GPS De quoi s’agit-il, à quoi cela sert-il et comment fonctionne ce système de localisation géographique?

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Avec le développement de la technologie, de nombreuses solutions ont vu le jour pour simplifier la vie quotidienne des gens . C’est pourquoi de nombreux termes ont été adoptés qui couvrent une myriade d’utilitaires optimaux lors de la mise en service d’un certain système. Tel est le cas du système de géolocalisation reconnu qui utilise l’acronyme «GPS» .

En général, les utilisateurs s’appuient sur ce système qui, via leur smartphone ou leur voiture , leur permet de localiser un point précis sur une carte et de se rendre n’importe où, sans même connaître l’adresse. Mais, bien qu’il s’agisse d’une technologie largement utilisée pour le moment, la vérité est que beaucoup ne savent toujours pas comment fonctionne réellement le GPS .

C’est pourquoi, afin de comprendre ce qu’est le GPS et à quoi il sert , nous détaillerons ci-dessous ces informations d’un grand intérêt. Même, il vaut aussi la peine de connaître son origine et son histoire , les aspects qui interviennent dans son signal pour offrir des résultats précis et même ses fondements scientifiques . Lequel, vous pouvez rencontrer ici.

Qu’est-ce que le système GPS et à quoi sert-il en informatique?

Étant l’acronyme de «Global Positioning System» qui, en espagnol, signifie «Global Positioning System» , le GPS est défini comme un système de navigation par satellite qui permet de déterminer la position de n’importe quel objet sur la Terre . Lequel, consiste en un système de navigation qui fonctionne à travers un réseau qui a au moins 24 satellites et est situé sur la planète à une altitude d’environ 20 000 km.

Pour sa part, en informatique, cette technologie de positionnement global a été induite dans différents appareils et téléphones mobiles , principalement. De cette manière, il permet de localiser ledit équipement en cas de vol, d’exécuter certaines applications nécessitant cette fonctionnalité, de maximiser le fonctionnement des jeux, d’atteindre une adresse précise lorsque vous voyagez en voiture, moto, vélo ou même à pied, etc.

En ce sens, le GPS a la capacité de localiser toute personne, véhicule ou chose , quelle que soit la vitesse à laquelle il se déplace. De plus, il possède les caractéristiques nécessaires pour révéler des données telles que sa hauteur à tout moment et son point spécifique dans le globe terrestre. Alors que sa précision va jusqu’à quelques centimètres et c’est pourquoi il est si efficace.

Quelles sont les caractéristiques du GPS et que peut-on en faire?

Pour en savoir plus sur la composition du GPS, il convient de préciser quelles sont ses principales caractéristiques . Donc, tout d’abord, il convient de noter qu’un GPS est composé de trois éléments qui sont : les satellites en orbite autour de la Terre, les récepteurs GPS appartenant aux utilisateurs et les stations de contrôle et de surveillance au sol. Ainsi, il est apprécié que le GPS soit composé de trois composantes ou secteurs différents, tels que: le secteur spatial, le secteur utilisateur et le secteur terrestre .

Ensuite, nous spécifions de quoi il s’agit:

Secteur spatial : Il est composé de 24 satellites disposés sur un total de six orbites (4 satellites dans chacune d’elles). Lesquels parcourent la planète à une hauteur de 20 200 km et leur vitesse de rotation, environ, correspond à un tour de la Terre toutes les 12 heures . Ils suivent également un itinéraire avec une inclinaison de 55 degrés par rapport à l’équateur céleste.
Secteur utilisateur : Il se compose d’ une antenne, d’un amplificateur et d’un récepteur . A partir de ces éléments, l’équipe choisit les satellites qui peuvent fournir les informations nécessaires pour déterminer la position pertinente et mesurer le temps entre les émissions.
Secteur terrestre : Il se compose d’un secteur de contrôle qui est chargé de corriger le signal acquis par les satellites et, en plus, il améliore les éventuels écarts par rapport à l’orbite. Généralement, il est composé de 9 stations (5 pour le suivi, 3 pour les données et 2 pour le général).

