Découvrez tout ce que vous devez savoir sur le GPS et son utilisation actuelle.
Le GPS, ou Global Positioning System, est un système mondial de navigation par satellite qui fournit la localisation, la vitesse et la synchronisation temporelle. Vous pouvez trouver des systèmes GPS dans votre voiture, votre smartphone et votre montre. Le GPS vous aide à vous rendre là où vous allez, d’un point A à un point B. Qu’est-ce que le GPS ? Lisez cet article pour en savoir plus sur son fonctionnement, son histoire et ses avancées futures.
Le système de positionnement global (GPS) est un système de navigation utilisant des satellites, un récepteur et des algorithmes pour synchroniser les données de localisation, de vitesse et de temps pour les déplacements aériens, maritimes et terrestres.
Le système de satellites consiste en une constellation de 24 satellites dans six plans orbitaux centrés sur la Terre, chacun avec quatre satellites, en orbite à 13 000 miles (20 000 km) au-dessus de la Terre et se déplaçant à une vitesse de 8 700 mph (14 000 km/h).
Alors que nous n’avons besoin que de trois satellites pour produire une position sur la surface de la Terre, un quatrième satellite est souvent utilisé pour valider les informations des trois autres. Le quatrième satellite nous transporte également dans la troisième dimension et nous permet de calculer l’altitude d’un appareil.
Le GPS fonctionne grâce à une technique appelée trilatération. Utilisée pour calculer l’emplacement, la vitesse et l’élévation, la trilatération collecte les signaux des satellites pour produire des informations de localisation. Il est souvent confondu avec la triangulation, qui est utilisée pour mesurer des angles, pas des distances.
Les satellites en orbite autour de la Terre envoient des signaux qui doivent être lus et interprétés par un appareil GPS, situé sur ou près de la surface de la Terre. Pour calculer la position, un appareil GPS doit être capable de lire le signal d’au moins quatre satellites.
Chaque satellite du réseau fait le tour de la Terre deux fois par jour et chaque satellite envoie un signal, des paramètres orbitaux et une heure uniques. À tout moment, un appareil GPS peut lire les signaux de six satellites ou plus.
Un seul satellite diffuse un signal micro-ondes qui est capté par un appareil GPS et utilisé pour calculer la distance entre l’appareil GPS et le satellite. Étant donné qu’un appareil GPS ne donne que des informations sur la distance par rapport à un satellite, un seul satellite ne peut pas fournir beaucoup d’informations de localisation. Les satellites ne donnent pas d’informations sur les angles, de sorte que l’emplacement d’un appareil GPS peut être n’importe où sur la surface d’une sphère.
Lorsqu’un satellite envoie un signal, il crée un cercle avec un rayon mesuré à partir de l’appareil GPS vers le satellite.
Lorsque nous ajoutons un deuxième satellite, cela crée un deuxième cercle et l’emplacement est réduit à l’un des deux points où les cercles se croisent.
Avec un troisième satellite, l’emplacement de l’appareil peut enfin être déterminé, car l’appareil se trouve à l’intersection des trois cercles.
Cela dit, nous vivons dans un monde en trois dimensions, ce qui signifie que chaque satellite produit une sphère et non un cercle. L’intersection de trois sphères produit deux points d’intersection, donc le point le plus proche de la Terre est choisi.
Quels sont les trois éléments du GPS ?
- Espace (Satellites) — Les satellites faisant le tour de la Terre, transmettant des signaux aux utilisateurs sur la position géographique et l’heure de la journée.
- Contrôle au sol – Le segment de contrôle est composé de stations de surveillance terrestres, de stations de contrôle principales et d’une antenne au sol. Les activités de contrôle comprennent le suivi et l’exploitation des satellites dans l’espace et la surveillance des transmissions. Il existe des stations de surveillance sur presque tous les continents du monde, y compris l’Amérique du Nord et du Sud, l’Afrique, l’Europe, l’Asie et l’Australie.
- Équipement utilisateur – Récepteurs et émetteurs GPS, y compris des articles tels que des montres, des smartphones et des appareils télématiques.
