GPS et GNSS

publié le 16 avril 2009 (modifié le 5 avril 2010)

 

Système 1200 Leica Geosystems
Système 1200 Leica Geosystems
(© Jean-François Delarue)

Les constellations de satellites permettant la géolocalisation d’un point en temps réel à la surface de la Terre portent l’appellation générique de systèmes de positionnement par satellites (en anglais Global Navigation Satellites System ou GNSS). Le plus connu d’entre eux, et le seul qui soit aujourd’hui intégralement opérationnel, est le GPS (Global Positioning System).

Le nom complet de ce système de radiolocalisation est Navstar-GPS, dont le projet, initié en 1973, était à l’origine exclusivement militaire. Le premier satellite fut lancé en février 1978, mais il fallut attendre 1995 pour que la constellation soit au complet avec 24 appareils en orbite autour de la Terre (aujourd’hui 32 au total).

De multiples applications

L’utilité du GPS est également vite apparue sur le plan civil : elle concerne la quasi-totalité des activités nécessitant une référence spatiale sous forme de coordonnées. En effet, le système sert à calculer la position tridimensionnelle (latitude, longitude, hauteur) d’un point quelconque à la surface de la planète. Outre l’assistance à la navigation automobile et les applications en matière de topographie et de travaux publics, on peut ainsi y inclure la navigation aérienne et maritime, la gestion de flottes de transport routier, l’hydrologie, la sylviculture, etc.

Quel que soit le domaine concerné, le principe de fonctionnement du dispositif reste le même. Les satellites sont répartis sur plusieurs plans orbitaux, avec une inclinaison d’environ 55° sur l’équateur. Leur gravitation s’effectue sur une orbite polaire quasiment circulaire, à une hauteur moyenne de 20 300 km. Leur vitesse est environ de 13 000 km/h, si bien qu’il leur faut à peu près 11 h 58 pour boucler le tour de la planète.

Au sol, des stations de contrôle calculent la trajectoire des satellites et corrigent les erreurs d’horloge à bord de ces derniers. Il s’agit d’un aspect essentiel, puisque les utilisateurs vont déterminer leur propre position à partir des signaux émis par 4 satellites au moins, et du temps pris par ceux-ci pour se propager. C’est la raison pour laquelle le GPS peut connaître des défaillances en ville (obstruction du signal par les constructions) voire en forêt (épaisseur des feuillages).

Une précision qui va encore grandir

Levé RTK* GNSS (* RTK = Real Time Kinematic = en temps réel)
Levé RTK* GNSS (* RTK = Real Time Kinematic = en temps réel)
(© Jean-François Delarue)

La précision au sol est actuellement de 5 à 10 mètres en positionnement absolu (avec un seul récepteur). Elle devrait être encore réduite avec le système GPS III, qui sera progressivement mis en place à partir de 2010. Une précision centimétrique est obtenue grâce à la méthode du positionnement différentiel : l’utilisation simultanée de deux récepteurs recevant les signaux des mêmes satellites permet d’éliminer la quasi-totalité des erreurs systématiques affectant le positionnement absolu. Si les deux récepteurs peuvent communiquer entre eux (radio UHF, GSM, GPRS...), le positionnement temps réel de précision centimétrique devient alors possible. Deux réseaux privés de stations permanentes GNSS jouent le rôle du récepteur de référence, et permettent de se positionner en temps réel au centimètre près en quelques secondes avec un seul récepteur (et une communication GPRS) : réseaux TERIA (OGE) et ORPHEON (GEODATA Diffusion).

À noter, il existe également d’autres systèmes de positionnement par satellites à travers le monde, soit en cours d’achèvement, soit en projet. On peut citer notamment le russe GLONASS ou le chinois BEIDU. Mais le concurrent le plus sérieux du GPS américain semble bien être GALILEO, projet européen qui devrait être opérationnel en 2013, avec un degré de précision encore supérieur. L’utilisateur, quant à lui, ne pourra qu’y gagner, car ses récepteurs interopérables capteront l’ensemble des satellites disponibles.