Système de positionnement par satellites
Un système de positionnement par satellites[Note 1] également désigné sous le sigle GNSS (pour Géolocalisation et Navigation par un Système de Satellites[1],[Note 2]) est un ensemble de composants reposant sur une constellation de satellites artificiels permettant de fournir à un utilisateur par l’intermédiaire d'un récepteur portable de petite taille sa position 3D, sa vitesse 3D et l'heure. Cette catégorie de système de géopositionnement se caractérise par une précision métrique, sa couverture mondiale et la compacité des terminaux, mais également par sa sensibilité aux obstacles présents entre le terminal récepteur et les satellites. Certains systèmes d'augmentation et de fiabilisation de portée régionale ou mondiales, gratuits ou payants, permettent de fiabiliser le système et d'améliorer les performances (DGPS, EGNOS, Assisted GPS (A-GNSS), etc.).
Le premier système de positionnement par satellites est développé par les États-Unis grâce tout particulièrement aux travaux de Gladys West[2] ; d'abord avec TRANSIT à usage uniquement militaire en 1964 puis avec le Global Positioning System (GPS), devenu opérationnel en 1995, qui fixe les principes de fonctionnement repris par les systèmes de navigation par satellites développés par d'autres pays. Le système GPS repose sur une constellation d'une trentaine de satellites qui permet à un utilisateur, situé sur n'importe quel point du globe, d'avoir toujours au minimum quatre satellites à portée, dans l'hypothèse d'un environnement dégagé (« clear sky »). Le terminal de l'utilisateur calcule sa position grâce au signal émis par chacun des satellites. À ce stade, la communication est mono-directionnelle, c'est-à-dire qu'il n'y a pas d'émission de signaux du terminal vers les satellites, ce qui implique que le système ne reçoit aucune information de la part de l'utilisateur. Celui-ci est donc le seul à connaître sa position calculée.
L'URSS, à la suite des États-Unis, développe GLONASS entré en fonction en 1996 et qui, après une période d'éclipse liée à l'éclatement de l'Union soviétique, est redevenu opérationnel en 2010. L’Union européenne avec le système Galileo (2016) complété par Celeste (2026) et la Chine avec le système Beidou-2 [COMPASS] (2012) devenu opérationnel avec la mise en orbite de Beidou-3 en 2020. Le Japon avec le QZSS (2018) et l’Inde avec l'IRNSS (2018) développent de leur côté un système assurant une couverture régionale dont la Chine dispose également avec Beidou-1 depuis 2003.
Après une exploitation purement militaire par les États-Unis, l'utilisation des terminaux GPS (et plus généralement GNSS) s'est généralisée pour répondre aux besoins des professionnels et du grand public (navigation — maritime, aérienne, terrestre —, topographie, géodésie, génie civil, agriculture, synchronisation du temps, etc.) Les terminaux permettent souvent d'exploiter les signaux de plusieurs systèmes, dont fréquemment GLONASS, GPS et Beidou, augmentant de ce fait les performances de positionnement grâce à la redondance des satellites. Les terminaux, qui sont des systèmes passifs, peuvent être complétés par des émetteurs de radiolocalisation pour des applications de suivi logistique (APRS), de sauvetage (SAR), de surveillance de trafic maritime (AIS), d’étude océanographique, de biologie (radiotracking), etc. Cette retransmission de la position du terminal par télécommunication est également largement généralisée aux smartphones qui sont aujourd'hui tous munis d'un récepteur GNSS et dont de multiples applications exploitent la position de l'utilisateur. Cette fonction de suivi, ou tracking, est souvent attribuée à tort au système GNSS lui-même alors qu'il n'y est pour rien.
Principes de fonctionnement
[modifier | modifier le code]Un système de positionnement par satellites fournit à son utilisateur via un récepteur dit GPS [Note 3](smartphone équipé d'une puce électronique spécialisée ou récepteur GPS spécialisé)[3] :
- les coordonnées géographiques en trois dimensions : longitude, latitude, altitude
- la vitesse de déplacement de l'utilisateur
- la date et heure.
