Le fonctionnement du G.P.S. civil.
Tout d'abord, le Global Positioning System est un système américain de géolocalisation par satellite, disponible pour les civils et fonctionnel 24/24h dans 
le monde entier. Il a été créé par l'armée américaine, qui jusque dans les années 2000 faussait volontairement les données des GPS civils. Aujourd'hui, il est très connu puisque l'on associe souvent un récepteur GPS et un logiciel de cartographie qui, ensemble, permettent un guidage routier très efficace pour les citoyens. Ce guidage apparait sous plusieurs formes : le plus connu, le système embarqué en voiture ou maintenant même dans un smartphone associé à un récepteur GPS. Il est donc très accessible aux particuliers.
ci-dessus un boîtier GPS courant,
trouvable dans le commerce
Comment ça marche ?
Le GPS se compose de trois éléments (ou 3 groupes d'éléments) : des satellites, en orbites autour de la Terre au nombre de 24 actifs et 4 en réserve ; des stations de contrôle au sol qui servent de relais ; et les récepteurs GPS des utilisateurs qui captent et identifient les signaux émis, et permettent de situer précisément en trois dimensions (latitude, longitude et altitude) le point et la référence temporelle voulus. Un des principes de fonctionnement se base sur la mesure de la distance d'un récepteur par rapport à plusieurs de ces satellites (4 à 8 doivent toujours être visibles).
Ci-dessus, une image représentant la Terre et les 24 satellites orbitant autour de cette dernière qui permettent la géolocalistation avec le GPS.
Les horloges sont extrêmement importantes pour le GPS. En effet, les satellites GPS sont pilotés par des horloges atomiques contrairement aux récepteurs qui eux sont seulement équipés d'horloges à quartz. L'horloge atomique repose sur la mécanique quantique, donc le rayonnement électromagnétique émis par les électrons lors du passage d'un état à un autre, et donc ce sont les horloges les plus précises. Quant aux horloges à quartz, elles so
nt beaucoup moins précises puisque sujettes à des dérèglements et leur précision est moins grande. Ces horloges, atomiques et à quartz, doivent donc être synchronisées. Cette dernière s'effectue sur l'UTC (Universal Coordinated Time, Temps Universel Coordonné en français).
Ci-contre, un exemple d'application pour le calcul de la distance d'un gps
Les satellites GPS émettent des ondes électromagnétiques. Ces ondes sont émises en même temps sur 2 fréquences différentes appelées L1 et L2. L1 = 1 575 Mhz et L2 = 1 227 Mhz. Ces ondes sont émises toutes les secondes par les satellites et sont syndhronisées avec les horloges atomiques et à quartz sur l'UTC.
Mesure de la distance
Grâce aux horloges citées précédemment on connait maintenant le temps qu'a mis l'onde pour arriver au récepteur. A présent, on peut mesurer une certaine distance : la formule de la distance étant Distance (en m) = Vitesse (en m/s) * Temps (en s). (On prend la vitesse de la lumière par convention).
La distance trouvée est appelée pseudorange (pseudo distance en français). A partir de cette distance, on détermine une zone approximative d'où se situe le récepteur et c'est ici qu'entre en compte la trilatération qui permet de trouver la latitude et la longitude du point. A noter que pour utiliser la trilatération, il est obligatoire de connaître la distance entre les points (ici, le récepteur et de l'émetteur, sont les points de référence).
La Trilatération.
Premièrement, qu'est-ce que la trilatération ?
C'est une méthode mathématique permettant de déterminer la position relative d'un point en utilisant la géométrie des triangles. Ce principe est aussi utilisé par la triangulation mis à part que cette dernière utilise les angles et les distances pour positionner le point alors que la trilatération utilise les distances entre un minimum de deux points différents. Il faut remarquer que la trilatération relève du domaine de la géométrie spatiale (sphères) alors que la triangulation s'opère sur des triangles et des cercles donc sur le plan. Son principe est expliqué dans la vidéo ci-dessous :