Système de positionnement par satellites

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Un système de positionnement par satellites[Note 1] est un ensemble de composants reposant sur une constellation de satellites artificiels permettant de fournir à un utilisateur par l’intermédiaire d'un récepteur portable de petite taille sa position (longitude, latitude et altitude), sa vitesse et l'heure. Cette catégorie de système de géopositionnement se caractérise par sa très grande précision (de l'ordre de quelques mètres pour les systèmes opérationnels actuels), sa couverture mondiale et la compacité des terminaux. Pour répondre à des besoins spécifiques (trafic aérien,...), plusieurs pays ont développé des systèmes d'augmentation de portée régionale permettant de fiabiliser et d'améliorer encore la précision disponible comme le DGPS reposant sur des stations terrestres ou l'EGNOS utilisant les signaux de satellites en orbite géostationnaire.

Le premier système de positionnement par satellites est développé par les États-Unis d'abord avec TRANSIT à usage uniquement militaire entré en fonction en 1964 puis avec le Global Positioning System (GPS) devenu opérationnel en 1995 qui fixe les principes de fonctionnement repris par les systèmes de navigation par satellites développés par d'autres pays. Le système GPS repose sur une constellation d'une trentaine de satellites circulant sur une orbite moyenne (environ 20 000 km). Cette configuration permet à un utilisateur, situé sur n'importe quel point du globe, d'avoir toujours au minimum quatre satellites à portée. Le terminal de l'utilisateur calcule sa position en déterminant le temps mis par le signal émis par chacun des satellites dont il connait la position grâce à des paramètres d'orbite que celui-ci lui a transmis. La précision du résultat découle d'une datation extrêmement précise du signal obtenue par l'emport d'horloges atomiques à bord des satellites.

L'URSS à la suite des États-Unis développe son propre système baptisé GLONASS entré en fonction en 1996 et qui, après une période d'éclipse liée à l'éclatement de l'Union soviétique, est redevenu opérationnel en 2010. L’Union européenne avec le système Galileo et la Chine avec le système Beidou-2 (COMPASS) développent leur propre système qui devrait être complètement opérationnel en 2020. Le Japon (QZSS) et l’Inde avec l'IRNSS développent de leur côté un système assurant une couverture uniquement régionale dont la Chine dispose également avec Beidou-1.

L'utilisation de terminaux s'est généralisée avec des centaines de millions de GPS commercialisés chaque année pour répondre aux besoins des professionnels et du grand public. L'utilisation professionnelle inclue le domaine militaire, la navigation maritime, aérienne, et routière, la topographie et la synchronisation du temps. Tous les systèmes de navigation par satellite fournissent différents niveaux de service caractérisés par une fiabilité et/ou une précision plus ou moins importante. Tous fournissent un service de base accessible gratuitement qui est généralement le seul utilisé pour l'usage grand public. Les terminaux permettent souvent d'exploiter les signaux de plusieurs systèmes notamment GLONASS et GPS. Ces systèmes passifs peuvent être complétés par des émetteurs de radiolocalisation pour des applications de suivi logistique (APRS), de sauvetage (SAR), de surveillance de trafic maritime (AIS), d’étude océanographique, de biologie (radiotracking).

Constellation de satellites constituant un système de positionnement par satellites. (Ici celle du système GPS)

Principe de fonctionnement[modifier | modifier le code]

Un système de positionnement par satellites fournit sur un récepteur les coordonnées géographiques (longitude, latitude), la vitesse de déplacement et l'heure à son utilisateur. Cette information est obtenue en mesurant la distance à un instant donné entre le récepteur de l'utilisateur et un satellite artificiel dont la position dans l'espace est connue avec précision. En combinant la mesure simultanée de la distance d'au moins 4 satellites, le récepteur est capable par trilatération de fournir la position et l'altitude avec une précision de l'ordre d'une dizaine de mètres et la vitesse avec une précision de quelques cm/s. Le récepteur peut être au sol ou embarqué ou positionné dans un véhicule en déplacement : automobile, navire, avion.

