Description du Système GPS :
1- Segment Spatial :Ensemble des satellites GPS en orbite autour de la terre. Une trentaine actuellement.
2- Segment de contrôle : Il s’agit des 5 stations de surveillance et de contrôle des satellites. Ces stations déterminent les trajectoires précises des satellites et établissent les éphémérides, qui sont retransmises aux récepteurs via les satellites.
3- Segment utilisateur : Ensemble des récepteurs en fonctionnement.
Principe de fonctionnement
1- Calcul de la position de navigation :
Le récepteur GPS est capable de produire les même signaux que les satellites. Lorsque le récepteur reçoit un signal du satellite, il produit un signal équivalent et essaye de superposer les deux signaux. Il détermine ainsi le décalage en temps nécessaire pour obtenir une superposition exacte. Ce décalage correspond au temps qu’a mis le signal pour arriver jusqu’au récepteur. Connaissant la vitesse de propagation du signal et le temps qu’il a mis pour arriver jusqu’à lui, le récepteur calcule ainsi la distance qui le sépare du satellite.
Pour déterminer sa position en trois dimensions, soit X, Y, et Z, le satellite à besoin de trois mesures de distances, qui lui permettront d’effectuer un calcul par intersection, à partir de trois satellites. Mais il existe une quatrième inconnue : en effet, l’horloge du récepteur n’est pas aussi précise que celle du satellite, et le décalage entre ces deux horloges, noté dt, n’est pas connu au départ. La distance calculée initialement par le GPS à partir d’un satellite est donc entachée d’une erreur due à dt ; c’est pourquoi elle est appelée pseudo-distance. Le récepteur doit résoudre un système d’équation à 4 inconnues : X, Y, Z et dt. Il lui faut donc au moins 4 mesures, donc 4 satellites, pour y arriver. Les récepteurs de navigation peuvent donner une position approchée sans altitude à partir de seulement 3 satellites. La quatrième équation est en effet ici fournie par la distance supposée entre le récepteur et le centre de la terre.
2- GPS Différentiel :
En raison des causes d’erreurs évoquées ci dessus, la précision en planimétrie d’un GPS utilisé seul, dans des conditions normales d’observation (GDOP < 2.5), est d’une quinzaine de mètres. Dans d’excellentes conditions (GDOP < 1.5) et avec bon modèle, la précision pourra atteindre 5 mètres. En altimétrie, l’erreur est deux fois supérieure. Pour se localiser n’importe ou sur terre, c’est un résultat remarquable. Il est ainsi déjà possible de faire de la cartographie avec un GPS coûtant moins de 300 euros. Mais pour beaucoup d’applications, comme la topographie, le pilotage d’engin, ou la navigation d’approche, une meilleure précision est souhaitée. On utilise alors deux GPS, l’un placé sur un point connu et appelé référence ou pivot, et l’autre placé sur le point à relever, et appelé mobile (qu’il se déplace ou non). En effet, si la distance entre les deux GPS n’est pas trop importante, l’état de l’atmosphère au-dessus des deux récepteurs est sensiblement le même, et donc les erreurs dues à la densité de l’atmosphère et affectant les deux appareils sont très proches. De même, les récepteurs captant les même satellites, les erreurs d’horloge, d’éphémérides et dues au brouillage militaire seront semblables. Ainsi, le récepteur placé sur un point connu pourra calculer la valeur de ces erreurs et déterminer les corrections à appliquer aux mesures de pseudo-distances. Si le mobile est en mesure d’utiliser ces même corrections, il pourra calculer sa position beaucoup plus précisément. Bien entendu, plus la distance entre les deux GPS est importante, plus les erreurs dont ils sont affectés seront susceptibles de présenter des différences, et moins la précision du mobile sera bonne. Ceci est particulièrement vrai pour les erreurs atmosphériques. Afin de maintenir une précision correcte sur de longues distances, la durée des mesures devra être allongée. Les corrections peuvent être transmises par radio, et le mobile peut alors calculer instantanément sa position. On parle alors de « GPS Temps réel ». Si les corrections ne peuvent pas être transmises directement, il faut alors que la référence et le mobile enregistrent leurs observations, et qu’elles soient traitées à posteriori par un logiciel de calcul. On parle alors de « Post-traitement ».
Les autres systèmes par satellites :
- DORIS Système français de positionnement par effet doppler à l’aide d’un seul satellite. Positionnement absolu très précis (<10 cm) mais nécessite des mesures très longues (une quinzaine de jours)
- GLONASS Système soviétique équivalent au GPS mis en place en 1982.
- GALILEO Futur système européen équivalent au GPS. Le projet a été lancé en 1999 et il est prévu qu’il soit opérationnel en 2008. Le Système GALILEO sera compatible avec le GPS.