Voici une illustration de télémétrie par satellite :
Lorsqu’un appareil se déplace, le rayon (distance au satellite) change. Lorsque le rayon change, de nouvelles sphères sont produites, nous donnant une nouvelle position. Nous pouvons utiliser ces données, combinées avec le temps du satellite, pour déterminer la vitesse, calculer la distance jusqu’à notre destination.
A quoi sert le Système mondial de positionnement ?
Le GPS est un outil puissant et fiable pour les entreprises et les organisations de nombreux secteurs différents. Les géomètres, les scientifiques, les pilotes, les capitaines de bateau, les premiers intervenants et les travailleurs des mines et de l’agriculture ne sont que quelques-unes des personnes qui utilisent quotidiennement le GPS pour le travail. Ils utilisent les informations GPS pour préparer des relevés et des cartes précis, prendre des mesures de temps précises, suivre la position ou l’emplacement et pour la navigation. Le GPS fonctionne à tout moment et dans presque toutes les conditions météorologiques.
Il existe cinq utilisations principales du GPS :
- Emplacement — Détermination d’une position.
- Navigation — Se déplacer d’un endroit à un autre.
- Suivi – Surveillance d’un objet ou d’un mouvement personnel.
- Cartographie — Créer des cartes du monde.
- Chronométrage – Permet de prendre des mesures de temps précises.
Voici quelques exemples spécifiques de cas d’utilisation du GPS :
- Intervention d’urgence : lors d’une urgence ou d’une catastrophe naturelle, les premiers intervenants utilisent le GPS pour cartographier, suivre et prévoir les conditions météorologiques et suivre le personnel d’urgence. Dans l’UE et en Russie, le règlement eCall s’appuie sur la technologie GLONASS (une alternative GPS) et la télématique pour envoyer des données aux services d’urgence en cas d’accident de véhicule, réduisant ainsi le temps de réponse. En savoir plus sur le suivi GPS pour les premiers intervenants.
- Divertissement : le GPS peut être intégré à des jeux et à des activités comme Pokémon Go et le géocaching.
- Santé et forme physique : les montres intelligentes et la technologie portable peuvent suivre l’activité physique (telle que la distance de course) et la comparer à un groupe démographique similaire.
- Construction, exploitation minière et camionnage hors route : la localisation de l’équipement à la mesure et à l’amélioration de la répartition des actifs, le GPS permet aux entreprises d’augmenter le rendement de leurs actifs.
- Transport : les entreprises de logistique mettent en œuvre des systèmes télématiques pour améliorer la productivité et la sécurité des chauffeurs. Un tracker de camion peut être utilisé pour prendre en charge l’optimisation des itinéraires, l’efficacité énergétique, la sécurité des conducteurs et la conformité.
Quelle est la précision du Système mondial de positionnement ?
La précision de l’appareil GPS dépend de nombreuses variables, telles que le nombre de satellites disponibles, l’ionosphère, l’environnement urbain, etc.
Certains facteurs pouvant nuire à la précision du GPS incluent :
- Obstacles physiques : les mesures de l’heure d’arrivée peuvent être faussées par de grandes masses telles que des montagnes, des bâtiments, des arbres, etc.
- Effets atmosphériques : les retards ionosphériques, la forte couverture orageuse et les tempêtes solaires peuvent tous affecter les appareils GPS.
- Éphémérides : Le modèle orbital d’un satellite peut être incorrect ou obsolète, bien que cela devienne de plus en plus rare.
- Erreurs de calcul numériques : cela peut être un facteur lorsque le matériel de l’appareil n’est pas conçu selon les spécifications.
- Interférences artificielles : il s’agit notamment des dispositifs de brouillage GPS ou des parodies.
La précision a tendance à être plus élevée dans les zones ouvertes sans grands bâtiments adjacents susceptibles de bloquer les signaux. Cet effet est connu sous le nom de canyon urbain. Lorsqu’un appareil est entouré de grands bâtiments, comme au centre-ville de Manhattan ou de Toronto, le signal satellite est d’abord bloqué, puis rebondi sur un bâtiment, où il est finalement lu par l’appareil. Cela peut entraîner des erreurs de calcul de la distance du satellite.
Une brève histoire du Système mondial de positionnement
Les humains pratiquent la navigation depuis des milliers d’années en utilisant le soleil, la lune, les étoiles et, plus tard, le sextant. Le GPS était une avancée du 20e siècle rendue possible par la technologie de l’ère spatiale.