Détermination de la trajectoire du satellite[modifier | modifier le code]

Pour mesurer la distance entre le récepteur et le satellite, la trajectoire précise de ce dernier doit être connue. Celle-ci reconstituée à partir de deux types de message envoyé par le satellite au récepteur :

  • Les données d'almanach sont transmises en permanence et fournissent la position approximative des satellites de navigation dans le ciel. Elles permettent au récepteur de repérer rapidement les satellites visibles depuis la position de son utilisateur.
  • Les données d'éphémérides fournissent des données de position beaucoup plus précises qui sont actualisées périodiquement (toutes les 4 à 6 heures pour le système GPS) afin de tenir compte des plus petits changements affectant l'orbite des satellites. Ce sont ces données qui sont utilisées pour le calcul de la position.

Détermination de l'heure[modifier | modifier le code]

Connaissant la trajectoire que suit le satellite, le récepteur, pour calculer la position, doit théoriquement utiliser la même heure que le satellite. En effet compte tenu de la vitesse à laquelle circule le signal (300 000 km/s), une désynchronisation de 10 millisecondes entre l'horloge du satellite et celle du récepteur engendre une erreur de calcul de la position de 3000 km. La précision et la stabilité de l'heure du satellite est garantie par l'emport de plusieurs horloges atomiques qui fournissent une heure qui ne dérive que de quelques nanosecondes par jour. Le récepteur, par contre, ne peut être équipé d'une horloge aussi précise pour des raisons de cout et d'encombrement. L'heure est fournie par un oscillateur à quartz dont la dérive journalière moyenne est de 10 millisecondes.

Calcul de la position[modifier | modifier le code]

Pour déterminer position, vitesse et temps le récepteur calcule la distance à laquelle se trouve le satellite à partir des données de l'éphéméride et en se basant sur son horloge interne. Mais ce calcul est entaché d'erreur (on parle de pseudo-distance) du fait de la désynchronisation des horloges mais également parce que différents phénomènes viennent perturber la propagation du signal :

  • Le signal est ralenti durant sa traversée de l'atmosphère (ionosphère et troposphère) de manière variable
  • Le signal peut être réfléchi par des objets au sol (bâtiments) avant d'atteindre le récepteur
  • Enfin en milieu urbain, en montagne ou dans une région boisée le signal peut être bloqué.

La méthode de trilatération permet théoriquement de calculer position, vitesse et temps en utilisant le signal de trois satellites : la distance à laquelle se situe un satellite positionne l'utilisateur à la surface d'une sphère dont le centre est le satellite. L'intersection de 3 sphères permet d'identifier un point unique dans l'espace. Un quatrième satellite est néanmoins requis pour permettre de déterminer le décalage des horloges et réduire les incertitudes liées aux autres sources de perturbation du signal.

Augmentation du signal[modifier | modifier le code]

Pour assurer des performances de précision et de sécurité garanties, des signaux supplémentaires sont émis par des satellites ou des balises de correction, appelés systèmes d'augmentation.

Interface avec des applications[modifier | modifier le code]

Le récepteur est souvent couplé à un calculateur qui détermine le cap à suivre pour rejoindre un point de coordonnées connues ou qui affiche une carte numérique sur un écran. Le récepteur peut également être interfacé à un ordinateur portable muni d'un logiciel cartographique, ou à une centrale de navigation intégrant également tous les autres senseurs de bord (compas, tachymètre, autres systèmes de radionavigation..).

Le récepteur peut aussi être couplé à un téléphone cellulaire ou satellitaire qui retransmet automatiquement la position du mobile à un central. Ce central peut alors contrôler, gérer ou surveiller le déplacement des mobiles.

Historique[modifier | modifier le code]

Les systèmes de radionavigation terrestres[modifier | modifier le code]

Article détaillé : radionavigation.