Grâce à tout cela, le GPS se distingue par les particularités suivantes, notamment:

Durée de conservation : 7,5 ans.
Altitude : 20 200 km.
Période : 11 heures 58 minutes (ou 12 heures sidérales).
Inclinaison : 55 degrés autour de l’équateur terrestre.
Temps : 1 ns.
Capacité utilisateur : illimitée.
Couverture : dans le monde entier.
Système de coordonnées : 8 000.

En revanche, pour caractériser ce système de positionnement global reconnu, il est nécessaire de connaître ses principales applications , au-delà de son fonctionnement spécifique dans l’environnement informatique.

Par conséquent, ci-dessous, nous spécifions ses utilisations les plus importantes:

Utilisation militaire : ce n’est un secret pour personne que c’est la principale application du GPS. Depuis, il y a de nombreuses années, il est né comme un outil pour développer un système capable de fournir la situation exacte d’une personne ou d’un objet et même sa vitesse . Avec cela, il a également permis le développement de technologies de radionavigation et le lancement d’armes vers un lieu géographique spécifique.
Sécurité publique et privée : Dans le domaine de la sécurité, le Global Positioning System a également de multiples applications. Soit pour les mesures antivol, comme outil de sécurité personnelle ou pour son intégration dans les alarmes .
Navigation aérienne, maritime et terrestre : Bien que ces outils aient été utilisés par les militaires, la vérité est que beaucoup d’entre eux ont fini par être utilisés par des civils dans différents médias basés sur la navigation maritime, aérienne et terrestre.
Ingénierie et cartographie : Bien entendu, le GPS est également utilisé pour collecter des données précises et fiables de partout dans le monde afin de réaliser des projets dans ce domaine. Il permet également des mesures , le suivi ce qui se passe dans les grandes structures en surcharge temps réel, de détecter les tremblements de terre situés à un certain point, etc .
Sport : Outre ses applications informatiques, le GPS est également largement utilisé pour le sport. Puisqu’il permet de contrôler la progression de certains entraînements et ainsi d’optimiser les performances avec une précision absolue en obtenant des données telles que le rythme de la course, la distance parcourue, le temps de retard, etc.

Histoire et origine Quand a-t-il été créé, qui l’a fabriqué et comment le GPS a-t-il évolué?

Fondamentalement, l’origine du GPS en tant que système de positionnement global remonte à la période entre 1957 et 1960 . Depuis 1957, le premier satellite artificiel appelé «Spoutnik» lancé par l’Union soviétique a vu le jour . Puis, à partir des années 1960, le système de navigation terrestre OMEGA a été le pionnier de cette technologie et est devenu le premier système de radionavigation au monde .

Cependant, les limitations notables de ces systèmes ont rendu nécessaire une solution de navigation plus universelle qui pourrait garantir une plus grande précision. À partir de là, la marine américaine a commencé à expérimenter un système de navigation par satellite pour fournir des observations de position à jour et précises dans les systèmes de sa flotte .

En principe, ce système de pensée devait répondre aux exigences de la globalité pour couvrir toute la surface de la Terre. De plus, il fallait qu’il montre un fonctionnement continu sans que les conditions atmosphériques puissent l’affecter et, comme si cela ne suffisait pas, il devrait également permettre son utilisation dans l’aviation. Par conséquent, les fondamentaux du GPS correspondent à un système: global, continu, dynamique et précis .

Mais, dans ces conditions, le système «TRANSIT» est né en 1964 qui, trois ans plus tard, est devenu disponible pour un usage commercial et militaire. Lequel, principalement, avait une constellation de 6 satellites en orbite polaire basse et à une hauteur de 1074 km . Cependant, bien qu’il ait atteint la globalité, ce n’était pas constant. Pour cette raison, les experts ont continué à chercher d’autres solutions pour pouvoir répondre aux fondations d’un système de positionnement global vraiment optimal.

Compte tenu de cela, en 1967 , l’US Navy a lancé un satellite appelé «Timation» qui a réussi à assurer la viabilité de placer des horloges précises dans l’espace afin de maintenir la continuité nécessaire au GPS . Grâce à cela, en 1973 , ils ont pu combiner les programmes conçus par l’armée de l’air et la marine des États-Unis pour promouvoir un nouveau projet de technologie de navigation connu sous le nom de «Programme de technologie de navigation» . Qui, plus tard, a été rebaptisé «NAVSTAR GPS» .

