S Y S T E M E S - E M B A R Q U E S

Architecture des satellites / Principes physiques des capteurs / De A à Z / Sites spécialisés /

sommaire du site

Principe du système de localisation GPS 

Généralités :

Le principe de localisation GPS repose sur l'émission de signaux codés véhiculés par une onde porteuse, selon deux modes de fonctionnement :
  - un mode précis de positionnement à priori réservé à des utilisateurs identifiés
    (code P ; précision de l'ordre de 10m)
  - un mode standard de positionnement, sans restriction d'utilisation
    (code C/A ; précision de l'ordre de 100 m).

Un récepteur reçoit donc simultanément les signaux codés en provenance de plusieurs satellites situés à des distances différentes du lieu d'observation. Le décodage de ces signaux permet d'évaluer ces distances et d'en déduire la position du récepteur dans un référentiel géodésique connu (WGS 84).
La précision peut être améliorée par méthode différentielle (DGPS), en s'aidant d'une station de référence proche de l'endroit où l'on effectue les mesures.

A noter que la précision centimétrique nécessaire dans des domaines tels que la géophysique requiert le traitement d'informations sur la phase de l'onde porteuse elle-même, opération qui ne peut être effectuée qu'en différé, à l'aide d'un système de traitement spécifique.

Eléments d'explication :

L'onde porteuse émise par un satellite GPS se propage dans toutes les directions à la vitesse
c = 300 000 km.s-1.
Le front de l'onde est donc sphérique. Lorsque ce front d'onde rencontre la surface terrestre considérée comme sphérique, l'intersection est un cercle. Sur le schéma ci-dessous, un signal de très courte durée véhiculé par l'onde porteuse émise par le satellite 1 atteint tous les points du cercle rouge au même instant.

gps4.jpg (17200 octets)

Ci-dessus :  positionnement par satellite.

Pour simplifier, imaginons que les satellites émettent de façon synchronisée une série de lettres, de A à Z, les unes après les autres.

A une date précise, t, compte tenu des distances d1, d2, d3 différentes, tous les points situés sur le cercle rouge recevront par exemple la lettre Z alors que tous les points situés sur le cercle vert recevront la lettre H et tous les points situés sur le cercle bleu recevront la lettre A.
A cette date t, Le récepteur situé en P recevra la combinaison ZHA. Seul ce point peut recevoir cette combinaison à cette date. Un récepteur situé ailleurs recevrait une combinaison de lettres différente.
On conçoit donc que du décodage de signaux véhiculés par ondes porteuses et provenant de satellites plus ou moins éloignés, on puisse déduire la position géographique d'un récepteur.

Il faut au minimum 3 satellites pour avoir
une localisation en 2 dimensions à la surface de la Terre et 4 satellites pour accéder à l'altitude.

Précision des mesures :

Globalement,
la précision du système GPS dépend étroitement de la qualité de mesure du temps (un signal véhiculé par une onde progresse de 3 m en 10 milliardièmes de seconde !).
La précision de localisation dépend donc des performances des horloges, de la synchronisation des horloges des satellites, de la connaissance du décalage de temps entre l'horloge du récepteur et celles des satellites, et aussi de la connaissance des paramètres susceptibles d'influer sur la vitesse de propagation des ondes.

Le "DOP" : Pour l'utilisateur, la précision dépend également des positions des satellites dans le ciel, par rapport au lieu de réception. Il est aisé de concevoir que si les satellites reçus sont dans la même direction et au ras de l'horizon, le calculateur aura bien du mal à localiser correctement le récepteur. Le "DOP" (Dilution of Precision) est un paramètre qui permet d'estimer la qualité de la mesure effectuée en fonction de l'azimuth et de l'élevation de chacun des satellites dont les signaux sont reçus au lieu d'observation.

gps7.jpg (13562 octets)

Ci-dessus : L'angle a repésente l'azimuth. Il est compté à partir du nord, positivement dans le sens de rotation des aiguilles d'une montre. L'angle b représente l'élevation du satellite au dessus de l'horizon.

gps6.gif (49258 octets) Ci-contre : Affichage de paramètres liés à un satellite GPS :
Ici, 4 satellites sont en vue.
Les informations se rapportent au satellite identifié SV20.
elv+47 : élevation de 47° au dessus de l'horizon
azm228° : azimuth de 228° (le satellite est au sud-ouest du récepteur)
PDOP : composante 3D de la dilution de précision. Plus cette valeur est faible, meilleure est la mesure. Usuellement, on considère qu'elle est convenable pour des valeurs inférieures à 6.
En mode 2-D, ce serait la composante planimétrique HDOP qui serait affichée.