Les systèmes satellitaires ont été précédés par les systèmes terrestres de radionavigation, comme le DECCA, le LORAN et l’Oméga, qui utilisaient des émetteurs terrestres et non des satellites. Certains de ces systèmes sont encore opérationnels, particulièrement en aéronautique, en raison de leur fiabilité et de leur précision locale, comme le VOR (VHF Omnidirectional Range), le DME, le TACAN, l’ILS ou l’ADF. Tous ces systèmes reposent sur un réseau de stations terrestres qui émettent un signal radio. En analysant le signal de plusieurs stations émettrices, le système de radionavigation détermine la position. Ces systèmes présentent les inconvénients suivantes :

  • Une couverture très partielle. Chaque station a une portée limitée du fait de la rotondité de la Terre et de l'afaiblissement du signal. Il faut disposer d'un réseau dense de stations. Pour des raisons financières et techniques (océans) la couverture se limite aux régions continentales ou proches des cotes où le nombre d'utilisateurs et suffisamment important.
  • Une précision réduite lorsqu'on s'éloigne des stations ou lorsque les conditions de propagation des ondes sont mauvaises.

Le système “TRANSIT”[modifier | modifier le code]

Satellite Transit-O (Génération opérationnelle)

Le début de l'ère spatiale modifie la donne. Les Etats-Unis développent le premier système de positionnement par satellites TRANSIT qui devient opérationnel en 1964. Celui-ci utilise l’effet doppler et permet de localiser l'utilisateur avec une précision comprise entre 200 et 500 mètres. Mais le nombre de satellites limité à 6 ne permet pas une couverture de l'ensemble du globe et il s'écoule parfois 24 heures avant de pouvoir obtenir une position précise. Le signal à 400 MHz du Transit contenait les éphémérides (la position orbitale précise) du satellite, indispensable pour le calcul du point. Ces éphémérides étaient déterminées par le US Naval Observatory (USNO) qui mettait à jour ces données à bord des satellites.

Création du système GPS[modifier | modifier le code]

Au début des années 1970 les États-Unis décident de concevoir un système plus précis pour répondre à leurs besoins militaires. Les concepts du système GPS sont définis entre 1973 et 1978. Une première phase pré opérationnelle est atteinte après les lancements de 11 satellites dits du bloc I d'une durée de vie de 4,5 ans qui s'échelonnent entre 1978 et 1985. En 1983 le gouvernement américain décide que le système GPS sera ouvert aux civils dès qu'il deviendra opérationnel. Entre 1989 et 1997 28 autres satellites aux durées de vie allongée en version II (7,5 ans) et IIr (10 ans) sont lancés. Le système est déclarée opérationnel en février 1994. Le signal est volontairement dégradé pour l'usage civil (précision de l'ordre de 100 m au lieu de 10 m) mais en 2000 le gouvernement américain décide de mettre fin à cette dégradation.

Mise en place des autres systèmes GNSS[modifier | modifier le code]

Fonctionnement[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Global Positioning System.

Les systèmes actuels sont plus directs pour l’utilisateur : le satellite transmet un signal contenant sa position et l’instant exact d’émission. Ce message est superposé au code qui contient la référence temporelle. La synchronisation des signaux est obtenue par des horloges atomiques à bord de chaque satellite.

Le récepteur compare l’instant d’arrivée vis-à-vis de son horloge propre, avec l’instant d’émission indiqué et mesure ainsi la distance du satellite. Ces mesures sont répétées sur tous les satellites visibles et permettent de calculer une position en continu.

Chaque mesure de distance, quel que soit le système utilisé (constellation basse ou géostationnaire ou balise locale) place le récepteur sur une sphère centrée sur l’émetteur. En utilisant au moins trois émetteurs, ces sphères ont un seul point d’intersection. Ce principe simple se complique cependant:

  • L’horloge locale du récepteur est rarement de précision atomique, seules les différences de temps sont donc précises, ce qui demande quatre balises ou satellites pour faire un point au lieu de trois (si on connaît l’altitude, trois balises suffisent)
  • Les récepteurs sont mobiles, et les mesures sont donc effectuées en des points différents.
  • Les ondes radio ont une vitesse légèrement variable selon les couches ionosphériques traversées.

Le récepteur intègre donc ces diverses erreurs, utilisant des corrections et des mesures de divers satellites ou balises, puis des techniques d’intégration et de filtrage comme les filtres de Kalman, pour obtenir le point le plus probable et sa précision estimée, sa vitesse ainsi que le temps universel.

