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Le GPS

Autrefois, les étoiles permettaient aux navigateurs de se positionner. Aujourd’hui, les satellites GPS ont remplacé les étoiles et contrairement à ces dernières les satellites sont accessibles 24 heures par jour malgré les nuages.

L’arrivée du système de positionnement GPS (Global Positioning System) a révolutionné les façons de faire dans le domaine du positionnement et de la navigation. Mis en place, contrôlé et exploité par le ministère de la Défense des États-Unis (United States Department of Defense, DoD), le système GPS est basé sur une constellation de satellites permettant de déterminer une position en tout temps et en tous lieux sur la Terre. Cette constellation est constituée d’au moins 24 satellites qui évoluent à une altitude d’environ 20 200 km.

La constellation GPS
Un satellite GPS
La constellation GPS
Un satellite GPS

 

Chaque satellite émet sur deux ondes porteuses différents messages codés contenant de l’information civile et militaire, dont sa position dans le système de référence terrestre WGS84. L’information civile est diffusée sur une seule onde porteuse.

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Le principe pour obtenir une position est fort simple. À l’aide du message codé émis par un satellite, un récepteur GPS détermine le temps qu’a pris le signal à parcourir la distance le séparant de ce satellite, soit environ 0,07 seconde. En multipliant par la vitesse de la lumière (300 000 km/s) le temps obtenu, le récepteur peut déterminer cette distance. Ainsi, des mesures sur quatre satellites permettent de déterminer la position du récepteur. L’exactitude de cette position varie de la dizaine de mètres au centimètre et mieux selon le type de récepteur utilisé.

Au moment du calcul de sa position, le récepteur GPS synchronise son horloge avec les horloges atomiques des satellites GPS. Une fois synchronisé, le récepteur affiche l’heure avec une très grande précision et devient à son tour un référentiel de temps très précis.

Récepteur grand public

La grande majorité des utilisateurs de récepteurs GPS a un besoin de positionnement de l’ordre de la dizaine de mètres. C’est l’exactitude obtenue avec un seul récepteur lisant le message codé provenant d’un minimum de quatre satellites.

(Source : Garmin)
(Source : Garmin)

Récepteur pour le positionnement différentiel

Un autre niveau d’exactitude est celui compris entre 0,5 et 5 mètres. Pour l’obtenir, il faut lire le message codé avec deux récepteurs GPS simultanément. C’est ce qu’on appelle le positionnement différentiel.

(Source : Magellan)
(Source : Magellan)

Récepteur pour le positionnement par onde porteuse

Le positionnement par onde porteuse est celui qui offre la plus grande exactitude, soit de 30 cm à mieux qu’un centimètre. Au lieu de lire le message codé avec deux récepteurs, ces derniers mesurent l’onde qui porte le message codé. En général, ce sont des récepteurs spécialisés. Par contre, cette méthode est très sensible aux obstructions qui peuvent couper le signal.

(Source : Trimble)
(Source : Trimble)

Le positionnement différentiel et le positionnement par onde porteuse exigent le traitement des données recueillies par les deux récepteurs. Ce traitement peut se faire dans un logiciel spécialisé une fois toutes les données recueillies, communément appelé post-traitement, ou en temps réel s’il existe un lien de communication entre les deux récepteurs. Ce lien sert à transmettre les données d’un récepteur (appelé la base) vers l’autre. Le récepteur qui reçoit les données (appelé le mobile) possède un logiciel permettant de traiter les données reçues avec les siennes. L’exactitude de la position peut varier du centimètre à environ deux mètres selon :

  • la distance séparant les deux récepteurs;
  • le temps de captage des données;
  • le type de récepteur utilisé sur le terrain;
  • le mode de traitement des données.

Le ministère des Ressources naturelles a mis en place des stations de référence GPS permanentes dans tout le Québec pour servir de base dans des applications nécessitant un positionnement différentiel ou un positionnement par onde porteuse. Ces stations permettent le positionnement par post-traitement et la majorité d’entre elles offre le positionnement centimétrique en temps réel par téléphonie cellulaire.

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