Le système GPS, comment ça marche ?

Voici un article un peu technique certes mais,  qui tente de démystifier « le système GPS » en abordant tout d’abord son fonctionnement et ensuite son utilisation en matière de rando…

NB. Il ne s’agit, en aucun cas, d’un plaidoyer, en faveur du GPS.

1. Le Système GPS 

11. Le GPS, qu’est-ce-que c’est ?

  • G P S : Global Positionning Système (Système de positionnement mondial),
  • En fait, un nom devenu éponyme, GPS est le nom du réseau américain qui permet de déterminer sa position sur l’ensemble du globe,
  • A partir d’un réseau de satellites (la constellation),
  • Et, d’un récepteur spécifique,
  • Les applications ayant recours au système GPS sont aujourd’hui nombreuses :

 

 

12. historique du GPS

    • Origine historique du GPS : l’armée américaine qui souhaitait connaitre la position exacte de ses troupes et des troupes ennemies,
    • Grandes étapes :
      • 1960, lancement du projet,
      • 1978, lancement du 1er satellite,
      • 1980, 24 satellites opérationnels – système ouvert au public en version bridée (précision 100 m),
      • 2000, levée du brouillage, la précision passe à 10 m pour le public,
      • 2011, constellation de 30 satellites NAVSTAR dont 24 opérationnels

13. Autres systèmes de navigation par satellites

  •     
    • GLONASS (Global Navigation Satellite System – Russie 1980),
      • 2014, 30 satellites dont 24 opérationnels qui couvrent la Terre entière,
      • Précision 2 à 3 m.
    • BEIDOU (Chine 2013),
      • 2013, 16 satellites opérationnels en Asie,
      • Précision moins de 10 m.
    • En Inde et au Japon, systèmes en préparation.
    • GALILEO
      • Système européen sous contrôle civil lancé en 2001 afin de rendre l’Europe indépendante sur la question de la localisation par satellites,galileo
      • A terme en 2020, 30 satellites dont 24 satellites opérationnels avec une précision de l’ordre de 1 m pour le grand public et 10 cm pour les pompiers, les douanes, l’Etat, …
      • Fin 2017, il manque un satellite pour que la constellation soit complète et puisse fournir une couverture mondiale,
      • Pour utiliser Galileo, il faudra avoir un récepteur  disposant d’une puce compatible

14. Organisation du système GPS

Elle repose sur 3 segments :

organisation du système gps

  1. le segment espace 

    • en 2011, 30 satellites NAVSTAR,le segment espace
    • 6 plans orbitaux,
    • révolution environ 12 h,
    • orbite à 20 000 km de la Terre,
    • durée de vie environ 10 ans,
    • des satellites sont lancés régulièrement

 

2. le segment de contrôle le segment CTRL

    • 5 stations au sol (armée américaine),
    • pilotage et surveillance du système,
    • contrôle des éphémérides (trajets des satellites) et des paramètres d’horloge.

 

3. le segment utilisateur

  • ensemble des utilisateurs civils et militaires,
  • disposant d’un récepteur GPS,
  • utilisateurs en nombre illimité, en voici quelques uns :

divers utilisateurs gps

15. Comment ça marche

  1. les satellites 

    • embarquent des horloges atomiques,
    • et,  émettent en permanence des signaux électromagnétiques à la vitesse de la lumière (ces signaux sont de types micro ondes très faibles),
    • ces signaux contiennent l’identification du satellite, l’heure d’émission et,
      • l’éphéméride : information précise de la position du satellite utilisée pour faire les calculs de distance, mise à jour toutes les  heures, valable environ 6 heures,
      • l’almanach : information générale sur la localisation de l’ensemble des satellites dans la constellation pour les 8 prochains jours
  2. Le récepteur GPS

  • reçoit les signaux des satellites qu’il capte,
  • pour chaque signal reçu, il compare l’heure d’émission incluse dans le signal du satellite à l’heure de son horloge interne corrigée par comparaison avec plusieurs satellites,
  • il en déduit le temps du « voyage » du signal qui multiplié par la vitesse fournit une estimation de la distance du satellite au récepteur :
  • calcul distance.JPG

    3. La tri-latéralisation

  • Le récepteur a besoin d’au moins  3 satellites pour déterminer sa position,trilatéralisation+ 1 pour caler son horloge interne et obtenir l’altitude.

 

 

4. Les sources d’erreurs internes

  • la synchronisation des horloges satellite et récepteur, un écart de 1 millionième de seconde génère un écart de 300 m  sur le terrain (cette erreur est résolue par la réception d’au moins 4 satellites),
  • la traversée de la troposphère (pression et humidité),
  • la traversée de la ionosphère modifiée par le rayonnement solaire,
  • les obstacles naturels (forêts denses, pluie, brouillard, effet « canyon», à l’intérieur de bâtiment).