Pour les applications demandant une sécurité absolue du point (atterrissage sans visibilité, anticollision, ...) les signaux de navigation sont complétés par un signal dit d’«intégrité» qui permet d’éliminer toute mesure issue d’un émetteur en défaut temporaire ou prolongé.

Usage civil ou militaire[modifier | modifier le code]

Les systèmes de navigation satellitaires ont été développés d’abord pour le besoin militaire. Ils permettent en effet une précision inégalée dans le guidage des missiles au but, augmentant leur efficacité et réduisant les risques de dégâts collatéraux. Ces systèmes permettent également aux forces terrestres de se positionner avec précision, réduisant les incertitudes tactiques, aux marines et aux forces aériennes de naviguer avec précision, indépendamment de tout support au sol.

navigation avec un portable et un récepteur GPS

Ainsi, les satellites de navigation agissent en multiplicateur de puissance militaire, et dans les conflits très médiatisés, réduisent les retentissements des pertes civiles. Toute nation ayant des ambitions militaires souhaite donc se doter de ces systèmes.

La possibilité de distribuer des signaux de radionavigation inclut également la possibilité de les interdire d’emploi sur certaines zones sans une clé de décryptage. Le signal civil du GPS était muni jusqu’en 1990 d’un code d’étalement aléatoire de précision, pour éviter son emploi militaire (‘’selective availability’’ ), qui réduisait la précision à 100 m au lieu des 10 m actuels.

Caractéristiques[modifier | modifier le code]

Les systèmes sont caractérisés par leurs performances pour les applications souhaitées, principalement:

Précision[modifier | modifier le code]

La précision de la localisation dépend du nombre de satellites reçus et du temps d’intégration, ainsi que de la géométrie des mesures. Les récepteurs les plus simples permettent de localiser en quelques secondes un mobile avec une précision meilleure que 100 mètres. Les récepteurs sophistiqués tels que ceux embarqués sur les avions civils et militaires permettent une précision inférieure au décamètre, voire au mètre. Un récepteur fixe au sol permet, après une intégration sur une période de plusieurs minutes, de connaître la position d’un point avec une précision centimétrique.

La position est calculée par rapport au système géodésique World Geodetic System en 1984 WGS 84), mais les références cartographiques sont souvent basées sur des systèmes géodésiques plus anciens (WGS 72 ou antérieurs). L'écart entre ces systèmes cartographiques locaux et le système de référence (jusqu'à 500 m dans certaines iles océaniques) peut entraîner une erreur de positionnement supérieure à l'imprécision du système. Ces corrections doivent donc être introduites.

Intégrité[modifier | modifier le code]

L'intégrité est le terme officiel de l'OACI pour désigner la fiabilité du point fourni: une position utilisée en navigation au large, par exemple, peut être occasionnellement erronée (faible intégrité) sans conséquences graves, si le mobile possède des instruments autonomes, alors qu'une position utilisée pour un atterrissage sans visibilité doit au contraire avoir une intégrité absolue.

Couverture et disponibilité[modifier | modifier le code]

Un système de positionnement par satellites peut avoir une couverture globale ou régionale, il peut être indisponible pendant des périodes plus ou moins longues, avoir des manques de satellites (par exemple GLONASS). Le but des systèmes combinés comme les GNSS-1 et GNSS-2 est de pallier les défauts de chaque système individuel grâce à des combinaisons et compléments dits d'augmentation.

Systèmes de navigation satellitaires existants ou en développement[modifier | modifier le code]

Comparaison des orbites des différents systèmes

Les systèmes de positionnement satellitaires avec une couverture globale sont :

  • GPS pour les États-Unis (pleinement opérationnel depuis 1995);
  • GLONASS pour la Russie (opérationnel entre 1996 et 1999, puis de nouveau opérationnel depuis 2010);
  • Galileo pour l'Europe (en cours de développement, sera opérationnel en 2015[1]) ;
  • Compass ou Beidou-2 évolution à dimension mondiale de Beidou-1, régional) pour la Chine;

