Qu’est-ce que le GPS ?

Vous découvrirez dans cet article le fonctionnement du système GPS.

Le GPS « Global Positioning System » est un système de positionnement par satellites créé par les Américains pendant la Guerre Froide. Opérationnel depuis 1995, sa précision pour les civils était volontairement dégradée autour d’une centaine de mètres.

Ce n’est qu’en mai 2000 que le président Clinton a décidé de laisser libre accès à la précision maximale qui est de 5 à 10 mètres, et a du coup ouvert la voie à la commercialisation de nombreux types de récepteurs gps pour des usages les plus variés…dont nos traceurs gps.

 

A quoi sert un GPS ?

Le plus souvent utilisé comme moyen de guidage, le GPS permet de se situer dans l’espace afin de trouver sa route pour aller d’un point A à un point B.

Il sert également dans l’agriculture afin d’optimiser le nombre de passages lors de l’épandage d’un engrais par exemple, ce qui évite notamment de repasser deux fois au même endroit (gain de produits, de temps et de carburant). Le fonctionnement GPS dans ce cas nécessite des stations au sol pour améliorer la précision.

Dans le domaine maritime ou l’aviation, il permet également, avec d’autres systèmes, de guider les appareils. Aujourd’hui, le champ d’application du système de géolocalisation par satellites a littéralement explosé.

 

Comment fonctionne le GPS ?

La constellation gps est constituée d’au moins 24 satellites, situés à 20184 km d’altitude, et faisant le tour de la terre en 12h. 5 stations au sol se chargent de gérer l'alignement parfait des satellites sur leur trajectoire et de définir les erreurs possibles.

Pour définir une position dans l’espace, il faut trois coordonnées (x, y et z). Les données GPS intègrent également une quatrième variable : le temps. Il faut donc quatre satellites munis d’horloges atomiques pour obtenir une position, ainsi qu’un récepteur GPS qui va décoder et calculer les signaux reçus. La précision des meilleures horloges atomiques se compte en milliardièmes de secondes, autrement dit il faudrait 160 millions d’années pour perdre une seconde de précision.

Le principe de fonctionnement du système de positionnement américain repose sur la triangulation.

Avant toute chose, il faut savoir que chaque satellite émet une onde électromagnétique de vitesse connue. Cette onde, porteuse d’un code « pseudo-aléatoire », est émise à un temps bien déterminé. Le récepteur calcule ensuite le temps de transmission, c'est à dire le temps nécessaire pour que son signal (qui est porteur du même code pseudo-aléatoire) soit en phase avec le signal émis par le satellite. En multipliant ce temps par la vitesse, il obtient donc la distance qui le sépare du satellite.

A l’issue de ce calcul, le récepteur dispose d’une première information : il se trouve sur un cercle centré sur le satellite. En répétant cette procédure avec un deuxième satellite, il peut à nouveau se situer sur un second cercle centré sur le deuxième satellite. En réitérant l’opération une troisième fois et en cherchant la zone d’intersection entre ces trois cercles, on obtient la position sur la Terre. Le quatrième satellite permet de déterminer le décalage entre l’heure du récepteur gps et l’heure exacte fournie par les satellites, pour affiner la position. Plus le nombre de satellites captés sera important, meilleure sera la précision.

L’extraordinaire précision des horloges atomiques est indispensable, car une erreur d’un millième de seconde dans le calcul du temps de transmission entrainerait une erreur de positionnement de 300 km !

En pratique, le calcul de distance suppose de connaître avec précision la position des satellites. Pour cela, chaque satellite envoie régulièrement sa position théorique à une station de contrôle capable de déterminer l’erreur de positionnement. Cette correction est ensuite renvoyée au satellite qui pourra transmettre l’information au récepteur qui lui-même pourra en tenir compte dans ses calculs.

 

Les limites d’utilisation

Le signal transmis par les satellites est assez faible, et ne traverse pas les bâtiments ni le métal.

De plus de nombreux facteurs peuvent dégrader le signal et donc la précision : une météo humide, la présence de bâtiments ou de montagnes, une forêt, des éruptions solaires.

Le positionnement GPS n’est donc pas infaillible, mais c’est un outil extraordinaire qui nous rend de nombreux services, et dont nombre d’entre nous aurait bien du mal à se passer.

 

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