Ces informations sont calculées à partir des mesures de distance à un instant donné entre le récepteur de l'utilisateur et plusieurs satellites artificiels spécialisés (les satellites de navigation) dont les positions dans l'espace sont connues avec précision :
- Chaque satellite émet en permanence un signal qui peut être reçu par tout récepteur situé dans le cône de visibilité du satellite.
- Chaque satellite inclut dans son signal les informations donnant sa position précise dans l'espace et la date/heure de l'émission du message.
- Pour optimiser le système, les satellites de navigation circulent sur une orbite moyenne à une altitude d'environ 20000 kilomètres. Compte tenu de cette donnée et de la nécessité que le récepteur puisse en permanence avoir quatre satellites visibles au-dessus de l'horizon, un système de navigation (GPS, Galileo, Beidou, Glonass) doit comporter environ 25 satellites de navigation opérationnels pour fournir une position, quelle que soit la position de l'utilisateur à la surface de la Terre.
En combinant la mesure simultanée de la distance d'au moins quatre satellites, le récepteur est capable par multilatération de fournir la position et l'altitude avec une précision de l'ordre du mètre, la vitesse avec une précision de quelques cm/s et le temps avec une précision de l'ordre de la nanoseconde. La précision dépend de très nombreux facteurs, dont la qualité du récepteur, le mode de calcul et l'environnement proche. En termes de position, elle peut descendre à quelques millimètres pour un récepteur conçu pour une utilisation en géodésie utilisant la phase des signaux jusqu'à plusieurs dizaines, voire centaines de mètres pour un récepteur bas de gamme en environnement urbain dense. Le récepteur peut être au sol ou embarqué positionné dans un véhicule en déplacement : automobile, navire, avion.
Détermination de la trajectoire du satellite
[modifier | modifier le code]Pour mesurer la distance entre le récepteur et le satellite, la trajectoire précise de ce dernier doit être connue. Celle-ci est reconstituée à partir de deux types de messages envoyés par le satellite au récepteur :
- les données d'almanach sont transmises en permanence et fournissent la position approximative (de l'ordre du kilomètre) des satellites de navigation dans le ciel. Les orbites des satellites peuvent être déterminées avec ce niveau de précision plusieurs semaines voire plusieurs mois à l'avance car les perturbations qui l'affectent sont très réduites. Aussi l'almanach une fois chargé dans le récepteur n'a plus besoin d'être actualisé. L'almanach est utilisé par le récepteur pour identifier rapidement les satellites visibles depuis la position de son utilisateur :
- les données d'éphémérides fournissent des données de position beaucoup plus précises qui sont actualisées périodiquement (toutes les 4 à 6 heures pour le système) afin de tenir compte des plus petits changements affectant l'orbite des satellites. Ce sont ces données qui sont utilisées pour le calcul de la position.
Détermination de l'heure
[modifier | modifier le code]Pour déterminer la distance entre le satellite et le récepteur, connaissant les paramètres de la trajectoire que suit le satellite, il faut théoriquement que l'heure des satellites et du récepteur soit identique. La précision de cette synchronisation est vitale. En effet, compte tenu de la vitesse à laquelle circule le satellite (plusieurs kilomètres par seconde), une désynchronisation de 1 microseconde entre l'horloge du satellite et celle du récepteur engendre une erreur de calcul de la position de 300 m. A bord du satellite la précision et la stabilité de l'heure du satellite est garantie par l'emport de plusieurs horloges atomiques qui fournissent une heure qui ne dérive que de quelques nanosecondes par jour. Le récepteur, par contre, ne peut pas être équipé d'une horloge aussi précise pour des raisons de coût et d'encombrement (il existe des récepteurs équipés d'horloge atomique mais leur coût et leur encombrement les réservent à des usages très particuliers). L'heure est fournie par un oscillateur à quartz dont la dérive journalière moyenne est de dix millisecondes. Pour contourner ce problème lors du calcul de la position, le décalage entre le temps du récepteur et le temps des satellites est traité comme une inconnue et calculé en même temps que les coordonnées du récepteur.
