Présentation

Article

1 - DESCRIPTION DU SYSTÈME

2 - MESURES GPS

3 - ERREURS SUSCEPTIBLES D’AFFECTER LES MESURES

  • 3.1 - Examen des principales causes d’erreur
  • 3.2 - Erreurs réductibles par modélisation ou calcul
  • 3.3 - Erreurs réductibles par différentiation
  • 3.4 - Erreurs dues au récepteur
  • 3.5 - Erreurs dues à l’environnement
  • 3.6 - Quantification des erreurs

4 - TECHNIQUES DIFFÉRENTIELLES

5 - ÉVOLUTION ET COMPLÉMENTS AU GPS

6 - CONCEPTS FUTURS

| Réf : TE6715 v1

Description du système
Système GPS de positionnement par satellite

Auteur(s) : Gérard BONIN

Date de publication : 10 mai 2001

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

Auteur(s)

  • Gérard BONIN : Ingénieur de l’Institut de Chimie et de Physique industrielles de Lyon ICPI

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

INTRODUCTION

Le Système NAVSTAR (NAVigation System by Timing And Ranging) plus communément connu sous le nom de GPS (Global Positionning System) est un système de positionnement dans les trois dimensions (latitude, longitude, altitude), très précis et à couverture mondiale. Basé sur la réception de signaux émis par une constellation de satellites, ce système fut mis à l’étude en 1973 aux USA par le DOD (Department Of Defense), pour les militaires américains. Entré en phase expérimentale dès 1986 (les premiers satellites ont été lancés en 1978), il fut déclaré pleinement opérationnel en février 1994.

Ce système a modifié complètement et définitivement le paysage de la radionavigation dans cette dernière décennie du vingtième siècle.

Initialement conçu pour des applications militaires, le GPS est devenu le nouvel outil incontournable pour tous les navigateurs, géodésiens, topographes ou métrologues.

Le champ des applications de ce système est immense tant dans les domaines aéronautiques, spatiaux, maritimes ou terrestres.

Dans tous les domaines, militaires ou civils, qu’ils soient professionnels, grand public ou orientés vers les loisirs et le sport, le GPS trouve sans cesse de nouveaux débouchés et chaque année voit la mise sur le marché de matériels de mieux en mieux adaptés, de plus en plus performants et de moins en moins onéreux.

En peu d’années, le système GPS a rendu obsolète(s) la plupart des systèmes de radionavigation développés antérieurement. Ces anciens systèmes, après avoir rendu de réels services, ont vu leur influence diminuer puis leur activité s’éteindre. Qu’ils soient à bases terrestres, développés à titre privé par des industriels inventifs, comme le DECCA, le TORAN, le RANA, le SYLEDIS, l’Hyper-Fix, le MINI-RANGER ou le TRIDENT, ou développés par des organismes publics comme l’OMEGA, ou encore à bases satellitaires comme le TRANSIT, tous ont marqué le pas (cf. rubrique Radiolocalisation de ce traité) et ne subsistent à ce jour que quelques chaînes privées en exploitation itinérante.

Seul, le LORANC, encore en activité, a trouvé un espace d’existence et permet à quelques utilisateurs institutionnels de ne pas être entièrement tributaires des décisions politiques et stratégiques que le gouvernement américain peut exercer sur le système GPS qu’il maîtrise seul et entièrement.

Cette maîtrise des USA sur le système peut s’illustrer de différentes manières : dégradation volontaire du signal, extinction du signal sur certaines zones géographiques, encryptage des données diffusées par les satellites...

L’exemple récent, mai 2000, de la suppression de la SA (Selective Availability), dégradation volontaire appliquée au signal, montre bien que les performances du système sont contrôlées par le gouvernement américain en fonction de ses propres intérêts de défense ou commerciaux. Cette suppression de la SA renforce encore l’intérêt du système et lui assure des débouchés commerciaux dans le domaine grand public de plus en plus prometteurs. En effet, en l’absence de SA, les performances atteignables par de petits récepteurs portables, de bas coût, travaillant en mode naturel, libres de toute redevance, sont tout à fait remarquables et meilleures que 15 m à 95 % du temps.

En 1999, une analyse américaine estimait que le marché des récepteurs était de 8,5 billions de dollars et que ce marché dépasserait 50 billions de dollars à l’horizon 2010 !

Avant de décrire en détail le système GPS, on résumera ci-après les raisons de la réussite technique et commerciale de ce système qui, malgré l’affirmation réitérée qu’il reste sous la mainmise des militaires américains, a conquis la plupart des utilisateurs du positionnement.

Différentes raisons ou facteurs ont contribués à la réussite et à la généralisation d’emploi du système GPS.

Des raisons techniques

Le GPS est un système quadridimensionnel qui permet de déterminer :

  • la latitude ;

  • la longitude ;

  • l’altitude ;

  • l’heure.

Cette capacité de détermination des composantes altimétrique et horaire ouvre des débouchés qui dépassent largement les applications classiques des systèmes antérieurs de positionnement.

Le GPS a une couverture mondiale et un fonctionnement tous temps. Le nombre de satellites constituant la constellation, le choix des fréquences utilisées et la polarisation circulaire des ondes lui confèrent l’universalité d’emploi dans l’espace et dans le temps ; il est peu affecté par les conditions météorologiques ou climatiques des zones d’utilisation.

