Système GPS
Le GPS : utilisation en positionnement et surveillance

1.1 Principes généraux

Un ensemble de 30 (afin de garantir un effectif de 24 en permanence) satellites « Navstar », lancés par l'armée des États-Unis à partir de 1978, orbite vers 20 200 km d'altitude (figure 1). Ceux-ci émettent en permanence des signaux radioélectriques sur des porteuses à des fréquences de 1,2236 GHz (appelée « L₂ »), 1,57542 GHz (appelée « L₁ ») et 1,17645 GHz (appelée « L₅ ») pour lesquels chaque bit d'information est émis à une date extrêmement bien connue, grâce à l'emploi, dans chaque satellite, d'un ensemble d'horloges atomiques. Ces bits, par ailleurs, décrivent la position du satellite concerné, superposés à divers niveaux de codes pseudo-aléatoires (certains sont d'accès public : le code C/A, les codes I5 et Q5, et d'autres sont cryptés et donc confidentiels : les codes Y et M), avec un débit élevé (de l'ordre de 10 Mbit/s), ce qui conduit à une émission à spectre très large et donc à une grande insensibilité aux émissions parasites.

Au niveau du sol, l'usager emploie un récepteur dont le travail consiste à observer avec exactitude la date de réception de ces mêmes bits, et à décoder ceux-ci. Pour ce faire, le récepteur effectue une corrélation entre les signaux reçus et les codes pseudo-aléatoires qu'il connaît. Lorsque la corrélation maximale est obtenue, l'écart entre le code théorique et le code observé produit directement les messages transmis par le satellite (n° du satellite, paramètres de l'orbite et de l'horloge de bord, modèle grossier de l'état de l'ionosphère, paramètres d'orbite de tous les autres satellites). Cette corrélation maximale est ensuite maintenue par un asservissement qui permet, si on le souhaite, de mesurer en continu la phase de l'onde porteuse de L₁ et éventuellement de L₂ et de L₅. Si cet asservissement se fait avec une bande passante étroite, le temps d'initialisation du verrouillage sera long mais le rapport signal/bruit sera élevé, alors que si le temps d'initialisation est très bref, ce sera souvent au prix d'une moindre exactitude. La mesure élémentaire peut donc se faire pour chaque fréquence à deux niveaux, soit uniquement par datation des bits formant les codes (par exemple C/A), soit en y rajoutant la mesure du nombre...