Ils ont donc commencé à développer 11 satellites supplémentaires sur une base expérimentale pour améliorer les performances de NAVSTAR avec un total de 18 satellites prévus. Avec cela, en 1985 , ils ont réussi à compléter la constellation actuelle et grâce à sa constance, son dynamisme et sa précision remarquables, ils ont pu le déclarer comme un système à «capacité opérationnelle totale» en ajoutant 24 satellites avec trois alternatifs en 1993 . Avec lequel, le fameux GPS que nous connaissons aujourd’hui a été lancé.

Comment fonctionne le système de positionnement global et quelle est la précision de ses données?

Concernant son fonctionnement, nous soulignons que les satellites GPS (24 au total) sont en charge de faire circuler la Terre deux fois par jour , soit toutes les 12 heures. Lequel, ils le font sur une orbite exacte pour pouvoir transmettre les informations du signal à la Terre .

Les récepteurs GPS acquièrent alors ces informations et utilisent la triangulation ou la trilatération pour mesurer ou calculer la localisation exacte de l’utilisateur. Considérant que, pour cela, ledit récepteur se concentre sur la comparaison des temps d’émission et de réception autour d’un signal émis par le satellite . Ainsi, vous pouvez trouver la position de l’utilisateur à afficher.

Par conséquent, grâce au processus de trilatération, la position du récepteur peut être découverte de la manière suivante:

Chaque satellite de l’ensemble indique que le récepteur est en un point sur la surface de la sphère . Fondamentalement, centré sur le satellite lui-même et un rayon égal à la distance totale du récepteur.
Après avoir obtenu les données en question basées sur deux satellites , le résultat sera un cercle qui illustre le moment où les deux sphères se croisent à un certain point où se trouve le récepteur.
Sur la base des informations d’ un troisième satellite , le manque de synchronisation entre les horloges satellites et les récepteurs GPS est éliminé. Avec cela, une position 3D exacte est trouvée en fonction de la latitude, de la longitude et de l’altitude .

Donc, en termes simples, le récepteur GPS devra être connecté au signal d’ au moins deux ou trois satellites pour trouver la position 2D et suivre le mouvement. Plus tard, avec un autre satellite en vue, le récepteur parvient à calculer la position 3D de l’utilisateur et grâce à cela, il pourra également calculer d’autres données d’intérêt (vitesse, cap, distance parcourue, distance à destination, trace, heure de départ, coucher de soleil, etc.).

Ensuite, nous verrons l’exactitude des données:

Mais quelle est la précision de ces données?

Maintenant, vous vous demandez sûrement quelle est la précision du système de positionnement global par rapport aux informations qu’il fournit. Par conséquent, nous rappelons que les systèmes GPS comportent un certain degré d’erreur aléatoire qui peut fluctuer entre 15 mètres et 100 mètres . En évaluant cela, sa précision dépendra du nombre de satellites visibles à un moment donné, ainsi que de la position de l’utilisateur et de certains facteurs atmosphériques. Cependant, il est à noter qu’à l’ heure actuelle, les récepteurs GPS sont très précis .

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En raison de la conception parallèle multicanal qu’ils contiennent. Eh bien, par défaut, ils maintiennent des liens solides, que vous soyez dans des environnements urbains avec de grands bâtiments ou dans une forêt dense, par exemple. En dehors de cela, les utilisateurs peuvent également obtenir une meilleure précision avec le GPS différentiel (DGPS) , connu sous le nom de «système de positionnement global différentiel» . Ce qui est idéal pour corriger les erreurs existantes sur les orbites des satellites et perfectionner la position fournie par le GPS.

Alors que cela fonctionne comme suit:

Un ensemble de stations au sol fixes est chargé de comparer la position fournie par le GPS et la situation réelle, pour établir l’erreur à tout moment .
Une fois cette erreur calculée , elle est communiquée et diffusée aux antennes de l’utilisateur et ainsi, les équipes du même se concentrent sur l’application de ladite erreur pour découvrir la bonne position (sur la base d’une marge de 10 mètres, maximum).

