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.

Satellite Galileo, vue de l'artiste
Satellite Galileo, vue de l’artiste
© ESA-J. Huart

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.

Constellation de 30 satellites du système de positionnement par satellite Galileo
Constellation de 30 satellites du système de positionnement par satellite Galileo

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 quatre satellites).

Le système de positionnement par satellite est un matériel au service de différentes communautés scientifiques telles que l’océanographie, la géodésie ou la météorologie.

Ces activités, toujours en quête de savoir, ont permis d’améliorer de manière constante leurs outils. Ils ont ainsi fait évoluer

- les horloges atomiques
- travaux en matière d’ordinateur quantique

Ecoutez la conférence de Clovis Jacinto de Matos.
Clovis Jacinto de Matos travail á Paris au siège de l’Agence Spatiale Européenne (ESA) en tant qu’administrateur pour la planification stratégique dans le bureau du Directeur Général pour les questions politiques, et est également impliqué dans l’organisation de l’exploitation scientifique de Galileo. Clovis de Matos a obtenu sa Maîtrise en physique théorique à l’Université de Coimbra au Portugal, où il a étudié en particulier la théorie des Cordes Bosoniques sous la direction du Professeur Eef van Beveren.
Monsieur de Matos est également diplômé de l’International Space University (ISU) à Strasbourg en France, avec un Master of Space Studies (MSS).

Il s’intéresse particulièrement à la gravitation quantique dans le cadre de la physique de la matière condensée aux basses températures. Il est l’auteur de plusieurs publications scientifiques en physique fondamentale de l’espace.

Cette conférence s’est déroulée au Bureau des longitudes en janvier 2009, à l’Institut de France. Ces conférences mensuelles sont ouvertes au public. Pour consulter leur programme connectez-vous sur leur site : www.bureau-des-longitudes.fr

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