Systèmes de Navigation (GNSS - Global Navigation Satellite System)

Les systèmes de navigation par satellite (GNSS - Global Navigation Satellite System) sont des infrastructures basées sur des satellites qui fournissent des services de géolocalisation et de navigation à l’échelle mondiale. Ils permettent de déterminer la position géographique précise d'un utilisateur n'importe où sur la Terre, à condition que des signaux de plusieurs satellites soient disponibles.

Principaux systèmes GNSS

Il existe plusieurs systèmes GNSS développés par différents pays ou groupes de pays :

1. GPS (Global Positioning System) :
   • Développé et opéré par le gouvernement des États-Unis, le GPS est le premier et le plus connu des systèmes GNSS. Il fournit une couverture mondiale pour des applications civiles et militaires.
2. GLONASS (Globalnaya Navigazionnaya Sputnikovaya Sistema) :
   • Ce système est développé par la Russie et offre une couverture mondiale. Comme le GPS, il est utilisé à la fois pour des applications civiles et militaires.
3. Galileo :
   • Un système GNSS développé par l'Union européenne. Galileo est conçu principalement pour des applications civiles et vise à fournir des services de localisation plus précis que ceux offerts par le GPS et GLONASS.
4. BeiDou :
   • C'est le système GNSS de la Chine, parfois appelé BDS (BeiDou Navigation Satellite System). Il offre des services régionaux et mondiaux, et est conçu pour rivaliser avec les autres systèmes GNSS.

Principe de fonctionnement

Le fonctionnement des systèmes GNSS repose sur une constellation de satellites en orbite terrestre moyenne (MEO) qui émettent des signaux radio. Voici comment le processus se déroule :

1. Émission du signal :

   • Les satellites GNSS diffusent des signaux contenant des informations sur l'heure précise de l'émission et les paramètres de l'orbite du satellite (l'almanach et l'éphéméride).

2. Réception du signal :

   • Un récepteur GNSS, tel qu'un smartphone ou un appareil dédié, capte ces signaux provenant de plusieurs satellites. Pour calculer une position exacte, au moins quatre satellites sont nécessaires.

3. Calcul de la position :

   • En mesurant le temps que mettent les signaux à atteindre le récepteur, celui-ci peut déterminer la distance à chaque satellite. Grâce à la technique de triangulation, le récepteur calcule ensuite sa position en trois dimensions (latitude, longitude, altitude).

Composants d’un système GNSS

1. Segment spatial :

   • C’est la constellation de satellites en orbite qui émettent des signaux de navigation. Les satellites GNSS orbitent généralement à une altitude d'environ 20 000 km.

2. Segment de contrôle :

   • Ce sont les stations terrestres qui surveillent les satellites GNSS, assurent leur maintenance, et corrigent les données transmises par les satellites pour garantir la précision du système.

3. Segment utilisateur :

   • Ce sont les récepteurs GNSS que l'on trouve dans divers appareils, tels que les smartphones, les systèmes de navigation automobile, les dispositifs maritimes et aériens, etc.

Précision des GNSS

La précision d’un GNSS dépend de plusieurs facteurs :

• Erreur de synchronisation : Des erreurs dans la synchronisation de l'horloge des satellites et du récepteur peuvent affecter la précision.
• Erreurs atmosphériques : Les signaux GNSS sont ralentis en traversant l'ionosphère et la troposphère, ce qui peut introduire des erreurs.
• Multitrajet : Les signaux peuvent rebondir sur des bâtiments ou d'autres obstacles avant d'atteindre le récepteur, ce qui fausse les mesures de distance.

Des systèmes d'augmentation comme le SBAS (Satellite-Based Augmentation System) ou des solutions de correction en temps réel (comme le GPS différentiel) sont utilisés pour améliorer la précision des systèmes GNSS, en particulier pour des applications critiques (aviation, agriculture de précision, etc.).

Utilisations des GNSS

1. Navigation automobile :

   • Les systèmes GNSS sont intégrés dans les systèmes de navigation des voitures, permettant aux conducteurs de suivre des itinéraires précis et d'accéder à des informations sur le trafic en temps réel.

2. Aviation :

   • Les GNSS sont utilisés dans l'aviation civile pour fournir des informations précises sur la position et pour aider à l'atterrissage des avions, surtout dans des conditions météorologiques difficiles.

3. Transport maritime :

   • Les navires utilisent les GNSS pour la navigation en haute mer, garantissant des trajets sûrs et optimisés, notamment pour les grandes routes commerciales.

4. Télédétection et géodésie :

   • Les GNSS sont essentiels pour la cartographie et la géodésie, permettant de mesurer précisément la position des points sur la Terre pour des applications telles que la surveillance des changements géologiques.

5. Urgences et secours :

   • Les systèmes GNSS sont utilisés dans les opérations de secours pour localiser les personnes en danger, que ce soit en mer, en montagne ou après un tremblement de terre.

6. Télécommunications :

   • Les réseaux télécoms utilisent les signaux GNSS pour synchroniser leurs infrastructures, comme les tours cellulaires, garantissant une gestion efficace du trafic de données.

7. Agriculture :

   • Dans l'agriculture de précision, les GNSS permettent une planification et une gestion plus précises des cultures, réduisant les coûts et améliorant les rendements.

Différences entre GNSS

Les différents systèmes GNSS (GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou) sont généralement compatibles entre eux, ce qui permet à un récepteur GNSS moderne de capter les signaux de plusieurs constellations à la fois pour améliorer la précision, la couverture et la fiabilité du positionnement. Toutefois, chaque système a ses spécificités en termes de fréquence, d'architecture et d'utilisation militaire ou civile.

Conclusion

Les systèmes de navigation par satellite (GNSS) sont devenus indispensables dans de nombreuses applications quotidiennes et professionnelles, allant de la navigation personnelle à la synchronisation des réseaux télécoms. Grâce à la complémentarité entre les différents systèmes GNSS (GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou), la précision et la couverture mondiale de ces services ne cessent d'augmenter, ouvrant la voie à de nouvelles innovations dans les domaines de la mobilité, de la gestion des ressources, et des services géospatiaux.