Le GPS (" Global Positioning System ")

25 avril 1999, mis à jour le 4 octobre 2000

Définition du GPS

Le GPS est un système de navigation utilisant un réseau de satellites militaires dont l'accès est autorisé aux civils. Ce réseau de satellites a été développé par le Département de la Défense (DoD) des Etats Unis. Il est propriété du Département des Transports (DoT).

Le système GPS comporte aujourd'hui 24 satellites répartis sur 6 orbites à 20 000 km d’altitude. Il donne la position et l'altitude chaque seconde, 24 heures sur 24, n'importe où dans le monde.

Quatre satellites au moins doivent être poursuivis pour obtenir une position en 3 dimensions (altitude et position). Trois satellites suffisent pour donner la position en 2 dimensions avec maintien d'altitude (la dernière altitude connue).

La dégradation du signal

La technique S/A de dégradation volontaire du signal a été mise en oeuvre jusqu'en 1999 pour entraver l'utilisation du GPS par les civils. Elle limitait en principe la précision de la position à 100 m dans 95% des cas et à 300 mètres au pire. En fait, la précision était souvent meilleure que 100 m, et les incertitudes provenaient plus de l’utilisation de la carte que de la localisation elle-même. Un fonctionnement continu de l’appareil pendant qu'on se déplace fournissait une meilleure précision qu'en point fixe, le système devant procéder à des approximations successives.

La décision d'abandonner le S/A a été prise et de nouveaux satellites offrent désormais aux civils une précision de 5 mètres dans 95 % des cas.

Une riposte : le DGPS (" Differential Global Positioning System ") (cf. annexe)

Le but du DGPS était d'éliminer le S/A. Maintenant que le S/A est supprimé, son utilité est éduite ; sa description a un intérêt purement historique :

Une balise fixe reçoit les signaux GPS. Elle connaît sa position au mètre près ; chaque seconde, lorsqu'elle calcule sa position par GPS, elle calcule la valeur de l'erreur et transmet par radio en temps réel les corrections à appliquer.

Un GPS équipé d'un récepteur DGPS ( par exemple sous la forme d'un " pager ") peut corriger sa position. Les géomètres utilisent cette méthode avec une balise fixe émettrice sur le terrain. D' autres applications du DGPS étaient la navigation maritime (des balises DGPS étaient en fonctionnement sur nos côtes), la circulation routière (RATP) et l'aviation civile

Comment fonctionne le GPS ?

Le terminal est un récepteur radio qui a mémorisé les " éphémérides " (date et lieu) à la première mise en route ; il dispose alors d'informations précises sur l’heure et la position des satellites.

Dès que le récepteur est " accroché ", il peut déterminer sa distance à chaque satellite en mesurant le temps nécessaire pour recevoir le signal. Il détermine ensuite sa position par triangulation. Tant que le récepteur GPS suit les satellites, il met à jour sa position en permanence et donne les informations suivantes :

• position courante,
• distance à l'objectif,
• cap suivi, vitesse,
• estimations du temps restant et de l’heure d'arrivée,
• écart par rapport à la route prévue, correction de trajectoire.

Certains appareils ont des fonctions cartographiques puissantes.

Systèmes de repérage

Il faut distinguer système de coordonnées et " datums ".

Le système de coordonnées peut-être soit le système angulaire classique (latitude, longitude), soit la grille kilométrique UTM (Universal Traverse Mercator) , ou encore une grille locale.

Les " datums " sont des systèmes de correction propre à chaque pays permettant de tenir compte des irrégularités de la surface terrestre. En France on utilise le système ED-50. Pour les randonneurs en France, la référence donc est la grille kilométrique UTM complétée par le " datum " ED-50. Ces références varient d’un pays à l’autre.

Matériels disponibles

L’offre de GPS est diversifiée (marques : Garmin, Magellan, DeLorme, Lowrance etc.). Ils se distinguent selon le nombre de piles (important pour l’alimentation en énergie), la lisibilité de l’écran, la présence d’un compas magnétique intégré, la rapidité en acquisition, la sensibilité en poursuite du signal, le nombre de points qu’il est possible d’entrer en mémoire, la finesse de la cartographie, etc.

Utilisation du GPS

Si l’on ne dispose pas d’une carte au 1/25 000^ème déjà équipée de UTM, il faut y tracer la grille sous forme de carrés de 40 mm de côté en s’efforçant d’être précis.

La meilleure façon d’utiliser le GPS n’est pas de vérifier ses coordonnées en cours de randonnée, mais de suivre une route programmée au préalable.

Il faut préparer sa course et relever tous les points caractéristiques (cols, sommets, bifurcations, abris et refuges), sans oublier les points de départ et d’arrivée. On entre dans le GPS les coordonnées de ces points.

Sur le terrain, on affiche le point avec la fonction "navigation" et le GPS indique le relèvement et la distance.

Saisie des points caractéristiques

Les GPS utilisables en randonnée n'ont pas de clavier numérique. Les données sont saisies en utilisant les touches " droite ", " gauche ", " + " et " - ". Pour entrer les coordonnées d’un point il faut jouer sur 19 touches … le plus sûr est d’utiliser un kit PC sur lequel on édite les coordonnées comme avec un tableur, puis on connecte le GPS au PC et on charge.

Le kit PC permet également de conserver les courses sur le disque dur et de les recharger à volonté.

Autres utilisations du GPS

Le marché de la navigation routière embarquée est en plein développement : transporteurs qui suivent leurs camions à distance, chauffeurs de taxi suivis par une centrale, autobus de la RATP dont la position est suivie à 10 mètres près (DGPS), système Carminat sur les renault , BMW, système Mediamobile en région parisienne. Il existe des GPS qui affichent la cartographie routière sur leur écran graphique, calculent les itinéraires et affichent la position (Way Pro donne même des indications vocales).

Le GPS sera un équipement courant des véhicules automobiles dans les années qui viennent.

(source : http://www.saphelec.fr/radio/gps/dgps.htm )

Le principe du DGPS est fondé sur le fait qu’il est raisonnable de considérer que deux positions mesurées par le système GPS, à un instant donné, distantes l’une de l’autre de moins de 100 km, présentent la même erreur.

En partant de cette hypothèse, si on effectue régulièrement une mesure en un point dont on connaît parfaitement la position, il est possible de calculer cette erreur et de la transmettre à tous les véhicules en mouvement dans un rayon de 100 km pour qu’ils puissent en tenir compte lors de leur calcul de position.

Pour que le système soit efficace, il faut que les mobiles reçoivent les informations de correction à intervalles réguliers, le plus souvent possible. Les périodes d’envoi qui permettent d’obtenir des résultats intéressants (précision < 10m) sans trop surcharger le réseau radio se situent entre 20s et 30s.

Principe de fonctionnement du DGPS

Les courbes suivantes représentent les mesures qui ont été faites toutes les 10s, pendant une nuit entière, en un point fixe. La première correspond à des mesures en GPS brouillé par la technique S/A ; les mesures présentent une erreur qui peut atteindre 80m.

Mesures en GPS " normal "

Mesures en DGPS

La deuxième correspond à des mesures en mode différentiel, en envoyant les corrections toutes les 20s ; les erreurs de mesure sont alors pratiquement toutes inférieures à 10m.