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Précision des récepteurs GPS et sources d'erreurs

Le système GPS indique votre emplacement, votre altitude et votre vitesse avec une précision quasi parfaite ; cependant, certaines sources d'erreurs intrinsèques doivent être prises en compte lorsqu'un récepteur lit des signaux GPS provenant de la constellation de satellites en orbite au-dessus de nos têtes.

La principale source d'erreurs des récepteurs GPS est due au chronométrage inexact de l'horloge du récepteur. Les signaux radio micro-ondes se déplaçant à la vitesse de la lumière à partir de trois satellites au minimum sont utilisés par l'ordinateur intégré du récepteur pour calculer sa position, son altitude et sa vitesse.

GPS imageDe petites divergences entre l'horloge intégrée du récepteur GPS et l'heure GPS, qui synchronise l'ensemble du système GPS, suffisent à provoquer des erreurs de calcul des distances. Il existe deux solutions à ce problème. La première consiste à placer une horloge atomique, dont le prix s'élève à 100 000 €, dans chaque récepteur. La seconde consiste à utiliser des astuces mathématiques pour compenser l'erreur de chronométrage en fonction de la façon dont les signaux de trois satellites ou plus sont détectés par le récepteur, ce qui permet à ce dernier de réinitialiser son horloge. Cette seconde méthode constitue la solution la moins coûteuse utilisée par les fabricants de systèmes de navigation par satellite.

Une autre source d'erreurs intrinsèque est liée au fonctionnement du système. Les récepteurs GPS analysent trois signaux provenant des satellites et calculent le temps mis par chaque signal pour parvenir jusqu'à eux. Ils effectuent alors un calcul de trilatération pour indiquer l'emplacement exact du récepteur. Le débit de transmission des signaux par les satellites est spécifique.

Malheureusement, le détecteur électronique intégré aux systèmes GPS standard n'est exact que jusqu'à 1 % d'un « bit time ». Cela correspond environ à 10 milliardièmes de seconde (ou 10 nanosecondes). Comme les signaux GPS micro-ondes se déplacent à la vitesse de la lumière, cela équivaut à une erreur d'environ 3 mètres. Ainsi, les GPS standard peuvent déterminer une position à 3 mètres près. Les récepteurs plus sophistiqués utilisés pour les applications militaires sont dix fois plus précis, avec une marge d'erreur de 300 millimètres seulement.

Par ailleurs, il arrive que les perturbations atmosphériques provoquent d'autres erreurs en modifiant les signaux avant qu'ils n'atteignent un récepteur. Les surfaces réfléchissantes, telles que les façades d'immeubles et d'autres objets solides et volumineux, peuvent également entraîner des problèmes de précision. Enfin, on peut rencontrer des problèmes relatifs à la précision du chronométrage et aux données intégrées à un satellite particulier. Les récepteurs GPS parviennent à éviter ce type de problème en tentant de se baser sur plus de trois satellites pour récupérer des données cohérentes.