Les systèmes de positionnement avec une couverture régionale

  • Beidou-1 pour la Chine;
  • IRNSS pour l'Inde (en cours de déploiement en 2015);
  • QZSS pour le Japon (en cours de déploiement en 2015);
Comparaison des caractéristiques du segment spatial
Caractéristique GPS GLONASS GALILEO BEIDOU
Segment spatial
Altitude 20 200 km 19 100 km 23 222 km 21 528 km
Inclinaison 55° 64,8° 56° 55°
Période orbitale 11h58 11h15 14h07 12h53
Nombre de plans orbitaux 6 3 3 3
Nombre de satellites opérationnels (en cible) 31 (31) 24 (24) 4 (27) 4 (27)

GPS[modifier | modifier le code]

Article principal : Global Positioning System.

Le système GPS, se développe, à partir de 1978 (année de mise en service du premier satellite) et devient disponible librement en 1994 (avec un accès qui n'est alors plus réservé à l'armée américaine) et pleinement opérationnel en 1995 (avec une constellation de 24 satellites) . Il est alors, pendant un an, le seul système de positionnement par satellite, pleinement efficace et fonctionnel. Un an plus tard (1996), le système GLONASS russe devient, lui aussi, pleinement opérationnel. Cependant, entre 1999 et 2010 (à cause de l’obsolescence de GLONASS), le système GPS était redevenu le seul système mondial de navigation satellitaire entièrement opérationnel. Il est actuellement constitué de 32[2] satellites (24 à l'origine) en orbite intermédiaire (MEO) en six plans orbitaux. Le nombre exact de satellites varie en fonction des remplacements de satellites en fin de vie.

GLONASS[modifier | modifier le code]

Article principal : GLONASS.

Le système GLONASS de l’ex union soviétique, aujourd’hui Russie (en russe Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema), était également une constellation fonctionnelle apparue en 1995 et rendue opérationnelle dès 1996, mais avec l’écroulement de l’union soviétique, il n’était plus entretenu, provoquant des pannes matérielles dès 1997 (deux ans après son lancement), s'aggravant entre 1997 et 2000 et générant des trous de couvertures, rendant obsolète et non-fonctionnel, ce système de positionnement. Entre 2000 et 2010, la disponibilité était donc devenue partielle. En 2005, cependant, la fédération russe s’est engagée à le restaurer avant 2010, avec une collaboration indienne dans ce projet. Entre 2008 et 2010, de nouveaux satellites sont lancés, le rendant de nouveau, progressivement fonctionnel. Depuis 2010, il est enfin redevenu opérationnel et depuis 2011, sa précision s'améliore, le rendement pleinement efficace. Entre octobre et décembre 2011, pour la première fois, la constellation GLONASS couvre 100 % de la surface de la planète. L'iPhone 4S et le Samsung Wave III deviennent en 2011, les premiers smartphones grand public (en dehors du marché russe) à recevoir nativement les signaux GLONASS et à les utiliser pour évaluer le positionnement[3],[4].

Galileo[modifier | modifier le code]

L’Union européenne a signé avec l’agence spatiale européenne en mars 2002 l’accord sur le développement du système global Galileo. Le coût est estimé à environ 3 milliards d’euros[5]. Le système est prévu opérationnel en 2012. Le premier satellite expérimental a été lancé le 28 décembre 2005. Un second satellite de validation a été lancé en 2008. Les signaux de navigation de Galileo seront compatibles avec ceux du futur GPS, permettant aux récepteurs de les combiner pour augmenter la précision ainsi que la véracité du point.

Compass[modifier | modifier le code]

Article principal : Beidou.

La Chine a indiqué son intention d’étendre son système régional Beidou en système global. Ce programme est appelé Compass dans l’agence d’informations chinoises officielle « Xinhua News Agency ». Le système Compass doit comporter 30 satellites en orbite MEO et 5 géostationnaires. Cette annonce est accompagnée d’une invitation à d’autres pays désirant y collaborer, alors que la Chine est également engagée dans le programme Galileo.

IRNSS[modifier | modifier le code]

Article principal : IRNSS.

