GPS: Global Positionning System
Les systèmes de navigation par satellite
TechTalk

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Comment fonctionne un système de navigation?

Un appareil GPS est un système complexe. Ce que tu vois n'est en fait que la partie visible de l'iceberg. Le GPS utilise le timecode émis par une trentaine de satellites qui tournent autour de la terre. En calculant le temps mis par le signal pour aller du satellite au récepteur, on peut calculer la distance entre le récepteur et le satellite. Le satellite connait lui sa position exacte et dispose d'une horloge très précise.

Pour permettre de couvrir toute la terre, les satellites ne sont pas en orbite géostationnaire, mais circulent à une hauteur plus basse. Ils ne sont donc pas fixes mais se déplacent continuellement par rapport à la terre.

Comment se fait la détermination de sa position propre à partir de la position des satellites?
  1. C'est comme si tu demandais la route à un passant et qu'il te répondait: tu es à 30km d'Ostende.
    Cela ne te sert pas à grand chose, tous les points sur un cercle répondent à la définition.
  2. Un second passant te dis que tu es à 10km de Bruges.
    A ce moment, tu ne peux être qu'à deux endroits, notament là où les deux cercles se croisent.
  3. Pour être sûr, il faut encore demander le chemin à une troisième personne.
    Ce système est suffisant en mer. A terre, il faut encore ajouter un quatrième signal, pour éliminer la composante verticale.

Detection d'un signal invisible

Le signal qui est reçu est extrèmement faible. Pour décoder le signal d'un satellite pour la télévision, il faut une parabole de près d'un mètre, tandis qu'ici le récepteur fait moins d'un centimètre. Le signal est si faible, qu'il n'apparait pas dans le bruit de fond ambiant. Sur un écran de télévision ou un oscilloscope, tu ne verrais que de la neige ou du bruit.

On utilise des méthodes mathématiques pour calculer à l'avance le signal qu'on espère recevoir (le signal émis par le satellite se compose d'un code qui est continuellement répété). Le détecteur fonctionne un peu comme le décodage de la machine Enigma lors de la seconde guerre mondiale: on sait environ ce qu'on est en droit d'attendre (mouvement des navires et des troupes,...). A partir de cette information, on est en mesure de décoder le restant du message codé, puisqu'on en connait déjà une partie.

La phase de synchronisation ou d'acquisition peut demander plusieurs minutes (le temps pour que le récepteur trouve le début de la séquence), mais une fois le synchronisme établi, le récepteur ne pert plus le nord (si on peut dire...). Pour faciliter la synchronisation, on recommande de rester sur place jusqu'à l'acquisition des coördonnées.



Le système GPS a également une erreur de positionnement d'environ 30 mètres (dans des conditions de réception idéales). En additionnant le signal (imprécis) de plusieurs satellites, on obtient une mesure bien plus précise. C'est une des lois de la statistique: plus le nombre d'échantillons est grand, et plus la moyenne est précise. En physique, on t'apprend à peser précisément un objet en utilisant une balance imprécise (si t'as été à l'école, bien sûr).

Les systèmes de navigation modernes peuvent également décoder les signaux des satellites russes (et même européens, si jamais les européens arrivent à lancer tous leurs satellites).

Différences dans les récepteurs GPS

Les récepteurs GPS diffèrent dans la manière comment ils traitent l'information. Certains ont des cartes plus détaillées, d'autres ont un processeur plus rapide qui permet d'anticiper le mouvement de la voiture, de recalculer plus rapidement une route alternative ou de t'avertir que tu as pris la mauvaise route. Le détecteur lui-même est en effet le même dans tous les récepteurs.

Mais ce qui fait maintenant la différence des nouveaux navigateurs, c'est la présence d'un détecteur TMC.

Récepteur GPS avec Traffic Message Channel

Le sugnal TMC est un signal standardisé transmis via le RDS (tous les émetteurs radio sur la bande FM peuvent envoyer un signal RDS). Le système RDS est employé depuis des dixaines d'années pour montrer le nom de l'émetteur, pour passer à un émetteur plus puissant de la même chaine ou pour passer momentanément à un autre émetteur qui transmet des informations routières.

Le navigateur équipé d'un récepteur RDS a besoin d'un cable d'alimentation spécial qui sert d'antenne radio.

Le code RDS est transmis en plus des programmes. Seuls les récepteurs adaptés peuvent décoder l'information RDS. Le débit autorisé est très limité, ce qui fait qu'on ne peut transmettre qu'un nombre limité de codes. On dispose de 2048 codes événementiels (route bloquée par un accident, ralentissement léger, déviation, etc). Tous les codes ne sont pas utilisés.

On dispose également d'environ 60.000 endroits. Ce sont par exemple des tronçons d'autoroute ( + direction) entre deux sorties, d'une route nationale entre deux carrefours, etc. La précision de la position est limitée en comparaison des données GPS, mais grâce à la carte, il est possible de voir si la route à suivre est dégagée ou non, et de calculer une route alternative.

Les évènements sont standardisés à l'échelle internationale, mais les endroits sont définis par pays. La chaine publique nationale émet le code RDS sur un de ses programmes nationaux. On peut donc définir environ 60.000 endroits par pays. Une carte spéciale transforme le numéro de position en un endroit sur la carte.

Il est également possible de travailler avec des cartes alternatives, qui doivent être achetées séparément. Le code TMC est alors émis par des émetteurs commerciaux qui ont un accord avec les fournisseurs de la carte. Ces cartes sont limitées à une région très peuplée (par exemple la capitale), là où l'information nationale est trop grossière. Le décodeur GPS+RDS est en mesure de décoder tous les signaux, mais il ne peut utiliser l'information ainsi récoltée que s'il dispose de la carte correcte.

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