Le GPS est un système précis et répétable à 24 h. La précision atteignable dépend de la géométrie sous laquelle l’utilisateur observe les satellites en visibilité. Compte tenu du grand nombre de satellites en fonctionnement, du choix des orbites et du lieu d’observation, entre 5 et 10 satellites sont simultanément observables. Cela permet d’obtenir, selon le mode de traitement de l’information, des précisions temps réel comprises entre 5 et 10 m si le système n’est pas volontairement dégradé, de quelques centimètres par des procédés différentiels travaillant sur la phase, et de quelques millimètres en restitution différée sur des observations faites à point fixe.

Le GPS permet la diffusion mondiale d’une échelle de temps précise, raccordée au temps universel coordonné, favorisant ainsi toutes les applications de synchronisation ou de transfert de temps avec une précision pouvant atteindre quelques nanosecondes.

Ces performances sont obtenues en mettant en œuvre des techniques modernes sur le codage du signal et l’étalement de spectre, avec un soin initial porté sur la cohérence entre le signal codé et la phase de la porteuse.

La conception du « segment sol » et la restitution de l’orbite des satellites ainsi que la qualité et la fiabilité des horloges embarquées dans les satellites sont autant de facteurs qui contribuent largement à la réussite du système.

Des raisons économiques

Dès le début de la phase expérimentale, les Américains, après avoir étudié différentes possibilités pour limiter l’accès au système et percevoir des redevances d’utilisation, ont abandonné l’idée de rentabilisation financière.

Pour des raisons stratégiques, ils ont choisi de dégrader pour un temps limité, le code utilisable par les utilisateurs autres que leurs propres forces armées mais décidé d’en laisser l’accès libre et gratuit.

Cette gratuité d’accès libérant l’utilisateur, en particulier civil, de toute redevance a largement contribué à la généralisation d’emploi du système.

Des raisons industrielles

La diversité des applications concernées par l’utilisation du GPS a entraîné un certain nombre d’industriels, pour la plupart américains, à investir dans le développement de récepteurs.

Les possibilités technologiques aidant, particulièrement la microélectronique permettant de concevoir des circuits spécialisés ASIC (Application Specific Integrated Circuit’s) numériques et analogiques, ont permis de réduire considérablement le poids, la consommation et le coût des récepteurs, tout en améliorant les caractéristiques et performances techniques.

C’est ainsi que dans tous les domaines d’application, des récepteurs bien adaptés à la demande des utilisateurs ont vu le jour.

Toutes ces raisons conjuguées concourent à la diffusion du système et l’on peut dire, toute proportion gardée, qu’aujourd’hui le GPS a apporté à la radionavigation ce que le GSM (Global System for Mobile Communications) a apporté à la téléphonie.

Nota :

Le lecteur trouvera en fin d’article la liste des principaux sigles utilisés au cours de ce document.

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-te6715


Cet article fait partie de l’offre

Le traitement du signal et ses applications

(156 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Présentation

1. Description du système

Le système GPS est composé de trois segments :

  • le segment spatial constitué d’un ensemble de satellites évoluant en orbite et formant une « cage d’oiseau » autour de la terre ;

  • le segment sol ou segment de contrôle comportant une infrastructure de pilotage et de surveillance des satellites en orbite ;

  • le segment utilisateur constitué par l’ensemble des utilisateurs civils et militaires recevant et tirant profit des signaux diffusés par les satellites.

1.1 Segment spatial

Le système comporte vingt-quatre satellites répartis sur six plans orbitaux et ayant une inclinaison de 55o sur le plan équatorial. Chaque orbite est circulaire et a une altitude nominale de 20 183 km. À cette altitude, la période de révolution est de 11 h 56 min.

Du fait de la différence existant entre le jour sidéral et le jour solaire moyen, l’heure des levers et couchers de chaque satellite vu d’un point donné de la Terre, avance d’un peu moins de 4 min par jour.

Pour un observateur situé à la surface de la Terre, l’un quelconque des satellites sera observable au-dessus de l’horizon pendant une durée variable, dépendant du lieu d’observation et de l’inclinaison de l’orbite, variable de 30 min jusqu’à 6 h maximum (figure 1).

Chaque satellite est équipé de panneaux-capteurs solaires de 7 à 8 m2 d’envergure fournissant l’énergie nécessaire pour alimenter l’équipement électronique installé à bord.

L’équipement électronique est composé d’un émetteur-récepteur, d’horloges atomiques, d’unités de calcul et de commande destinées à piloter un système de fusées d’appoint permettant de réajuster la position du satellite sur son orbite et d’en contrôler sa stabilité.

HAUT DE PAGE

1.1.1 Types de satellites

Pour assurer la constellation complète de vingt-quatre satellites et sa permanence, plusieurs types de satellite ont été lancés.

  • Satellites du bloc I

    Lancés entre 1978 et 1985, les satellites...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Le traitement du signal et ses applications

(156 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Description du système
Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - DUQUENNE (H.) -   Systèmes de référence et de coordonnées.  -  GB Survey Technical Overview Trimble Navigation Commercial Litterature. IGN (1993).

  • (2) - ERICKSON (C.) -   An Analysis of Ambiguity Resolution Techniques for Rapid Static GPS Surveys Using Single Frequency Data.  -  ION GPS (1992).

  • (3) - LACHAPELLE et al -   Ambiguity Resolution on the Fly. A comparison of P Code and High Performance C / A code receiver technologies.  -  ION GPS (1992).

  • (4) - BARBOUX (J.P.) -   Practical Real Time Kinematic Applications of GPS.  -  DSNP Londres (1994).

  • (5) - LANGLEY RICHARD (B.) -   GPS Antennas.  -  GPS wols, juil. 1998.

  • (6) - CONLEY (R.) -   The world after Selective Availability.  -  ION GPS, sept. 1999.

  • ...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 94% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Le traitement du signal et ses applications

(156 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS