Global Positioning System

Comment cela fonctionne-t-il ?

Un appareil GPS prend les signaux radio des satellites dans l'espace en orbite autour de la Terre. Il y a 31 satellites à 20 200 kilomètres (12 600 mi) au-dessus de la Terre. La période orbitale est de 11 heures et 58 minutes. Chaque cercle a un rayon de 26 600 kilomètres (16 500 mi) en raison du rayon de la Terre. Loin du pôle Nord et du pôle Sud, un appareil GPS peut recevoir les signaux de 6 à 12 satellites à la fois. Chaque satellite contient une horloge atomique qui est soigneusement réglée par le NORAD plusieurs fois par jour.

Les signaux radio contiennent des informations sur l'heure et la position du satellite, y compris ses éphémérides. Le récepteur GPS soustrait l'heure actuelle de l'heure à laquelle le signal a été envoyé. La différence est le temps écoulé depuis l'envoi du signal. La différence de temps multipliée par la vitesse de la lumière est la distance au satellite. L'appareil GPS utilise la trigonométrie pour calculer sa position à partir de la position et de la distance de chaque satellite. En général, il doit y avoir au moins quatre satellites pour résoudre les équations géométriques. Un récepteur GPS peut calculer sa position plusieurs fois en une seconde.

De nombreux récepteurs grand public bon marché ont une précision de 20 mètres presque partout sur la Terre.

Un appareil GPS peut généralement aussi calculer sa vitesse actuelle. Les appareils bon marché, comme les téléphones portables, le font en comparant la position actuelle avec la position récente. Les appareils plus coûteux, comme les avions de ligne, utilisent l'effet Doppler et sont très précis.

Les satellites GPS font le tour de la terre dans quatre plans, plus un groupe au-dessus de l'équateur. Les satellites bleus sont ici visibles par un récepteur GPS à 45° Nord. Les satellites rouges sont bloqués par la Terre.

Histoire

Divers systèmes de radionavigation sont utilisés depuis le milieu du XXe siècle. Dans les années 1960, des expériences ont mis en place des émetteurs radio dans des satellites. Un nouveau système, d'abord appelé Navstar, a été conçu dans les années 1970 par l'armée de l'air américaine. Il est devenu le GPS et n'a été utilisé que par l'armée américaine. En 1983, le président Ronald Reagan a pris un décret pour permettre à tout le monde d'utiliser le système, bien qu'il soit encore trop petit pour être très utile. Le signal de la plus haute précision était crypté et seules les forces armées étaient autorisées à l'utiliser, mais dans les années 1990, il a été temporairement décrypté et cela est devenu permanent au début du siècle.

Certains récepteurs GPS sont des unités séparées avec leur propre puissance et leur propre affichage. Ils étaient majoritaires au 20e siècle. Les récepteurs militaires n'affichaient alors que les coordonnées géographiques, ou certains n'avaient pas d'affichage mais donnaient seulement les coordonnées à un autre appareil.

Aujourd'hui, la majorité des récepteurs GPS font partie des téléphones mobiles, et beaucoup sont intégrés dans les montres-bracelets, les voitures et d'autres appareils. La partie GPS d'un téléphone portable est petite et généralement médiocre, mais le téléphone utilise également des stations de base mobiles et des signaux Wi-Fi pour l'aider.

Autres systèmes

Il existe d'autres systèmes qui agissent de la même manière. L'un d'eux a été mis dans l'espace par la Russie, appelé GLONASS. Un autre, qui n'est pas encore terminé, porte le nom de Galileo et a été construit par l'Union européenne.