Le système IRNSS (Indian Regional Navigational Satellite System) est un projet de système autonome de navigation régionale construit et contrôlé par le gouvernement indien. Il doit permettre une précision absolue de 20 mètres sur l’Inde et s'étendrait jusqu’à 1500 à 2 000 km à son voisinage. Le but est un système entièrement sous contrôle indien, le segment spatial, terrestre et les récepteurs étant développés par l’Inde. Le projet a été approuvé par le gouvernement indien en mai 2006, avec un objectif de développement en 6 à 7 ans.

QZSS[modifier | modifier le code]

Article principal : QZSS.

Le système QZSS (Quasi-Zenith Satellite System), est développé par le Japon pour un premier lancement en 2008. Il sera constitué de trois satellites géostationnaires permettant le transfert de temps et une augmentation du GPS. Il couvrira le Japon et sa région[6]

Autres systèmes de positionnement satellitaires[modifier | modifier le code]

Le système français DORIS (Doppler Orbitography and Radio-positioning Integrated by Satellite) peut être considéré comme l’inverse des GNSS : à partir de balises au sol, il permet de déterminer avec précision la position d’un satellite. Il est utilisé par exemple sur les satellites d’observation[7]

Les systèmes ARGOS et Cospas-Sarsat ne sont pas à proprement parler des systèmes de navigation, mais de positionnement à distance : le mobile ne contient qu'un émetteur, et la position est connue par le centre de calcul du système. Quoique de précision médiocre (1 à 2 km), ils sont utilisés pour la sécurité aérienne et maritime ou le radiotracking d'animaux, grâce à la simplicité des balises embarquées. Ils fonctionnent, comme le TRANSIT, par mesure d'effet Doppler.

Systèmes d'augmentation de performances[modifier | modifier le code]

Les systèmes satellitaires existants (GPS & GLONASS) peuvent être complétés par des systèmes dits d'augmentation ou d'overlay qui délivrent en temps réel des corrections permettant d'accroître la précision ainsi que des informations garantissant l'intégrité de ces corrections. Le principe de ces systèmes est qu'une ou plusieurs stations au sol mesurent en permanence l'erreur et transmettent un signal de correction aux utilisateurs.

Il existe de nombreux systèmes différents selon les corrections fournies au récepteur. Certains systèmes transmettent des informations sur les sources d’erreur (écarts d’horloge, éphémérides, retards ionosphériques), d’autres fournissent l’écart constaté total (différentiel), d’autres ajoutent des informations issus du véhicule lui-même (vitesse, altitude..).

On classe généralement ces systèmes d'augmentation en trois catégories, selon la manière dont la correction est calculée et transmise :

  • Augmentation basée sur des satellites : SBAS (Satellite-Based Augmentation System)
  • WAAS (Wide Area Augmentation System) pour les États-Unis (zone de service appelée CONUS), complémentant le GPS
  • EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) pour l'Europe (zone de service appelée ECAC), complétant les GPS & GLONASS.
  • MSAS en cours de test par le Japon
  • Augmentation basée sur des systèmes sol GBAS (Ground-Based Augmentation system) :*DGPS (differential GPS)
  • GAGAN en cours de développement par l'Inde.
  • pseudolites (pseudo-satellites au sol)
  • Augmentation basée sur des systèmes à bord (pour les avions) ABAS (Aircraft Based Augmentation System)
  • Centrales à inertie.

Ces systèmes permettent d'obtenir une précision allant jusqu'au centimètre. Pour la navigation aérienne, le l'OACI demande que l'intégrité des systèmes de navigation par satellite soit surveillée, et qu'une alerte soit émise à bord en cas de perte de l'intégrité nécessaire (qui dépend de la phase du vol).

