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GPS, abréviation courte pour le système de positionnement global, offre des moyens de localiser n'importe quel point sur la terre. Il a beaucoup d'utilisations tel que la navigation, la recherche, le repérage de véhicules, les sports extérieurs ne sont que seulement quelques unes des possibilités.

Dans les années 70 le département de la défense (DOD) a conçu l'idée du GPS. Il a été conçu d'un besoin de déterminer exactement la position des sous-marins de missile balistique avant les lancements. Toutes les vieilles méthodes de positionnements ont alors prit fin. Ces méthodes étaient affectées de plus par les conditions atmosphériques plus mineures, limitées dans la gamme, sujet aux blocages ennemis et dégradées par les interférences.

Le système GPS est fait composé de 24 satellites NAVSTAR et de cinq stations au sol. Les stations au sol sont responsables de maintenir les satellites dans une orbite précise. Le département de la défense a placé chacun des 24 satellites dans une orbite précise à une altitude de 10900 milles. Chaque satellite pèse plus de deux tonnes, fait 18.5 pieds de longueur et orbites autour de la terre dans un peu moins de 12 heures.

Le Truc, Mesurer la Distance par le Temps.

Chacun des 24 satellites transmet son propre signal unique. L'appareil GPS contient l'information de ces 24 "signatures" séparées et connait la trajectoire de chaque satellite. En mesurant la distance de quatre satellites, chacun dans son orbite distincte, le récepteur GPS peut déterminer sa position exactement à aussi peu que 3 mètres près. La distance de chaque satellite est mesurée simplement en mesurant le temps que prend l'onde radio prend pour atteindre le récepteur GPS.

Afin de se synchroniser sur quatre signaux, un récepteur GPS doit avoir au moins quatre canaux. La plupart des unités ont 12 canaux minimum. Des calculs ont été effectués sur les orbites des 24 satellites afin obtenir au moins 5 satellites en évidence à n'importe quel point sur la terre en même temps.

Le GPS peut être employé dans n'importe quel type de conditions météo, et peut être employé sur la terre, dans le ciel et pour des applications marines. Quelques conditions limitent par contre son utilité. Couverture d'arbre et falaises lourdes, collines raides ou les grands bâtiments peuvent interférer, mais souvent ces erreurs affecte notre position de façon acceptable pour ne pas être trop loin de l'itinéraire prévu.

Le système GPS se compose de trois morceaux. Il y a les satellites qui transmettent l'information de position, les stations au sol qui sont employées pour commander les satellites et pour mettre à jour l'information, et finalement il y a le récepteur que nous utilisons. C'est le récepteur qui rassemble les données des satellites et calcule son endroit n'importe où dans le monde basé sur l'information qu'il obtient des satellites. Il y a une idée fausse et populaire qu'un récepteur GPS transmet aux satellites mais ce n'est pas vrai, il reçoit seulement des données. Ainsi, comment est il capable de faire le calcul de sa position ?


Vue Géométrique

Votre récepteur GPS emploie l'élaboration d'une technique qui est essayée et utilisée par des navigateurs et des arpenteurs depuis des siècles. Fondamentalement nous devons employer un ensemble connu d'endroits pour calculer la position en prenant les références des emplacements connus. Anciennement nous prenions les directions d'une boussole sur des endroits existants et par triangulation avec ceux-ci étions capable de déterminer notre position. En ayant la direction au moyen d’une boussole nous pouvons tracer une ligne par l'endroit connu et savoir que nous sommes quelque part sur cette ligne. En faisant la même chose à un deuxième point les deux lignes s'intercepteront. C'est notre position. Si l'on prend un troisième point il devrait intersecté au même endroit que les deux autres lignes se rejoindre.

Habituellement cependant, en raison des imprécisions, le troisième point et les suivant croisent les deux lignes à des endroits légèrement différents formant de ce fait un petit triangle. Notre position se trouve donc quelque part à l'intérieur du triangle mais nous ne savons pas exactement où. Si le triangle est assez petit nous avons une bonne précision, autrement nous devons prendre d'autres analyses. L'exactitude est déterminée principalement sur votre capacité d'obtenir et tracer un bearing précis aussi bien que la géométrie des emplacements connus disponibles. Ceci signifie que si les emplacements sont très près l'un de l'autre, nous obtiendrons des résultats plus faibles que s'ils sont à une certaine distance angulaire. L'idéal serait d'avoir deux emplacements à 90 degrés pour une meilleure exactitude.


Le récepteur GPS emploie une approche légèrement différente. Il mesure sa distance des satellites et emploie cette information pour calculer une position. Comment peut-il mesurer la distance ? Il mesure vraiment la durée que le signal satellite prend pour arriver à votre endroit et alors basé sur le fait que le signal se déplace à la vitesse de la lumière il peut calculer la distance basée sur le temps du voyage.


Une question plus fondamentale est, "comment fait le GPS pour connaitre le temps de voyage du signal de sorte qu'il puisse calculer la distance?" Le satellite envoie le temps courant avec le message ainsi les GPS peuvent soustraire leur temps courant du temps satellite dans le message (qui est le temps que le signal a commencé sa descente) et employer ceci pour calculer la différence. Pour que ce calcul soit précis, le GPS doit être aussi assez précis - à une précision meilleure qu'une microseconde. Le satellite lui-même a une horloge atomique pour garder le temps avec précision, mais votre unité n'est probablement pas assez grande ni assez chère pour avoir une horloge atomique incorporée, ainsi votre horloge est susceptible d'être en erreur ! Pour cette raison nos prétentions au sujet du calcul de distance sont susceptibles d'avoir une erreur considérable et les quatre positions satellite nous indiqueront ceci. Cependant, si nous supposons que l'erreur est provoquée par une erreur dans notre horloge nous pouvons ajuster notre horloge et recalculer chacune des 4 positions, continuer de faire ceci constamment jusqu'à ce que l'erreur disparaisse ! Nous aurons alors une bonne position et de plus nous aurons également le temps correct à environ 200 nanosecondes de précision. Une des applications de la technologie GPS est de fournir le temps correct et ce même lorsque notre position ne nous intéresse pas.


Maintenir la position veux dire que nous avons besoin de recalculer sans interruption l'information basé sur les satellites mobiles. Une fois que nous avons un certain nombre de positions notre position peut dériver beaucoup plus d'information que seulement les données de l'endroit. Par exemple GPS peuvent calculer la direction du voyage en comparant l'endroit courant à l'endroit précédent. De même les GPS peuvent maintenir la course, calculer la vitesse, la durée du voyage et d'autres données valables.


Cette vue est simplifiée. En plus des données déjà mentionnées l'unité emploie des données de Doppler des satellites mobiles, des données d'almanach pour figurer les positions approximatives de tous les satellites, et les données d'éphémèris reçu directement du satellite qui peut être utilisé pour calculer sa position dans le ciel. Semblable au problème de la géométrie que nous avons eu dans les anciens systèmes de déterminer les bearings sur les positions d'emplacements, la géométrie satellite a un effet significatif dans l'exactitude de notre position finale. Un nombre sans unité représentant cette géométrie s'appelle la Dilution de la position, DOP est employé par les GPS en déterminant lesquels des satellites disponibles représentent les meilleurs à utiliser. Plus le nombre est petit plus la géométrie est meilleure.

 
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