LE GPS ou NAVSTAR Introduction Présentation Généralités Segment spatial Segment de contrôle Segment utilisateur 3) Fonctionnement du système GPS 4) Utilisation du GPS en VFR 5) Évolutions et projets en cours 6) Conclusion

Introduction G.N.S.S (Global Navigation Système). NAV.S.TAR-G.PS à été crée dans les années 70. GLO.NA.S.S (GLObal NAvigation Satellite System). Le G.P.S est un système utilisant des satellites militaires, Américains. Pour l’OACI la navigation par satellite est amenée à remplacer les autres moyens de navigation, comme les VOR…

2) Présentation Généralités: Comment fonctionne un système G.P.S ? Avant toute chose il faut que vous sachiez qu’il existe différentes orbites pour les satellites, et que fonction de celles-ci, les systèmes seront plus ou moins précis et performants.

Les différentes ORBITES

Orbites géostationnaires La vitesse et la direction du satellite correspondent a peu près à la rotation de la terre de telle sorte que le satellite semble stationnaire au dessus d'un point fixe sur l'équateur. Ces orbites ne peuvent être réalisées que pour les satellites qui évoluent dans le plan de l'équateur terrestre.

2) Orbites fortement excentriques Lorsque les satellites évoluent en orbite inclinée fortement elliptique, leur vitesse apparente semble, pour l'usager, relativement faible compte tenu de la vitesse de rotation de la terre, ces satellites sembleront presque stationnaires au-dessus d'une zone géographique.

3) Orbites circulaires inclinées Ces satellites défilent par rapport à la terre dans des plans qui font des angles plus ou moins grands avec le plan équatorial terrestre. C’est ces orbites qui vont êtres utilisées pour le système GPS.

Le Segment SPATIAL Il s'agit de l'ensemble des satellites américains utilisés pour ce système. Les satellites émettent en continue des ondes en direction de la terre qui sont reçues par les récepteurs portatifs (segment utilisateur). Ces satellites lancés à partir des années 70 et opérationnels depuis 1994, sont au nombre de 24 et sont répartis sur 6 orbites circulaires inclinées de 55° par rapport au plan équatorial. Ces satellites sont situés à une altitude de 20200 km et effectuent une rotation en sensiblement 24 heures.

La constellation des satellites GPS

On voit ici la répartition des 24 satellites et on remarque aussi que 21 satellites sont utilisés pour le système G.P.S et que 3 satellites dit de secours peuvent prendre le relais en cas de panne d'un satellite.

Si l’on considère le cercle formé par l'équateur comme un plan les six orbites circulaires forment un angle de 55° avec ce plan.

Ces six orbites circulaires sont espacées de 60°. Ici on a la première et la troisième orbite circulaire donc 3x60°=180° la disposition de ces 24 satellites permet aux récepteurs G.P.S de toujours capter entre 5 et 8 satellites en tout point du globe.

Que contiennent les ondes envoyées par les satellites ? L'heure d'envoi de l'onde. La position du satellite. L' éphéméride de l'orbite suivie, cette dernière permettant au récepteur d'identifié le satellite reçu ainsi que les données de son orbite. Des codes qui permettrons la mesure de distance.

Segment de CONTRÔLE. Il s’agit de l’ensemble des bases de contrôle qui suivent chaque seconde la trajectoire de chaque satellite. Elles sont au nombre de 5 : Iles Hawaï et Marshall (Pacifique), Ascension (Atlantique), Diego Garcia (Océan Indien) et Colorado Springs (USA).

Stations de contrôles

Stations de contrôle Ces stations de contrôles ont pour but de suivre les 24 satellites. Calculer les leurs positions( éphémérides). Recaler leurs horloges atomiques.

Segment utilisateur Ce segment est le segment final qui va nous permettre de calculer les positions et les distances.

Étudions le cas d’un récepteur captant les ondes d’un seul satellite

Le principe est de synchroniser le signal du récepteur avec celui du satellite

Maintenant que nous avons cette valeur, il nous suffit de faire un simple calcul Vitesse = distance du trajet/ durée mise pour effectuer le trajet. Comme nous recherchons la distance qui nous sépare du satellite, il nous faut faire le calcul suivant. Ceci impose donc des horloges très précises.

Pour déterminer la position du récepteur sur le globe, il nous faut en fait trois satellites pour utiliser la méthode de triangulation.

Nécessité d’un quatrième satellite Ce quatrième satellite peut être utilisé par le récepteur pour corriger les défaillances de son horloges lors de la synchronisation des signaux (calcul de la distance), mais est aussi utilisé pour calculer l’altitude du récepteur.

Les erreurs La disponibilité sélective (SA) Les perturbations atmosphériques : La GDOP:ou DOP

La GDOP

Les trajets multiples

Amélioration grâce au DGPS Les erreurs de mesure sont alors pratiquement toutes inférieures à 10m.

Intégrité du système: On appelle intégrité la capacité du système à fournir une alarme au pilote lorsque le système de navigation ne peut plus être utilisé avec la précision requise. Cette détermination de l'intégrité doit être faite à bord de l'aéronef: ·         Soit par l'équipement lui même (RAIM) RAIM: Receiver Anonymous Integrity Monitoring. ·         Soit par comparaison avec d'autres systèmes de navigation. ·         Soit par le pilote en contrôlant lui-même sa navigation, par repérage au sol.

Classes des G.P.S homologués Les classes A possèdent: La partie calcul de navigation en plus de la partie réception GPS. La fonction RAIM. Les classes B correspondent à un équipement qui envoie des informations vers un système de navigation. Les classes C sont identiques à la classe B mais peuvent êtres couplés à un pilote automatique.

Utilisation des GPS en VFR: Les GPS qui disposent de la fonction RAIM peuvent êtres utilisés pour les vols VFR: Ø      Pour les vols sans visuel du sol ou de l'eau. Ø      De jour pour les survols de l'eau, de régions inhabitées ou sur certains itinéraires lorsqu'un équipement de radionavigation est requis. Ø      De nuit. Les GPS qui ne disposent pas de la fonction RAIM, ne doivent êtes utilisés qu'en vue du sol et de jour uniquement.

Cas particulier des GPS portables: Les pilotes sont avisés que l'utilisation de tels systèmes est faite sous leur entière responsabilité, et leur fonctionnement peut être à l'origine de perturbations pour les instruments tels que le compas ou le fonctionnement des VOR, ADF etc.….

Évolutions et projets en cours

GALILEO Projet Européen lancé en 1999 30 satellites Intégrité du système Exploitation à partir de 2008

EGNOS Première étape du projet GALILEO. Devrais être disponible actuellement. Donne une précision de 2,5 m en horizontal et 4,5 M en vertical compatible avec les approches de CAT 1.

WASS C’est la version Américaine d’EGNOS. Précision de 7 m en horizontal et vertical.

Conclusion: Avant toute utilisation d'un GPS il faut vérifier l'intégrité de la base de données. L'utilisation d'un GPS ne vous dispense pas d'effectuer une préparation consciencieuse de votre journal de navigation. Enfin assurez-vous d'avoir une connaissance suffisante et approfondie de l'équipement utilisé.