La technologie GPS a été utilisée dans le monde entier à travers l’histoire. Le lancement du satellite russe Spoutnik I en 1957 a inauguré la possibilité de capacités de géolocalisation et peu de temps après, le département américain de la Défense a commencé à l’utiliser pour la navigation sous-marine.
En 1983, le gouvernement américain a rendu le GPS accessible au public, mais a toujours gardé le contrôle des données disponibles. Ce n’est qu’en 2000 que les entreprises et le grand public ont obtenu un accès complet à l’utilisation du GPS, ouvrant finalement la voie à une plus grande avancée du GPS.
Pour en savoir plus sur l’histoire et le développement du GPS, consultez notre article sur l’histoire des satellites GPS et du suivi GPS commercial.
Systèmes mondiaux de navigation par satellite (GNSS)
Un GPS est considéré comme un système mondial de navigation par satellite (GNSS), ce qui signifie qu’il s’agit d’un système de navigation par satellite avec une couverture mondiale. À partir de 2020, il existe deux systèmes mondiaux de navigation par satellite entièrement opérationnels : le GPS américain de synchronisation et de télémétrie des signaux de navigation (NAVSTAR) et le système mondial de navigation par satellite russe (GLONASS). Le GPS NAVSTAR se compose de 32 satellites appartenant aux États-Unis et est le système de satellites le plus connu et le plus largement utilisé. Le GLONASS russe se compose de 24 satellites opérationnels dont trois restants en réserve ou en cours de test.
D’autres pays font également la course pour rattraper leur retard. L’UE, par exemple, travaille sur Galileo, qui devrait atteindre sa pleine capacité opérationnelle d’ici la fin de 2020. La Chine construit également le système de navigation par satellite BeiDou, avec 35 satellites qui devraient être en orbite d’ici mai 2020. Le Japon et L’Inde est également en bonne voie avec ses propres systèmes régionaux, le système de satellites Quasi-Zenith (QZSS) et le système de navigation par satellite régional indien (IRNSS), respectivement.
GPS vs GNSS Devices
- Le coût des puces GNSS est plus élevé que celui des appareils GPS.
- Le GNSS utilise une bande passante plus large (1559-1610 MHz) que le GPS (1559-1591 MHz). Cela signifie que les composants de radiofréquence GPS standard, tels que les antennes, les filtres et les amplificateurs, ne peuvent pas être utilisés pour les récepteurs GNSS, ce qui entraîne un impact plus important sur les coûts.
- La consommation d’énergie serait légèrement plus élevée qu’avec les récepteurs GPS car il se connecte à plus de satellites et exécute les calculs pour déterminer l’emplacement.
Le futur du GPS
Les pays continuent de construire et d’améliorer leurs systèmes GPS. Des efforts sont déployés dans le monde entier pour accroître la précision et améliorer la fiabilité et les capacités GPS.
- Les récepteurs GNSS devraient devenir plus petits, plus précis et plus efficaces, et la technologie GNSS devrait pénétrer même les applications GPS les plus sensibles aux coûts.
- Les scientifiques et les secouristes trouvent de nouvelles façons d’utiliser la technologie GPS dans la prévention et l’analyse des catastrophes naturelles en cas de tremblement de terre, d’éruption volcanique, de gouffre ou d’avalanche. Pour la pandémie de COVID-19, les chercheurs envisagent d’utiliser les données de localisation des téléphones portables pour faciliter la recherche des contacts afin de ralentir la propagation du virus.
- Le lancement de nouveaux satellites GPS III affinera la précision du GPS à 1-3 mètres, améliorera les capacités de navigation et les composants plus durables dès 2023. En diffusant sur le signal civil L1C pour l’interopérabilité avec d’autres systèmes satellitaires.
- La prochaine génération de satellites GPS comprendra une meilleure protection du signal, une sensibilité réduite au brouillage du signal et une plus grande maniabilité pour couvrir les zones mortes.
- L’horloge atomique de l’espace lointain de la National Aeronautics and Space Administration (NASA) est configurée pour utiliser un puissant satellite GPS embarqué pour aider à fournir une meilleure cohérence dans le temps aux futurs astronautes qui se lancent dans des voyages dans l’espace lointain.