Définitions de L'OACI[modifier | modifier le code]

Les systèmes de positionnement par satellites capables de fournir une précision et une intégrité compatible avec les exigences de la navigation aéronautique civile sont définis ainsi par l'OACI[8]:

GNSS-1[modifier | modifier le code]

Le GNSS-1 est la première génération de système de positionnement par satellites, combinant l’utilisation des systèmes GPS et GLONASS, avec des systèmes d’augmentation satellitaires (SBAS) ou terrestres (GBAS). Aux États-Unis, le complément satellitaire est le WAAS, en Europe, c’est EGNOS, et au Japon, le MSAS. Les systèmes complémentaires terrestres (GBAS) sont généralement locaux, comme le Local Area Augmentation System (LAAS). Les performances du GNSS1 sont compatibles avec la navigation « en route » (suivi des couloirs aériens et des espacements) et éventuellement d’approche si un système LAAS est disponible.

GNSS-2[modifier | modifier le code]

Le GNSS-2 est la seconde génération de systèmes, capable de fournir tous les services civils, dont l’exemple le plus avancé est le Galileo européen. Ces systèmes procureront simultanément la précision et l’intégrité nécessaire à la navigation civile dans toutes les phases de vol. Le système GPS en développement doit inclure également la porteuse L5 d’intégrité, le mettant ainsi au niveau GNSS2.

  • Les systèmes de base sont les constellations opérationnelles existantes ou en déploiement: GPS, Galileo et GLONASS.
  • Les systèmes d’augmentation satellitaires globaux: Omnistar et StarFire.
  • Les systèmes d’augmentation satellitaires régionaux ( SBAS) incluent le WAAS américain, l’EGNOS européen, le MSAS japonais, et le GAGAN indien.
  • Les systèmes de navigation satellitaires régionaux tels que le QZSS japonais, le IRNSS indien et le Beidou chinois.
  • Les systèmes d’augmentation terrestres continentaux (GBAS) par exemple l’australien GRAS et le service DGPS du ministère des transports américain.
  • Les GBAS régionaux comme le réseau CORS.
  • Les GBAS locaux utilisant une seule station de référence fonctionnant en corrections cinématiques. (Real Time Kinematic).

Utilisations[modifier | modifier le code]

Un récepteur GPS dans un taxi

Les usages civils des systèmes de positionnement par satellites sont multiples :

  • La navigation, depuis les récepteurs portables de randonnée, les navigateurs de véhicules, jusqu’aux centrales de navigation des aéronefs et navires
  • Le transfert de temps et la synchronisation, scientifique ou pour les télécommunications
  • La surveillance, en liaison avec un émetteur APRS
  • La topographie, en constructions ou travaux publics.
  • Le sauvetage aéronautique ou maritime (Search and rescue), en liaison avec une balise-émetteur de détresses.
  • La géophysique, par exemple la surveillance des failles.
  • Le suivi des animaux migrateurs ou des populations d'espèces menacées, par radiotracking
  • La gestion de réseaux de transport, bus, remorques, etc
  • La surveillance des zones de pêche
  • l'agriculture de précision, par exemple en permettant les épandages sans recouvrement.
  • la gestion des collectivités locales, par la mise à jour du cadastre
  • la lutte contre le vol, en particulier des véhicules ou des containers.
  • la lutte contre la piraterie maritime
  • etc.

En 2014 le nombre de terminaux GPS opérationnels est estimé à 3,5 milliards. Il s'agit en majorité de téléphones mobiles équipés de composants électroniques permettant de traiter le signal des satellites de navigation. Selon les projections effectuées début 2015 ce nombre devrait passer à 7 milliards en 2019 et 9 milliards en 2023. Le taux d'équipement en 2014 était de 1,4 terminal par personne en Amérique du Nord (2,5 en 2023), 1,1 en Europe (2,1 en 2023), 0,8 en Russie (2,3 en 2023), 0,5 en Amérique du Sud (1,1 en 2023), 0,4 en Asie (1 en 2023) et 0,2 en Afrique (0,8 en 2023). Une majorité de terminaux a désormais la capacité d'exploiter le signal des satellites de plusieurs systèmes de positionnement : 23% peuvent utiliser les signaux GPS et GLONASS, 8% les signaux GPS, GALILEO et GLONASS et 21% les signaux des 4 systèmes de positionnement ayant une couverture mondiale (GPS, GALILEO, BEIDOU et GLONASS)[9].

