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14. Fonctionnement du réseau GPS
Le GPS est un système de navigation radio mondial constitué par une constellation
de 24 satellites (21 opérationnels et 3 de réserve) et par les stations terrestres qui
leur sont connectées. Le GPS utilise ces satellites, plus exactement appelés NAV-
STAR (Navigation Satellite Timing and Ranging), pour calculer les positions terre-
stres. La base du fonctionnement du GPS est d'utiliser la triangulation des satelli-
tes. Pour effectuer la triangulation, un récepteur GPS mesure la distance sur la base
du temps employé par les signaux radio à rejoindre sa propre antenne. Dans tous
les cas, pour effectuer ce calcule, le GPS a besoin d'une référence temporelle très
précise, en outre il doit connaître exactement la position des satellites dans l'espa-
ce. Pour remédier à ce problème, chacun des 24 satellites est inséré dans une orbi-
te suffisamment haute (12.000 milles) pour éviter les interférences de la part des
autres objets (soit crées par l'homme soit naturels) et pour assurer que toutes les
couvertures peuvent être surmontées à la terre avec celles des autres; de cette
façon le récepteur GPS peut toujours recevoir au moins quatre satellites dans tous
les moments. En plus, il y est inséré une compensation pour tous les retards que le
signal subi quand il parcourt l'atmosphère en direction du récepteur.
Le réseau GPS à l'origine à été conçu par le département de la défense américaine
(DOD) comme support à la navigation.
14.1 Comment travaille le système
Les satellites travaillent à environ 22.000 Km au-dessus de la surface de la terre, ils
sont placés en positions stratégiques et ils gravitent autour de la terre à une vites-
se d'environ 31.000 km/heure, ainsi ils complètent une orbite terrestre tous les 12
heures. Chacun d'eux est alimenté par l'énergie solaire. Si elle n'était pas efficace,
ils sont équipés de batteries de maintien pour garantir l'intégrité opérationnelle du
GPS et avec des petites fusées auxiliaires pour les maintenir en orbite dans l'exac-
te trajectoire.
14.2 Fréquence des satellites et signaux de contrôle
Chaque satellite transmet un signal radio à puissance faible dans la gamme de fré-
quence UHF; les fréquences utilisées sont désignées comme L1, L2, etc. Les récep-
teurs GPS, ainsi que l'appareil GPS, écoutent sur la fréquence L1 à 1575,42 MHz.
Ce signal est en portée optique, il recevra le récepteur sur terre à moins qu'il soit
entravé par des objets solides, comme par exemple bâtiments ou montagnes.
Le signal L1 est accompagné par une couple de signaux pseudo casuels (référés à
un code pseudo casuel) qui est unique pour chacun des satellites. Ces codes sont
identifiés par le récepteur du GPS et permettent le calcul du temps employé par le
signal du satellite pour rejoindre la terre. Si ce temps est multiplié par la vitesse de
la lumière, le résultat est la distance du récepteur par le satellite. Les renseigne-
ments de navigation fournis par chacun des satellites sont les données orbitales et
de l'horloge, avec l'information sur le retard basé sur un modèle ionosphérique. La
synchronisation du temps est fournie par les horloges atomiques très précises.
14.3 Contrôle sur terre
Il y a cinq stations de contrôle sur terre - Hawaii, Ile de l'Ascension, Diego Garcia,
Kwajalein et Colorado Springs – qui contrôlent les satellites vérifiant leur disposition
opérationnelle et l'exacte position dans l'espace. Quatre de ces stations n'ont pas
besoin de personnel (automatiques), et la cinquième - Colorado Springs – est la sta-
tion Master. Les quatre stations sans personnel reçoivent constamment des don-
nées et les envoient à la station Master. La station Master après avoir fourni les cor-
rections pour les éphémérides du satellite et le déplacement de l'horloge et, en con-
jonction avec deux autres stations, transmet ces renseignements aux satellites.
14.4 Le récepteur GPS
Le récepteur GPS utilise les signaux des satellites NAVSTAR comme moyen pour
déterminer la position exacte sur la terre. Mathématiquement, vous avez besoin de
quatre signaux pour obtenir ces coordonnées. Bien que trois signaux soient suffi-
sants, pour des raisons techniques il est nécessaire une comparaison additionnel-
le. C'est pourquoi votre position est déterminée en tenant compte du temps néces-
saire au signal envoyé par le satellite pour atteindre votre récepteur. Etant donné
que la temporisation est essentielle, le signal du satellite est presque parfait car il
dispose d'une horloge atomique à bord. Mais pour ce qui concerne la temporisation
du récepteur de notre GPS? Notre récepteur n'a bien sûr aucune horloge atomique
incorporée, mais s'il l'avait, son coût serait trop élevé – personne ne pourrait l'a-
cheter. Pour résoudre ce problème, notre récepteur doit recevoir des mesures par
un satellite additionnel. Voilà pourquoi les signaux des quatre satellites sont vrai-
ment nécessaires pour garantir notre position exacte. Etant donné que cette qua-
trième mesure effectuée comme un contrôle croisé, ne se croise pas avec les trois
premières, le computer de notre récepteur relève qu'en réalité il y a une discordan-
Manuel d'utilisation
Fonctionnement du réseau GPS
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