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Navstar / GPS 

Présentation :

Le système de radiolocalisation Navstar / GPS (Global Positioning System) a été développé par les Etats -Unis (Département de la Défense) à partir de 1973 pour offrir aux utilisateurs (prioritairement l'armée américaine) la possibilité de déterminer de façon précise leurs coordonnées en tout point de la surface de la Terre. Les satellites ont été mis sur orbite à partir de 1978 et le système Navstar / GPS a été déclaré totalement opérationnel en 1994.

Le
principe général repose sur des concepts qui semblent simples, mais dont la maîtrise technologique se situe à un niveau très élevé. En effet, pour qu'un utilisateur muni d'un récepteur GPS puisse se localiser avec une précision de quelques mètres, il faut qu'il soit vu simultanément par au moins 4 satellites et que l'horloge de son récepteur ainsi que celles des satellites soient synchronisées avec une extrême précision.

Le système Navstar / GPS comprend  :

  • Un secteur "spatial", constitué d'une constellation de satellites
  • Un secteur "commande et contrôle"
  • Un secteur "utilisateur"

Le secteur "spatial" :

gps5.jpg (11846 octets) La constellation GPS est constituée de 24 satellites répartis sur 6 plans orbitaux inclinés de 55° par rapport au plan équatorial. Il peut y avoir temporairement plus de 24 satellites en état de fonctionnement, pour pallier les défaillances éventuelles et maintenir le caractère opérationnel du système.
Les orbites décrites à l'altitude de 20200 km sont circulaires et la période de révolution est égale à 11 h 58 min.

Cette configuration permet, avec 24 satellites opérationnels, de recevoir simultanément en tout lieu de la surface terrestre et à tout instant,  les signaux émis par un minimum de 4 satellites. 

Pour en savoir plus sur les satellites.
Pour en savoir plus sur les caractéristiques orbitales                
Ci-contre : constellation GPS (
Copyright CNES)

Le secteur "commande et contrôle"

navstar3.gif (57301 octets)

Ci-dessus : stations de commande et contrôle du système GPS

Ce secteur qui dépend de l'armée américaine comporte 5 stations chargées de maintenir le système opérationnel de façon permanente.

La station maîtresse est située à Colorado Springs et c'est elle qui fournit le temps de référence, contrôle et programme le repositionnement  éventuel des satellites.
Les autres stations assurent le contrôle du système et la mise à jour des informations à bord des satellites.

 

Le secteur utilisateur :

gps1.jpg (20499 octets) Un récepteur GPS permet
-  d'acquérir les signaux émis par les satellites de la constellation GPS
- d'identifier les satellites en vue
- de décoder et d'exploiter les données reçues
- de calculer la position de l'antenne de réception en coordonnées géographiques dans le système géodésique WGS 84  (Worls Geodesic System).
 
Un récepteur GPS comprend
  • une antenne de réception
  • un calculateur
  • un afficheur
  • une alimentation électrique

Ci-contre : récepteur GPS portable ; l'antenne est insérée dans la partie supérieure du boitier. L'écran affiche les coordonnées du récepteur. Trois satellites étant détectés (petits "s" horizontaux à gauche de l'écran), le GPS ne peut donner que les coordonnées horizontales, mais pas l'altitude (mode 2-D). La "dilution de précision", est indiquée par HDOP (photo : Jean Cassanet)


Pour en savoir plus :
- des exemples d' applications pédagogiques
(Localisation et collecte de données par satellite)
- un cours de géodésie spatiale de l'ENSG (Ecole nationale des Sciences Géographiques).