Si la boussole a été pendant longtemps le moyen de repère des voyageurs, les recherches ont permis le développement d’une tout autre technologie appelée GPS. Acronyme de Global Position System, le GPS vous permet d’indiquer où vous êtes exactement. Elle est souvent associée à un produit afin d’être utilisée par exemple pour la navigation routière.
Le fonctionnement du GPS se repose en général sur un réseau de satellites qui émet des signaux aux récepteurs permettant de nous localiser. Ainsi, ces derniers vont pouvoir calculer les coordonnées terrestres (latitude, longitude et altitude) en temps réel. Si l’usage des satellites GPS est disponible gratuitement et sans interruption à tous, les fabricants dans l’électronique proposent différents terminaux de GPS, et chaque marque propose son propre système de navigation. Bien choisir un GPS est important, mais il est toujours intéressant de découvrir son fonctionnement.
Pour que le système de navigation GPS fonctionne, celui-ci se compose de 3 segments. Le premier segment regroupe les satellites voyageant en orbite, c’est le segment spatial. S’ils sont au nombre de 31, l’État américain (géniteur du GPS) souhaite maintenir la disponibilité d’au moins 24 satellites GPS. 4 autres satellites viennent au secours de ceux qui tombent en panne.
En orbite, les satellites gravitent autour de la Terre deux fois par jour et se trouvent à une altitude d’environ 20 200 km. Évidemment, pour qu’ils puissent couvrir l’ensemble du globe, ils sont disposés en 6 plans orbitaux ayant une inclinaison d’environ 55° sur l’équateur. La durée de vie d’un satellite est estimée à 10 ans.
Les deux autres segments du système GPS comprennent le segment de contrôle et le segment utilisateur. Le segment de contrôle est représenté par 5 stations terrestres, dont leur rôle est de corriger les signaux émis par les satellites et de s’assurer qu’ils fonctionnent de façon opérationnelle. Quant au segment utilisateur, il comprend tous les récepteurs GPS, qu’ils soient militaires ou civils. Une petite information s’impose ! En 2014, le nombre de récepteurs GPS était estimé à 3,6 milliards et ce sont les Smartphones dotés de GPS intégrés qui sont nombreux, avec 3,08 milliards à l’affiche.
Pour aller dans les détails du fonctionnement du GPS, sachez que le système de positionnement par satellite se déroule selon la trilatération. C’est un procédé mathématique qui consiste à déterminer la position d’un point grâce à la géométrie des triangles. C’est comme la méthode de la triangulation, sauf que dans le calcul, on n’utilise que le calcul de distances.
Alors, pour déterminer votre position, un premier satellite transmet un signal à votre récepteur GPS. Celui-ci reçoit l’heure et la distance de parcours du signal. La distance est diffusée dans toutes les directions, jusqu’à atteindre votre récepteur. Elle s’apparente alors à un cercle, dont le point central correspond évidemment au satellite émetteur. Cela signifie que vous vous trouvez quelque part à l’intérieur du rayon.
Pour trouver des coordonnées GPS encore trop encore vagues, il faut l’intervention d’un second satellite, non loin du premier. Le processus est le même, et on se retrouve ainsi avec un second cercle définissant la distance du second signal. Les cercles se superposent pour donner deux points d’intersection.
Afin de savoir lequel de ces deux points correspond à votre position exacte, il faut le renfort d’un troisième satellite. Celui-ci émet un signal jusqu’à ce votre récepteur GPS le reçoit. Formant à son tour un cercle, la distance de parcours du signal rejoint celles des deux autres satellites. Au final, on a trois distances, dont leur intersection correspond à la localisation de votre récepteur.
À noter que lorsque vous vous déplacez avec votre GPS, les distances des signaux changent également. Et sachez enfin qu’un GPS met entre 30 s et 2 mn à trouver des satellites disponibles.
Afin d’affiner la position de votre récepteur GPS, le système différentiel intervient. Il s’agit de solliciter une station terrestre qui capte le signal GPS et qui effectue ensuite le calcul exact de votre position. La station va renvoyer les données corrigées vers un satellite géostationnaire (autre que les 3 satellites émetteurs), en moins de 5 secondes. Ce dernier va alerter les utilisateurs en vue d’améliorer la fiabilité des données.
Stratégiquement positionnés à travers le globe, 3 systèmes différentiels peuvent agir. On a ainsi :
Sur les nouveaux boîtiers GPS, il existe une option pour activer ou non le système différentiel.
Voilà grosso modo comment fonctionne un GPS, vous pouvez tout à fait profiter de cette technologie pour vous repérer. D’ailleurs, il peut s’associer à des logiciels de cartographie pour que vous puissiez calculer votre itinéraire en voiture.
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