5. Les améliorations du GPS

  • Le DGPS (GPS différentiel)
    • le principe consiste à mesurer sa position par rapport à un émetteur – récepteur fixe dont la position est connue et effectuer les corrections,dgps
    • ce service se développe à proximité des aéroports et des côtes.
  • Les SBAS (Satellite-Based Augmentation Systems)
    • Le système WAAS en Amérique du Nord, les américains disposent de 5 stations de contrôle sur la Terre qui effectuent des corrections,
    • En Europe, le système EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service(Service Européen de Navigation par Recouvrement Géostationnaire) est opérationnel depuis 2009 avec :
      • 40 stations terrestres + 4 centres de contrôle répartis sur toute l’Europe et l’Afrique du nord,
      • 3 satellites géostationnaires.
    • Pour le système EGNOS :gps glonass et satellites
      • Les stations terrestres calculent les erreurs et envoient les corrections aux satellites EGNOS (comme on peut le voir sur la photo ci-dessus),
      • Les satellites EGNOS émettent vers les récepteurs GPS – WAAS/EGNOS.
          • mon gps avec satellites

NB. Il est important lors du paramétrage de son GPS d’activer : 

GPS + GLONASS au niveau du système, cela permet au GPS d’essayer de pouvoir capter les signaux des 24 GPS américains et 24 GPS russes,

                                    – WAAS + EGNOS cela permet au GPS d’obtenir les corrections des                                            stations de contrôle américaines et européennes et avoir ainsi une                                          bonne précision sur le terrain

                          Avec ce paramétrage, un GPS arrive bien souvent à capter  les                                                   signaux de 15 à 20 satellites alors qu’il lui suffit de capter  les                                                     signaux de 4 satellites pour donner une position et l’altitude ! Plus il y a                                 de  satellites « accrochés » meilleure est la précision et moins il y a de                                       risque de perte de  signal.

 

2. Le  GPS, un bon assistant en matière de rando

 

21. L’intérêt du GPS

Le GPS est un formidable outil :

  • De localisation au service de la sécurité, il permet d’avoir en permanence sa position exacte, en coordonnées géographiques qui peuvent être transmises de façon instantanée pour appeler des secours ou communiquer sa position à une voiture d’intendance par exemple,
  • de navigation bien plus facile à utiliser qu’une carte :
    • en temps ordinaire, pas besoin d’avoir en permanence le nez collé à la carte pour s’orienter, le pointeur du GPS le fait pour vous,
    • par temps de pluie ou de brouillard, pas de risque de détérioration de la carte,
    • en rando de nuit, pas besoin de lampe pour voir le tracé…
    • NB. un GPS ne perd qu’exceptionnellement le signal
  • qui facilite le stockage et les échanges de tracés, le GPS enregistre en permanence le tracé et les données de déplacement (tracé, distance, dénivelé, altitude, vitesse, temps, …) qui peuvent être stockés sur ordinateurs puis échangés.
  • qui permet de visualiser la région parcourue  en 3D sur Google Earth avec l’application Doarama, par simple lecture du fichier gpx. L’effet est assez « bluffant » pour des rando en moyenne montagne ou en montagne.
  • qui facilite la préparation d’un tracéLorsqu’on utilise un GPS pour randonner, on prépare ses itinéraires sur ordinateur.  Lors de la phase de mise au point du tracé, à partir ou non de tracés existants, on accède à la distance, au profil altimétrique et aux dénivelés cumulés par simple lecture, ce qui est très rapide, facile et précis.Les dénivelés cumulés sont une dimension à prendre en compte en région très vallonnée ou de moyenne montagne pour déterminer la longueur des étapes.

22. Comment utiliser un GPS en matière de rando

Cas du modèle Oregon 600 de Garmin, se reporter à l’article pour les points 22, 23 et 24  :

Le GPS Oregon 600, un bon assistant de rando

23. Préparer une rando avec un GPS

24. comment choisir un système GPS

Il y a 2 types d’outils qui permettent de recourir à un système GPS :

  • des applications sur smartphone ou tablettes, comme Iphigénie par exemple,
  • des GPS comme les GPS Garmin ou Twonav, …..

Personnellement, j’ai fait le choix d’un GPS afin de diversifier mes outils et préserver la batterie de mon smartphone. Ceci me permet de réduire les risques dus à d’éventuels aléas techniques et me donne un peu plus de sécurité. Mais, les applications sur smartphone fonctionnent très bien aussi.

Je tiens aussi à préciser que :

  • savoir lire une carte IGN demeure indispensable,
  •  pour des rando de plusieurs jours, j’ai toujours avec moi une carte IGN Top 100 Tourisme et découverte. Ceci me permet d’avoir une vue globale de la zone de rando,
  • je double mon tracé sur GPS par un tracé sur smartphone par le biais de l’application gratuite mygpsfiles. Ce n’est pas un outil de navigation mais elle me permet, au besoin,  de voir mon tracé en zoomant et dé zoomant à volonté afin d’avoir une vision d’ensemble de la zone dans laquelle je me trouve.

Cela dit, il y a encore des randonneurs qui n’utilisent que la carte et la boussole….

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3 réflexions sur “Le système GPS, comment ça marche ?

  1. Merci gégé
    en effet le GPS ,en l’occurrence » l’orégon 600 « , est un outil formidable .
    perso je l’utilise depuis 2015 et ne reviendrai pas à la carte et la boussole .
    randonnant ou voyageant en France avec cheval de bât ,j’apprécie d’avoir mes deux mains libres et de savoir toujours et dans l’instant où je suis par tous les temps .
    je comprends par ailleurs que pour des petites randos ,l’investissement demande réflexion .

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