Calcul de la position
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Pour déterminer sa position, sa vitesse et l'heure, le récepteur calcule la distance à laquelle se trouve le satellite à partir des données de l'éphéméride (formule permettant de calculer la trajectoire du satellite) et l'heure d'émission du signal fournis par le satellite et en se basant sur son horloge interne pour déterminer son heure de réception.
Le signal voyage à la vitesse de la lumière C≈300 000 km / s. La distance D entre le récepteur et un satellite est égale à : D = C x (Heure de réception – Heure d’émission).
Mais ce calcul est entaché d'erreurs - on parle de pseudo-distance - du fait principalement de la désynchronisation des horloges mais également parce que différents phénomènes physiques viennent perturber la propagation du signal. Les principales sources d'erreur sont les suivantes :
- l'horloge du récepteur n'est pas synchronisée avec celle du satellite ;
- l'éphéméride envoyé par le satellite n'est pas parfaitement exact ;
- malgré la dérive très faible de l'horloge atomique du satellite, l'heure fournie par celle-ci est entachée d'une légère erreur ;
- le signal est ralenti de manière variable durant sa traversée de l'atmosphère (ionosphère et troposphère) ;
- le signal peut être réfléchi par des objets au sol (bâtiments) avant d'atteindre le récepteur, on parle alors de « multi-trajets » ;
- enfin en milieu urbain, en montagne ou dans une région boisée le signal peut être bloqué.
La méthode de trilatération permet théoriquement de calculer position, vitesse et temps en utilisant le signal de trois satellites : la distance à laquelle se situe un satellite positionne l'utilisateur à la surface d'une sphère dont le centre est le satellite. L'intersection de 3 sphères permet d'identifier un point unique dans l'espace. Un quatrième satellite au minimum est néanmoins requis pour permettre de déterminer le décalage des horloges (cf schéma ci-contre) et réduire les incertitudes liées aux autres sources de perturbation du signal, on parle alors de multilatération. Dans la réalité, le récepteur utilise le maximum de satellites dont il reçoit correctement le signal et calcule la solution qui lui semble « optimale », c'est-à-dire la plus vraisemblable compte tenu des erreurs estimées sur chaque pseudo-distance.
Système d'augmentation
[modifier | modifier le code]Pour améliorer la précision de la position calculée et garantir des performances minimales associées à un certain facteur de risque (notion d’intégrité), le récepteur peut utiliser des signaux radio supplémentaires émis par des systèmes dits d'augmentation. Ces signaux sont émis par des satellites (généralement en orbite géostationnaire) ou des balises terrestres fixes (pour l'Europe : EGNOS, pour les USA : WAAS). Le programme européen Celeste (2026) utilise des satellites en orbite basse pour compléter et améliorer la précision de Galileo.
Interface avec des applications
[modifier | modifier le code]Le récepteur GNSS strictement dit, dont la seule fonction est de calculer la position et la vitesse, est souvent couplé à d'autres composants (calculateur, écran…) qui fournissent à l'utilisateur des fonctions de navigation, par exemple la détermination de la route à suivre pour rejoindre un point de coordonnées connues ou le calcul du trajet routier optimal pour se rendre d'un point A à un point B, avec la fourniture des indications nécessaires au conducteur à chaque endroit stratégique. Le récepteur peut également (principalement en navigation aérienne) être interfacé à d'autres moyens de navigation : centrale inertielle, autres senseurs de bord (compas, tachymètre, autres systèmes de radionavigation…) pour augmenter ses performances et la disponibilité de la position finale.
Dans le cas du suivi de flotte, le récepteur peut aussi être couplé à un moyen de télécommunication : téléphone cellulaire ou satellitaire, liaison UHF ou VHF, qui retransmet automatiquement la position du mobile à un central. Ce central peut alors contrôler, gérer ou surveiller le déplacement des mobiles.
Enfin, dans le contexte de l'Internet mobile, c'est-à-dire de la géolocalisation sur smartphones, les applications faisant usage du positionnement satellitaire sont absolument innombrables et se caractérisent toutes par le couplage du positionnement avec la communication cellulaire, c'est-à-dire généralement par une remontée des positions aux serveurs des applications.
