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RÉSUMÉ
Bien que le système américain de navigation par satellite GPS soit opérationnel depuis de nombreuses années, il n’est plus du tout seul : la constellation russe Glonass est opérationnelle, le déploiement de Beidou (Chine) est très rapide et Galileo (la constellation européenne) est également en phase de disponibilité terminale. Le présent article fait le point sur les fondamentaux de ces constellations, tout en soulignant les différences et les points de convergence potentiels. Les atouts de modes de fonctionnement hybrides mêlant les signaux sont également abordés.
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Nel SAMAMA : Professeur - Groupe Navigation, Institut Mines-Télécom/Telecom SudParis, Évry, France
INTRODUCTION
L’exploration par l’homme de nouveaux territoires l’a contraint à localiser, soit sa propre position, soit sa destination. Dans un premier temps, seuls les déplacements terrestres étaient concernés. La question portait principalement sur la capacité à revenir à son point de départ. Cela était réalisé grâce à des repères spécifiques, situés dans le paysage, que le voyageur devait mémoriser. Assez rapidement, en particulier car cela permettait de déplacer de lourdes charges, le transport maritime devint un mode de transport d’importance. De nouveaux besoins apparurent pour la navigation de par l’absence de tels repères (dans le cas général). Ainsi, sauf à ne jamais envisager que du cabotage, une technique de positionnement était alors nécessaire. La curiosité humaine étant ce qu’elle est, ce fut le point de départ de la longue histoire de la « navigation », qui nous conduit aujourd’hui aux systèmes globaux de positionnement par satellites, objet principal du présent article.
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- Version archivée 1 de mai 2001 par Gérard BONIN
- Version archivée 2 de mai 2014 par Nel SAMAMA
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2. Brève histoire du positionnement
2.1 Temps anciens
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L’étoile polaire comme guide
Sans remonter aux premières traces de la navigation, signalons que la première technique employée à grande échelle fut la mesure de la hauteur de l’étoile polaire par rapport à l’horizon. En effet, il se trouve que cette mesure donne directement une bonne idée de la latitude du lieu d’observation. C’est la technique qui permit à Christophe Colomb de viser, lors de ses divers voyages, des destinations relativement proches. À l’époque, la technique de navigation reposait sur le fait de naviguer Nord ou Sud vers sa latitude de destination, puis de naviguer Est ou Ouest. Christophe Colomb, cherchait à se rendre en Inde à une latitude approximative de 10o Nord, d’où ses diverses destinations.
Notons d’ailleurs qu’il n’existe pas d’étoile comparable dans l’hémisphère sud.
D’où la nécessité de trouver une autre technique, pour les Portugais, lorsqu’ils tentèrent de contourner le continent africain (dans leur quête de la route des Indes par la voie Sud).
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Calcul de la longitude
La détermination de la longitude prit ensuite près de trois siècles à être résolue. Devant l’incapacité à trouver une solution, un premier concours fut lancé par Philippe II d’Espagne en 1598. En France, Colbert fonda l’Académie des Sciences avec, comme premier objectif, de résoudre cet épineux problème. Newton lui-même, en 1714, fut mis à contribution et confirma l’intérêt du développement d’une horloge marine pour arriver à bout du problème de détermination de la longitude.
En effet, la technique développée par Giovanni Domenica Cassini, fondée sur les observations de Galilei Galileo reposant sur l’utilisation d’une lunette astronomique et de la visée des lunes de Jupiter, et sur l’emploi de tables de références (associées à des calculs de correction), reste inutilisable en mer. Or, ce sont principalement les marins et explorateurs qui réclament de pouvoir déterminer la longitude.
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Invention de l’horloge marine
Cependant, les horloges de l’époque utilisaient des mécaniques à balanciers ou à contrepoids, ce qui les rendait absolument inutilisables dans un contexte maritime. Il fallait inventer une horloge « marine ». C’est à John Harrison (1693-1776),...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SAINT-MARTIN (P.), SAMAMA (N.) - Cahier de veille « La Géo-localisation ». – - Institut Télécom, Paris (2009).
-
(2) - KAPLAN (E.), HEGARTY (C.) - Understanding GPS : principles and applications. – - Norwood : Artech House (2017).
-
(3) - SAMAMA (N.) - Global positioning : technologies and performances. – - Hoboken : Wiley Interscience (2008).
-
(4) - PARKINSON (B.W.), SPILKER (J.J.) - Global positioning system : theory and applications. – - American Institute of Aeronautics and Astronautics (1996).
-
(5) - MISRA (P.), ENGE (P.) - Global positioning system : signals, measurement and performance. – - Ganga-Jamuna Press (2010).
-
(6) - HOFMANN-WELLENHOF (B.), LICHTENEGGER (H.), WASLE...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Agence documentaire historique de la NASA http://history.nasa.gov
APL-John Hopkins Applied Physics http://techdigest.jhuapl.edu
Centre de navigation des garde-côtes américains http://www.navcen.uscg.gov
CLS – Collecte localisation satellites http://www.cls.fr
Département de mathématique de l’université de Coimbra http://www.mat.uc.pt
ESA – Agence spatiale européenne http://www.esa.int/Our_Activities/Navigation
FCC – Federal communications commission http://www.fcc.gov
GRIN – Great Images in NASA – Iconographie de la NASA http://grin.hq.nasa.gov
IGS Product Availability – Données observatoires du GPS et GLONASS http://igscb.jpl.nasa.gov
Informations données par l’équipe de navigation satellite FAA http://gps.faa.gov
National Greadetic Survey – NOAA http://www.ngs.noaa.gov
Programme internationnal Cospas-Sarsat d’alerte et de localisation de radiobalises lors de sinistres http://www.cospas-sarsat.org
Time Service Department – Observatoire naval des États-Unis http://tycho.usno.navy.mil
The Computer laboratory – Université de Cambridge http://www.cl.cam.ac.uk
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