Tout cela est réalisé grâce à la structure DGPS qui comporte les éléments suivants: Station surveillée comme référence (qui a: un récepteur GPS, un microprocesseur et un émetteur) et l’équipement utilisateur (il contient un récepteur DGPS qui est un GPS avec un récepteur de liaison de données de la station surveillée).

Signal GPS Quelle est sa fréquence et quels aspects l’influencent?

S’il est vrai, le signal GPS fournit «l’heure de la semaine» exacte, basée sur l’horloge atomique à bord du satellite, le numéro de semaine GPS et un rapport d’état. Ainsi, chaque transmission dure 30 secondes et transporte 1 500 bits de données codées qui, fondamentalement, font qu’un signal GPS ait trois bits d’informations récapitulatives.

Qui sont :

Un code pseudo-aléatoire : C’est un numéro d’identification qui permet de savoir quel satellite transmet l’information. Ce code se trouve généralement sur votre appareil GPS Garmin .
Données des éphémérides : elles fournissent des informations au récepteur GPS, indiquant où chaque satellite GPS doit être à un moment donné de la journée. Ces données présentent les informations orbitales pour chaque élément du système .
Données d’ almanach : Ce sont des données transmises par chaque satellite, en permanence. Ils fournissent généralement des informations sur l’état du satellite, la date et l’heure actuelles. Qui sont essentiels pour déterminer une position .

De son côté, chaque satellite GPS émet un message de navigation à 50 bits par seconde , en continu, sur la fréquence de transport hyperfréquence de 1600 MHz, mais spécifiquement, les satellites GPS se caractérisent par l’émission de deux signaux radio faibles. puissance connue sous le nom de «L1» et «L2» .

Dans le cas du GPS à usage civil, il utilise essentiellement la fréquence L1 dans la bande UHF qui fournit spécifiquement 1575,42 MHz . Alors que, le signal L2 offre 1227,6 MHz . À cette fréquence, le signal GPS civil pourra traverser les nuages, le plastique et le verre (c’est-à-dire la ligne de visée). Mais, il ne pourra pas être transmis par la plupart des objets solides, tels que les montagnes ou les bâtiments .

Cela signifie que, normalement, la fréquence du signal GPS est influencée par plusieurs aspects qui peuvent l’obfusquer, parmi lesquels nous mentionnons:

Erreurs d’horloge du récepteur : les horloges atomiques à bord des satellites GPS sont généralement précises. Cependant, l’horloge intégrée du récepteur n’est pas aussi précise qu’elle l’est et peut donc présenter de légères erreurs de synchronisation affectant le signal GPS.
Erreurs orbitales : Il s’agit d’erreurs d’éphémérides et d’ inexactitudes présentes dans l’emplacement signalé par le satellite .
Retards dans la troposphère et l’ionosphère : lors de son passage dans l’atmosphère, le signal satellite peut diminuer . Cependant, le système GPS a un modèle supplémentaire qui calcule un retard moyen afin de corriger ce type d’erreur.
Dégradation intentionnelle du signal satellite : Connue sous le nom de «disponibilité sélective», elle correspond à une dégradation délibérée du signal autrefois imposée par le département américain de la Défense. Ainsi, ils ont cherché à empêcher les adversaires militaires d’utiliser des signaux GPS de haute précision . Mais, il a actuellement été désactivé pour améliorer le signal GPS des récepteurs civils.
Nombre de satellites visibles : Les interférences électroniques, le terrain, les bâtiments et le feuillage dense bloquent souvent la réception du signal GPS et provoquent ainsi des erreurs de position ou des lectures manquantes. Parce que moins un récepteur GSP peut «voir» de satellites , plus sa précision est faible .
Signal multipath : C’est un problème qui se produit lorsque le signal GPS est réfléchi par certains objets (surfaces rocheuses, grands bâtiments, etc.) avant qu’il n’atteigne le récepteur. Raison pour laquelle, le temps de parcours de ce signal augmente et génère des erreurs notables .