Historique
[modifier | modifier le code]Les systèmes de radionavigation terrestres
[modifier | modifier le code]Les systèmes satellitaires ont été précédés par les systèmes terrestres de radionavigation, comme le DECCA, le LORAN (LOng RAnge Navigation) et l’Oméga, qui utilisaient des émetteurs terrestres et non des satellites. Certains de ces systèmes sont encore opérationnels, particulièrement en aéronautique, en raison de leur fiabilité et de leur précision locale, comme le VOR (VHF Omnidirectional Range), le DME, le TACAN (TACtical Air Navigation), l’ILS ou l’ADF. Tous ces systèmes reposent sur un réseau de stations terrestres qui émettent un signal radio. En analysant le signal de plusieurs stations émettrices, le système de radionavigation détermine la position. Ces systèmes présentent les inconvénients suivants :
- une couverture très partielle. Chaque station a une portée limitée du fait de la rotondité de la Terre et de l’affaiblissement du signal. Il faut disposer d'un réseau dense de stations. Pour des raisons financières et techniques (océans) la couverture se limite aux régions continentales ou proches des côtes où le nombre d'utilisateurs est suffisamment important ;
- une précision réduite lorsqu'on s'éloigne des stations ou lorsque les conditions de propagation des ondes sont mauvaises.
Les systèmes de navigation par satellites utilisant l'effet Doppler
[modifier | modifier le code]Le système américain TRANSIT
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Le début de l'ère spatiale modifie la donne. Les États-Unis développent Transit, le premier système de positionnement par satellites. Celui-ci est développé pour la marine de guerre des États-Unis par le laboratoire Applied Physics Laboratory de l'université Johns-Hopkins en 1958. Il devient opérationnel en 1964. Le système Transit repose sur l'exploitation de l’effet Doppler de signaux radio émis par des satellites de petite taille (une cinquantaine de kilogrammes) circulant sur une orbite polaire et stabilisés par gradient de gravité. La constellation de satellites Transit compte quatre satellites dans sa configuration opérationnelle. Une fois un des satellites en vue, soit en général après une attente de l'ordre de l'heure, le récepteur Transit parvenait à calculer dans un délai d'une quinzaine de minutes la position avec une précision d'environ 200 mètres. Le système est développé initialement pour obtenir une frappe précise des missiles Polaris embarqués à bord des sous-marins nucléaires lanceurs d'engins américains. Dès 1967 son utilisation se généralise à bord des navires civils américains comme étrangers et une centaine de milliers de récepteurs Transit étaient en fonctionnement au début des années 1990[4].
Les systèmes soviétiques Tsiklon et Parous
[modifier | modifier le code]Pour répondre aux besoins militaires l'Union soviétique développe à la même époque que les Transit un système baptisé Tsiklon reposant également sur l'analyse de l'effet Doppler affectant le signal radio transmis par une constellation de plusieurs satellites circulant sur une orbite basse. Le système est déclaré opérationnel en 1982 mais il est rapidement remplacé par le système Parous (Tsiklon-B), qui repose sur le même principe technique et permet d'obtenir une meilleure précision (environ 100 mètres)[5],[6].
Le GPS : premier système de navigation moderne
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L'orbite de la Lune est environ 9 fois plus grande que l'orbite géostationnaire.[Note 5] Dans le fichier SVG, placez la souris sur une orbite ou son étiquette pour la mettre en évidence ; cliquez pour ouvrir l'article correspondant.
Au début des années 1970, les États-Unis décident de concevoir un système plus précis pour répondre à leurs besoins militaires. Les concepts du système GPS sont définis entre 1973 et 1978. Une première phase pré-opérationnelle est atteinte après les lancements de onze satellites dits du bloc I d'une durée de vie de 4,5 ans qui s'échelonnent entre 1978 et 1985. En 1983, le gouvernement américain décide que le système GPS sera ouvert aux civils dès qu'il deviendra opérationnel. Entre 1989 et 1997, 28 autres satellites aux durées de vie allongées en version II (7,5 ans) et IIr (10 ans) sont lancés. Le système est déclaré opérationnel en . Le signal est alors volontairement dégradé pour l'usage civil (précision de l'ordre de 100 mètres au lieu de 10 mètres) mais en 2000 le gouvernement américain décide de mettre fin à cette dégradation. Cela permit la navigation routière.