1- Segment Spatial :Ensemble des satellites GPS en orbite autour de la terre. Une trentaine actuellement.
2- Segment de contrôle : Il s’agit des 5 stations de surveillance et de contrôle des satellites. Ces stations déterminent les trajectoires précises des satellites et établissent les éphémérides, qui sont retransmises aux récepteurs via les satellites.
3- Segment utilisateur : Ensemble des récepteurs en fonctionnement.
Principe de fonctionnement
1- Calcul de la position de navigation :
Le récepteur GPS est capable de produire les même signaux que les satellites. Lorsque le récepteur reçoit un signal du satellite, il produit un signal équivalent et essaye de superposer les deux signaux. Il détermine ainsi le décalage en temps nécessaire pour obtenir une superposition exacte. Ce décalage correspond au temps qu’a mis le signal pour arriver jusqu’au récepteur. Connaissant la vitesse de propagation du signal et le temps qu’il a mis pour arriver jusqu’à lui, le récepteur calcule ainsi la distance qui le sépare du satellite.
Pour déterminer sa position en trois dimensions, soit X, Y, et Z, le satellite à besoin de trois mesures de distances, qui lui permettront d’effectuer un calcul par intersection, à partir de trois satellites. Mais il existe une quatrième inconnue : en effet, l’horloge du récepteur n’est pas aussi précise que celle du satellite, et le décalage entre ces deux horloges, noté dt, n’est pas connu au départ. La distance calculée initialement par le GPS à partir d’un satellite est donc entachée d’une erreur due à dt ; c’est pourquoi elle est appelée pseudo-distance. Le récepteur doit résoudre un système d’équation à 4 inconnues : X, Y, Z et dt. Il lui faut donc au moins 4 mesures, donc 4 satellites, pour y arriver. Les récepteurs de navigation peuvent donner une position approchée sans altitude à partir de seulement 3 satellites. La quatrième équation est en effet ici fournie par la distance supposée entre le récepteur et le centre de la terre.
2- GPS Différentiel :
En raison des causes d’erreurs évoquées ci dessus, la précision en planimétrie d’un GPS utilisé seul, dans des conditions normales d’observation (GDOP < 2.5), est d’une quinzaine de mètres. Dans d’excellentes conditions (GDOP < 1.5) et avec bon modèle, la précision pourra atteindre 5 mètres. En altimétrie, l’erreur est deux fois supérieure. Pour se localiser n’importe ou sur terre, c’est un résultat remarquable. Il est ainsi déjà possible de faire de la cartographie avec un GPS coûtant moins de 300 euros. Mais pour beaucoup d’applications, comme la topographie, le pilotage d’engin, ou la navigation d’approche, une meilleure précision est souhaitée. On utilise alors deux GPS, l’un placé sur un point connu et appelé référence ou pivot, et l’autre placé sur le point à relever, et appelé mobile (qu’il se déplace ou non). En effet, si la distance entre les deux GPS n’est pas trop importante, l’état de l’atmosphère au-dessus des deux récepteurs est sensiblement le même, et donc les erreurs dues à la densité de l’atmosphère et affectant les deux appareils sont très proches. De même, les récepteurs captant les même satellites, les erreurs d’horloge, d’éphémérides et dues au brouillage militaire seront semblables. Ainsi, le récepteur placé sur un point connu pourra calculer la valeur de ces erreurs et déterminer les corrections à appliquer aux mesures de pseudo-distances. Si le mobile est en mesure d’utiliser ces même corrections, il pourra calculer sa position beaucoup plus précisément. Bien entendu, plus la distance entre les deux GPS est importante, plus les erreurs dont ils sont affectés seront susceptibles de présenter des différences, et moins la précision du mobile sera bonne. Ceci est particulièrement vrai pour les erreurs atmosphériques. Afin de maintenir une précision correcte sur de longues distances, la durée des mesures devra être allongée. Les corrections peuvent être transmises par radio, et le mobile peut alors calculer instantanément sa position. On parle alors de « GPS Temps réel ». Si les corrections ne peuvent pas être transmises directement, il faut alors que la référence et le mobile enregistrent leurs observations, et qu’elles soient traitées à posteriori par un logiciel de calcul. On parle alors de « Post-traitement ».
Les autres systèmes par satellites :
- DORIS Système français de positionnement par effet doppler à l’aide d’un seul satellite. Positionnement absolu très précis (<10 cm) mais nécessite des mesures très longues (une quinzaine de jours)
- GLONASS Système soviétique équivalent au GPS mis en place en 1982.
- GALILEO Futur système européen équivalent au GPS. Le projet a été lancé en 1999 et il est prévu qu’il soit opérationnel en 2008. Le Système GALILEO sera compatible avec le GPS.
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