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L’avenir des systèmes de positionnement par satellite

par Clovis Jacinto de Matos

Clovis Jacinto de Matos, théoricien à l’Agence spatiale européenne, vous livre les explications détaillées du fonctionnement de votre GPS. Utilisés désormais couramment par le grand public pour ses déplacements, Galileo et GPS sont également des outils précieux pour les météorologues, les géodésiens... Ce sont d’ailleurs ces scientifiques qui permettent à cette technologie d’évoluer. Conférence donnée en janvier 2009 au Bureau des longitudes, à l’Institut de France.


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Les systèmes de positionnement (Galileo, GPS) existent grâce à la mise au point ces cinquante dernières années des horloges atomiques ultra stables.

Le système de positionnement consiste en un segment spatial et une communauté d’utilisateurs dotés d’un récepteur au sol. Le récepteur doit recevoir au minimum les signaux de 4 satellites pour déterminer sa position à l’aide d’un mini-calculateur inséré dans chaque récepteur.


Ce calcul de distance se fait à travers une mesure de temps. Chaque satellite comporte une horloge atomique qui inclut à un moment bien défini un « bip » à son signal. Ce « bip » est reçu par le récepteur de l’utilisateur, également muni d’une horloge.
On peut ainsi estimer l’intervalle de temps de propagation du bip depuis le satellite jusqu’au récepteur (en connaissant la vitesse de la lumière on peut aisément calculer la distance qui le sépare du satellite).

La clé de cette constellation de ces systèmes de positionnement est la synchronisation ! Car une désynchronisation de trois nanosecondes entre l’horloge du récepteur et celle du satellite se traduira par une incertitude du positionnement de la personne à quelques mètres près.

La synchronisation est établie dans le système à l’aide du segment sol qui comporte des horloges de référence. Ces dernières sont régulièrement synchronisées par chaque horloge des satellites de système de positionnement.

Le récepteur doit déterminer 4 paramètres :
- latitude
- longitude
- altitude
- un paramètre qui détermine l’avance ou le retard de son horloge par rapport au temps du système qui a été défini en synchronisant les horloges des satellites avec les horloges de référence au sol

Avec quatre inconnues il faut donc quatre équations pour résoudre ce système.





Quelques différences entre Galileo et GPS


Altitude des satellites :
GPS : 20 200 km
Galileo : 23 200 km

Satellites :
30 satellites prévus pour la constellation Galileo
24 satellites pour GPS

Inclinaison :
56 degrés par rapport à l’équateur pour Galileo
55 degré pour GPS.

La répartition des satellites pour Galileo se fait sur trois plans orbitaux (de chacun dix satellites). Les concepteurs du GPS ont préféré l'installations de leurs satellites sur six plans orbitaux (de chacun(...)


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