Développement des autres systèmes GNSS
[modifier | modifier le code]Le système soviétique/russe Glonass
[modifier | modifier le code]L'Union soviétique lance au début des années 1980 le développement d'un système analogue au GPS qui est baptisé GLONASS (globalnaïa navigatsionnaïa spoutnikovaïa sistéma, soit « système global de navigation satellitaire »). La mise au point et la maintenance du système est ralenti par la crise économique que traverse la Russie à compter du début des années 1990 : le système devient opérationnel en 1996 mais deux ans plus tard la Russie ne parvient plus à maintenir un nombre de satellites en orbite suffisant. Grâce à la reprise économique du début des années 2000 et à la priorité accordée par le pouvoir à la restauration de ce service, la fréquence de lancement des satellites est accélérée et le système redevient pleinement opérationnel en 2011[7]. L'iPhone 4S et le Samsung Wave III deviennent en 2011, les premiers smartphones grand public (en dehors du marché russe) à recevoir nativement les signaux GLONASS et à les utiliser pour évaluer le positionnement[8],[9].
Le système européen Galileo
[modifier | modifier le code]Le projet Galileo, après une phase de définition technique débutée en 1999, est lancé le avec la signature d'un accord entre l'Union européenne et l'Agence spatiale européenne chargée du segment spatial. Une des motivations principales du projet est de mettre fin à la dépendance de l'Europe vis-à-vis du système américain, le GPS. Contrairement à celui-ci, Galileo est uniquement civil. Le projet parvient à surmonter l'opposition de certains membres de l'UE et d'une partie des décideurs américains ainsi que les difficultés de financement (le coût final est évalué à cinq milliards d'euros). Les tests de Galileo débutent fin 2005 grâce aux lancements des satellites précurseurs GIOVE-A et GIOVE-B en et . Les premiers satellites en configuration opérationnelle (FOC) sont lancés en . Au , 26 satellites ont été lancés, dont 22 sont opérationnels[10]. Les premiers services de Galileo sont opérationnels depuis le [11],[12].
Le système chinois Beidou
[modifier | modifier le code]Le développement du système de positionnement par satellites chinois Beidou remonte au milieu des années 1980. Une première version du système, baptisée Beidou-1, comportant trois satellites, deux opérationnels plus un en secours, est déployée en 2000 et est déclarée opérationnelle en 2003. Ce système régional permettait de déterminer sa position uniquement en Chine et dans les régions avoisinantes avec une précision d'environ 100 mètres ou 20 mètres avec un système de transmissions bidirectionnelles. Un quatrième satellite de secours sera lancé en 2007. La deuxième génération du système, Beidou-2, débute en 2007, avec l'objectif de fournir une couverture mondiale avec une précision de 10 mètres dans sa version civile. Celle-ci est assurée par trois types de satellites : 5 satellites en orbite géostationnaire, trois en orbite géosynchrone inclinée (55°) et 27 en orbite moyenne. Beidou-2 est déclaré opérationnel fin 2012 avec une couverture comprenant la Chine et les pays alentour. Le vingtième et dernier élément Beidou-2 a été mis en orbite en 2019[13]. Les performances à terme de Beidou-2 sont alors comparables aux trois autres systèmes mondiaux opérationnels (GPS, GLONASS et Galileo). La génération Beidou-3, dont le déploiement débute en , est finalisée avec la mise en orbite du dernier satellite mis en orbite le [14]. La constellation comporte désormais trente-cinq satellites, dont trente opérationnels : 3 satellites en orbite géostationnaire, 3 en orbite géosynchrone inclinée à 55°, et 24 en orbite moyenne[15].
