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Comme nous vous l'avons dit dans un précédent article, la raison
d'être de Galileo
est de s'affranchir de l'utilisation civile du GPS américain, un
des systèmes spatiaux les plus populaires auprès du grand public.
Ses applications civiles sont nombreuses allant de la localisation
en temps réel des marchandises précieuses, la navigation des véhicules
en mer, sur terre et dans les airs, sans oublier les sports de plein-air.
A bord d'un véhicule, le GPS fournit des indications précieuses
pour guider l'automobiliste, lui signaler sa position et sa vitesse
et le prévenir à l'approche des zones accidentogènes ou des radars.
Pourtant le GPS a été, dès sa conception en 1973, une application
militaire destinée à fournir à un utilisateur des forces armées
américaines, une information précise de position, de vitesse et
de temps, à tout instant et en tout point sur le globe.
Principe de fonctionnement
Le nom complet du système est NAVSTAR GPS. Son principe de fonctionnement
est simple à comprendre, même si la mise en application conduit
à des calculs très compliqués pour minimiser les effets de toutes
les causes d'erreurs possibles.
Les satellites sont équipés d'horloges atomiques très précises synchronisées
depuis leurs centres de contrôle au sol. Chaque satellite émet simultanément
sur deux fréquences porteuses 1227,5MHz et 1575,42 MHz un message
de navigation contenant toutes les données nécessaires au récepteur,
lequel fait les calculs de navigation. Ces données comprennent,
outre les éphémérides du satellite, l'information de l'état de santé
de celui-ci, les informations nécessaires à l'acquisition du code
du message, les informations de précision du satellite ainsi qu'une
information concernant le retard de propagation du à la ionosphère.
Le récepteur, recevant simultanément les messages de plusieurs satellites
en vue, utilise les temps de propagation de ces messages pour évaluer
sa distance aux satellites et déterminer ainsi sa position par triangulation.
Cependant le signal reçu par le récepteur est affecté par le bruit
du canal de transmission, le décalage et les instabilités des horloges
d'émission et de réception ainsi que par l'effet Doppler.
Une fiabilité maximale
Les orbites des satellites ont été choisies de façon à ce que, depuis
chaque point du globe, un récepteur reçoive en permanence les messages
de plusieurs d'entre eux. Le système est conçu pour fonctionner
avec 24 satellites placés sur des orbites circulaires parcourues
en 12 heures, selon 6 plans (4 satellites par orbite) inclinés à
55 degrés mais actuellement 31 satellites opérationnels permettent
d'accroître la précision en fournissant des canaux redondants.
Pour que l'erreur soit la plus faible possible, il faut que les
4 satellites soient espacés le plus possible angulairement (s'ils
étaient alignés avec le mobile, le calcul serait impossible!) C'est
pourquoi on a séparé les satellites sur 6 plans différents en maintenant
un écart angulaire constant entre les satellites sur chaque orbite
On maintient ainsi une figure géométrique pratiquement constante
sur la constellation et tout mobile quelle que soit sa position
à la surface du globe est assuré de voir au moins 5 satellites simultanément.
Exigences militaires
Des exigences d'ordre militaire ont également été prises en compte
dans le choix de ces orbites. L'altitude des satellites, 20200 km
exigerait des ressources considérables de la part d'une puissance
hostile désirant détruire physiquement un satellite. De plus les
performances du système ne seraient que peu affectées par la perte
d'un ou deux satellites et leur espacement sur l'orbite a été optimisé
pour éviter une destruction multiple.
31 satellites actifs
Aujourd'hui, il n'y a plus de satellites de rechange en orbite,
ils sont tous actifs. Les 31 satellites opérationnels en lieu et
place des 24 strictement nécessaires augmentent la précision du
système. Depuis septembre 2007, ce nombre accru de satellites a
permis une nouvelle configuration de la constellation, les satellites
ne sont plus régulièrement espacés sur leur orbite, ce qui améliorerait,
d'après un la fiabilité et la disponibilité du système en
cas de panne multiple.
Calcsat V4
Le programme , développé par un astronome amateur (Bernard
Boulant), permet la visualisation des orbites des satellites GPS,
qui se répètent avec une période de 24 heures,
en temps réel ou en simulation, sur des vues cardinales,
célestes ou sphériques. Evidemment, la précision
de calcul ne rivalise pas avec celle du NORAD mais elle est correcte.
Notez que pour le bon fonctionnement du logiciel, il impératif
d'avoir une horloge PC ou une montre à l'heure, 99 % des
erreurs sont imputables à une horloge qui n'est pas à
l'heure !
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