Supplément - Systèmes de navigation globale par satellite (2/2)
Comment un GNSS fonctionne
Le but d'un GNSS est de calculer la position et l'altitude d'un point de la Terre dans un système de coordonnées connu. Pour identifier la position de quelqu'un sur Terre, il faut qu'il soit équipé d'un récepteur qui puisse reçevoir les signaux en provenance des satellites. Les satellites se déplacent sur une orbite fixe autour de la Terre et leur position est toujours connue avec précision. Ils sont équipés d'horloges atomiques qui permettent une synchronisation parfaite des satellites au sein d'une constellation. Les satellites émettent en permanence un signal qui contient leur position et l'heure d'émission. Quand un récepteur enregistre ce signal, il compare l'heure de l'émission avec l'heure de la réception. L'intervalle de temps entre l'émission du signal par le satellite et la réception du signal par le récepteur donne le temps de parcours du signal. En sachant que le signal voyage à la vitesse de la lumière, le récepteur peut calculer sa distance avec le satellite.
Si un seul satellite est utilisé comme point de référence, tous les emplacements possibles situés à une distance définie du satellite forment une sphère. Si un second satellite est utilisé comme point de référence, tous les emplacements possibles se réduisent à un cercle.
Source: Wikimedia Commons.
Quand un troisième satellite est utilisé, tous les emplacments possibles se réduisent à deux points (car l'intersection d'un cercle et d'une sphère donne deux points). Un de ces deux points sera toujours éliminé car sa position sera définie dans l'espace ou profondément enfoncée dans la Terre. Trois satellites sont donc nécéssaires, au minimum, pour identifier la position de quelqu'un sur Terre. Pour apporter plus de précision, on considère qu'il faut quatre à cinq satellites.
Qu'est-ce qu'un GPS différentiel (DGPS) ?
A la base, le GPS a été développé pour des applications militaires. Pour empêcher les puissances ennemies d'utiliser ce système pour guider des missiles ou de savoir précisément leur localisation, une erreur aléatoire a été introduite dans le signal de temps émis par les satellites. Cette erreur pouvait seulement être corrigée par une clé codée.
Le GPS différentiel (DGPS) est un réseau de transmetteurs et de récepteurs stationnaires, dont les positions sont connues. Ces récepteurs reçoivent le signal GPS et comparent la position donnée par GPS avec leur position réelle. La différence entre les deux positions est l'erreur induite. Celle-ci est transmise aux utilisateurs, qui l'utilisent pour corriger leur signal reçu des satellites GPS.
Sources d'erreur
Comme le GPS est le seul GNSS tout à fait opérationnel, nous ne parlons ici que de GPS, même si la plupart des remarques s'appliquent à tous les GNSS.
En plus de l'erreur artificielle mentionnée plus haut, il y a d'autres sources d'erreur dans les mesures GPS. La capture d'un signal GPS requiert que le satellite soit en ligne directe avec le récepteur, c'est-à-dire que rien ne bloque le chemin entre les deux. Cela rend l'utilisation de GPS particulièrement difficile en forêt et parfois même en ville, lorsque de hauts buildings bloquent la vue.
Ce qu'on appelle la géométrie satellitaire est aussi un facteur qui peut provoquer de nombreuses erreurs de localisation, même si le minimum de quatre satellites est atteint. Si les quatre satellites ne sont pas répartis de façon uniforme dans le ciel visible, une petite erreur de signal peut causer, proportionnellement, une grosse erreur de localisation (jusque dans les 100 mètres).
Enfin, la trajectoire du signal peut subir une déviation et mettre plus longtemps à arriver jusqu'au récepteur. L'atmosphère est remplie de particules, de gaz et de vapeur qui peuvent diffracter la trajectoire du signal. Le signal peut aussi être réfléchi par des grands objets alentour, comme des gratte-ciels en zone urbaine. Ces réflections vont rallonger le temps de parcours du signal qui donnera une fausse estimation de la distance parcourue depuis le satellite.