Fonctionnement technique détaillé
[modifier | modifier le code]Signal radio et mesure de la distance
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Le satellite de navigation émet un signal radio qui est exploité par le récepteur pour calculer sa position. Ce signal est émis dans une plage de fréquences radio réservée auprès des autorités mondiales de régulation des télécommunications. Le signal radio se situe en UHF dans la bande L autour de 1,5 gigaHertz plus élevée que les fréquences utilisées pour la diffusion de la radio et de la télévision mais moins élevée que celles utilisées par les radars. Chaque satellite émet dans trois fréquences qui sont propres à chaque système de navigation par satellites. Par exemple les satellites Galileo émettent les signaux radio L1 (dans la fréquence 1 575,42 MHz), E6 (1 278,75 MHz) et E5 (1 191,795 MHz).
Modulation des signaux
[modifier | modifier le code]Pour transmettre les informations permettant au récepteur de calculer la position du satellite et sa propre position, l'émetteur radio module la phase de l'onde porteuse du signal radio. Le message d'origine qui est stocké sous forme binaire (suite de 0 et de 1) est transmis sous la forme de saut de phase. Le récepteur détecte ces sauts et reconstitue l'information sous forme binaire.
Codage des signaux (cas des systèmes GPS et Galileo)
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Le récepteur doit pouvoir identifier que les signaux radio reçus dans la fréquence sont en provenance des satellites de navigation et il doit pouvoir identifier chaque satellite. A cet effet les systèmes GPS et Galileo utilisent la technique du CDMA (Code Division Multiple Access en français accès multiple par division de code) : chaque satellite est caractérisé par un code (une suite de 0 et de 1) que les récepteurs savent identifier. Le code présente également l'avantage de permettre de développer des applications militaires (signal plus précis comme le PPS du système GPS) dont l'accès est restreint car le code n'est connu que par des récepteurs spécialisés (militaires). Les satellites du système GPS émettent deux types de code : le code dit C/A (Clear Acess) identifiable par tous les récepteurs est émis à la fréquence de 1 milliseconde (=il est répété 1000 fois par seconde) et le code dit P (Precision) réservé aux forces armées des Etats-Unis. De leur côté les satellites du système Galileo émettent trois types de code : un code en accès libre analogue au C/A américain, le code PRS (Public Regulated Service) réservé aux applications gouvernementales et militaires et le code CS (Commercial Service) réservé aux applications commerciales à accès payant[16].
Les signaux radio émis par les satellites de navigation des systèmes GPS et Galileo transmettent différents types de message : almanach (position approximative des satellites de la constellation utilisée pour un premier traitement des signaux reçus), éphémérides (position précise du satellite), correction d'horloge (retard ou avance de l'horloge du satellite par rapport au temps système) et paramètres de correction ionosphérique. Ces données sont transmises avec un débit très faible (50 bits par seconde pour le signal C/A du GPS et 125 bits par seconde pour Galileo) ce qui génère un délai de 12 minutes pour la réception de toutes ces informations par les satellites GPS et cinq minutes par les systèmes Galileo. Les messages sont numérisés (transformés en séquence de 0 et de 1) puis transmis en superposant les séquences binaires du code et celle du message. Par exemple pour le signal C/A des satellites GPS, un bit du message est transmis dans une itération sur 20 du code en inversant les 0 et les 1 si le message comporte un 1 et en ne modifiant pas le code si le message comporte un 0[17].
Les systèmes actuels sont plus directs pour l’utilisateur : le satellite transmet un signal contenant sa position et l’instant exact d’émission. Ce message est superposé au code qui contient la référence temporelle. La synchronisation des signaux est obtenue par des horloges atomiques à bord de chaque satellite.
Le récepteur compare l’instant d’arrivée vis-à-vis de son horloge propre, avec l’instant d’émission indiqué et mesure ainsi la distance du satellite. Ces mesures sont répétées sur tous les satellites visibles et permettent de calculer une position en continu.
