’il a pris la précaution d’enregistrer la position du refuge qu'il veut atteindre, il saura (à dix mètres près) à quelle distance celui-ci se trouve, et dans quelle direction.

Quant au navigateur, il connaîtra, malgré le vent et le courant, sa vitesse et sa direction exacte.

Le GPS s’est particulièrement développé dans des applications de navigation sur bateaux, voitures, avions ou… tracteurs. En fait, le système trouve sans cesse de nouvelles applications, et cela d’autant plus que son prix ne cesse de baisser (on trouve aujourd'hui des modèles à moins de 500 F).

Conclusion

Le GPS est un système développé par l’armée américaine, mais accessible aux civils, permettant de déterminer sa position géographique où que l’on soit sur la terre ; sa précision est dans un usage courant de l’ordre de dix mètres. Il se compose d’un récepteur radio qui capte les signaux émis par une série de satellites. C’est un moyen efficace et bon marché de connaître (et d’utiliser) les coordonnées géographiques, que ce soit dans un but ludique (randonnée par exemple) ou professionnel.

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