Enjeux politiques et économiques[modifier | modifier le code]

Les systèmes de positionnement par satellites ont plusieurs répercussions économiques:

  • Leur construction représente d'énormes budgets, que seuls les États-Unis peuvent envisager seuls. L'ex union soviétique a laissé se dégrader le système GLONASS pour raison budgétaire. L'Europe s'est unie pour Galileo, mais les décisions budgétaires difficiles ont retardé le programme.
  • Les entreprises sont choisies pour construire le segment spatial après de fortes luttes d'influence politiques.
  • Le marché des applications, en matériel et logiciel est en expansion, mais ne peut contribuer au budget d'un système nouveau, le système existant GPS étant d'usage gratuit.
  • Les économies réalisées sur les systèmes terrestres anciens permettent de compenser en partie les coûts. Par exemple, le développement complet du GNSS2 doit permettre d'éliminer une partie des moyens de radionavigation aéronautiques actuels (VOR ILS DME ADF..)
  • La navigation plus précise permet des économies sur les coûts de carburant, et le désengorgement des couloirs aériens et des terminaux par réduction des intervalles.

Pour arriver à ce but, les états cherchent une indépendance vis-à-vis du GPS des États-Unis, afin de développer des applications civiles ou militaires nationales. Le développement d'un système de navigation satellitaire est également un élément de prestige pour les nouvelles nations spatiales (Chine et Inde). Dans cette même optique, la commission européenne a apporté son soutien à la création du Master GNSS[10] par l'École nationale de l'aviation civile et l'Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace.

GPS et protection des données personnelles[modifier | modifier le code]

La pratique croissante de la géolocalisation d'individus ou de véhicules, d'objets connectés (smartphones et tablettes notamment) ou d'opérations effectuées par des individus (sur un ordinateur en consultant internet ou sur de nombreux terminaux fixe ou mobile de paiement par carte, de distribution d'argent liquide, bornes de contrôle de passage, etc.) est source de stockage d'une grande quantité données personnelles relatives à la position et aux déplacement des personnes, qui s'ils sont mal sécurisés peuvent poser des problèmes de protection de la vie privée.

La production de tels fichiers ou le suivi de véhicules ou de personnes par géolocalisation GSM/GPS sont des « traitements de données à caractère personnel », qui nécessitent en France une autorisation ou une déclaration à la CNIL (« qui vérifier a que les principes relatifs à la protection de données à caractère personnel sont bien respectés ». La non déclaration de traitement de ce type de données par l'employeur est une faute grave (« punie de 5 ans d’emprisonnement et de 300.000 € d’amende) »[11]. Il existe une différence dans le cas du suivi de véhicule entre un véhicule de société (qui n'est utilisé théoriquement que durant les heures de travail) ou de fonction (qui est un avantage en nature).

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. désignation complète système de positionnement et de datation par satellites) en anglais GNSS (Global Navigation Satellite System)

Références[modifier | modifier le code]

  1. FAQ – GALILEO, the EU's satellite navigation programme
  2. [1], GPS Constellation Status, US Coast guards
  3. India signs GLONASS agreement
  4. India, Russia Agree On Joint Development Of Future Glonas Navigation System
  5. (en) « Boost to Galileo sat-nav system », BBC News,‎ (lire en ligne)
  6. (en) « Japan Seeking 13 Percent Budget Hike for Space Activities », SPACE.com,‎ (lire en ligne)
  7. DORIS information page
  8. « A Beginner’s Guide to GNSS in Europe », IFATCA
  9. (en) European Global Navigation Satellite Systeems Agency, « GNSS Market report isue 4 »,‎ , p. 8 et 15
  10. http://www.aerobuzz.fr/spip.php?breve746
  11. Article 226-16 du code pénal

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Cours ou ouvrages en ligne
  • (en) Jean Marc Pieplu, GPS et Galileo : systèmes de navigation par satellites, Eyrolles,‎ 2012-13, 163 p. (lire en ligne)
  • (en) Pierre Bosser, GNSS : systèmes globaux de positionnement par satellite,‎ 2012-13, 113 p. (lire en ligne)
    Support de cours de L'Ecole Nationale des Sciences Géographiques

Liens externes[modifier | modifier le code]