Chaque mesure de distance, quel que soit le système utilisé (constellation basse ou géostationnaire ou balise locale) place le récepteur sur une sphère centrée sur l’émetteur. En utilisant au moins trois émetteurs, ces sphères ont un seul point d’intersection. Ce principe simple se complique cependant :
- l’horloge locale du récepteur est rarement de précision atomique, seules les différences de temps sont donc précises, ce qui demande quatre balises ou satellites pour faire un point au lieu de trois (si on connaît l’altitude, trois balises suffisent) ;
- les récepteurs sont mobiles, et les mesures sont donc effectuées en des points différents ;
- les ondes radio ont une vitesse légèrement variable selon les couches ionosphériques traversées.
Le récepteur intègre donc ces diverses erreurs, utilisant des corrections et des mesures de divers satellites ou balises, puis des techniques d’intégration et de filtrage comme les filtres de Kalman, pour obtenir le point le plus probable et sa précision estimée, sa vitesse ainsi que le temps universel.
Récepteurs
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Le récepteur utilisé pour obtenir sa position à l'aide des systèmes de positionnement par satellites remplit quatre fonctions principales[18] :
- Réception des signaux
- Traitement des signaux
- Oscillateur local
- Calcul de la position.
Réception des signaux
[modifier | modifier le code]Le signal radio est reçu par un ensemble qui comprend une antenne, un préamplificateur et un convertisseur. Généralement les antennes doivent pouvoir capter les signaux venant de n'importe quelle direction (antenne omnidirectionnelle) car la plupart des récepteurs sont mobiles. Le signal reçu est très faible (pas plus puissant que le bruit électromagnétique environnant) et il faut l'amplifier pour pouvoir le traiter (fonction de pré amplification). Un convertisseur diminue la fréquence (plus d'un milliard d'oscillations par seconde) pour permettre le traitement du signal[18].
Traitement des signaux
[modifier | modifier le code]Le récepteur doit traiter en parallèle les signaux de plusieurs satellites. Chaque signal est traité par un canal distinct. Les récepteurs commercialisés en 2022 peuvent avoir plusieurs centaines de canaux[19].
Oscillateur local
[modifier | modifier le code]Calcul de la position
[modifier | modifier le code]Les différents systèmes de navigation par satellites
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Cahier des charges
[modifier | modifier le code]Les systèmes sont caractérisés par leurs performances pour les applications souhaitées, principalement :
Précision
[modifier | modifier le code]La précision de la localisation dépend du nombre de satellites reçus et du temps d’intégration, ainsi que de la géométrie des mesures. Les récepteurs les plus simples permettent de localiser en quelques secondes un mobile avec une précision meilleure que 100 mètres. Les récepteurs sophistiqués tels que ceux embarqués sur les avions civils et militaires permettent une précision inférieure au décamètre, voire au mètre. Un récepteur fixe au sol permet, après une intégration sur une période de plusieurs minutes, de connaître la position d’un point avec une précision centimétrique.
La position est calculée par rapport au système géodésique World Geodetic System en 1984 WGS 84), mais les références cartographiques sont souvent basées sur des systèmes géodésiques plus anciens (WGS 72 ou antérieurs). L'écart entre ces systèmes cartographiques locaux et le système de référence (jusqu'à 500 m dans certaines îles océaniques) peut entraîner une erreur de positionnement supérieure à l'imprécision du système. Ces corrections doivent donc être introduites.
Intégrité
[modifier | modifier le code]L'intégrité est le terme officiel de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI) pour désigner la fiabilité du point fourni : une position utilisée en navigation au large, par exemple, peut être occasionnellement erronée (faible intégrité) sans conséquences graves, si le mobile possède des instruments autonomes, alors qu'une position utilisée pour un atterrissage sans visibilité doit au contraire avoir une intégrité absolue.
Couverture et disponibilité
[modifier | modifier le code]Un système de positionnement par satellites peut avoir une couverture globale ou régionale, il peut être indisponible pendant des périodes plus ou moins longues, avoir des manques de satellites (par exemple GLONASS durant les années 2000). Le but des systèmes combinés comme les GNSS-1 et GNSS-2 est de pallier les défauts de chaque système individuel grâce à des combinaisons et compléments dits d'« augmentation ».
Principales spécificités des systèmes de navigation satellitaires existants ou en développement
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Les systèmes de positionnement satellitaires avec une couverture globale sont :