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Fonctionnement d'un récepteur GPS
Un récepteur GPS a besoin de 2 informations pour pouvoir calculer une position géographique : la position des satellites et leur distance.
L'information de position est fournie en permanence par chaque satellite et s'appelle "l'almanach". Celui-ci est actualisé en permanence et est stocké dans la mémoire du récepteur. Toutefois l'information donnée est approximative car un satellite peux très bien dévier de sa trajectoire. C'est là que les stations de surveillance au sol entrent en jeu et envoient des données corrigées que l'on appelle "éphémérides" aux satellites. Ces données sont valides quelques heures (environ 4 à 6 heures) et sont aussi transmises au récepteur.
A la mise sous tension d'un GPS de rando par exemple, l'almanach stocké dans la mémoire de celui-ci est représenté de la sorte :
Le cercle intérieur représente un angle de 45° et le cercle extérieur 90° (l'horizon). Les satellites se trouvant au centre sont donc à la verticale de la position.
Il ne manque plus qu'à connaître la distance qui est calculée par le récepteur avec la formule suivante :
Distance = vitesse x (temps d'arrivée - délai)
La vitesse correspond à la propagation d'une onde radio (vitesse de la lumière = 300000 Km/s), le temps d'arrivée est connu par l'heure d'émission du message par le satellite et l'heure à laquelle le récepteur le reçoit, et enfin le délai car le signal traverse l'atmosphère de la terre. Plus précisément, le satellite génère un code dit "pseudo-aléatoire" et le récepteur en génère un a son tour en tentant de le faire correspondre au code émis par le satellite. Il compare alors les 2 codes pour déterminer de combien de temps il doit retarder le sien afin qu'il corresponde à celui du satellite. Cette mesure de distance est appelée "pseudo-distance" car l'horloge d'un récepteur est bien entendu moins précise que l'horloge atomique d'un satellite !
Maintenant pour déterminer une position géographique en 3 dimensions (latitude, longitude et altitude) sur le globe terrestre le récepteur a besoin "d'accrocher" 4 satellites au minimum.
L'image ci-dessus est très parlante : la position du récepteur se situe à l'endroit où les 4 sphères jaunes se coupent, une sphère correpondant à la zone couverte par un satellite à un moment donné. Pour obtenir une position en 2 dimensions (latitude et longitude) 3 satellites suffisent.
Et c'est tout ! Le principe est simple mais la technique est mathématiquement complexe et ne sera pas détaillée dans ces lignes.
Quelques termes très utilisés à connaître :
- "le fix" : désigne l'acquisition de la position géographique
- "récepteur chaud" : les données d'almanach en mémoire ont moins de 6 heures
- "récepteur froid" : les données d'almanach en mémoire sont obsolètes