Le principe du positionnement par GPS (Global Positioning System) repose sur la mesure du temps de transit d'un signal entre des satellites et un récepteur.
Le système comprend 24 satellites placés sur des orbites pratiquement circulaires d'altitudes voisines de 20 200 km. Par exemple pour NAVSTAR 62, le périgée est 20146 km et l'apogée est 20219 km. La période des satellites est 718 mn : Compte tenu de la rotation de la Terre, chaque satellite se retrouve ainsi au dessus du même point après 2 rotations complètes.
La vitesse des satellites est voisine de 14 000 km/h. La durée de vie des satellites est de l'ordre de 8 ans. Tous les satellites actuellement en service sont de la seconde ou de la troisième génération.
Les satellites sont placés sur six orbites dont le plan est incliné de 55° par rapport au plan de l'équateur. Ces orbites sont décalées en longitude de 60°.
Sur chaque orbite, il y a quatre satellites. On peut noter que les satellites ne sont pas régulièrement espacés sur l'orbite. Leur répartition a été choisie pour optimiser le nombre de satellites visibles en chaque point de la Terre. Les zones les plus défavorisées sont voisines des pôles.
Trois stations terrestres contrôlent les horloges atomiques des satellites. A cause de la vitesse élevée des satellites et de la valeur différente de la gravité il faut tenir compte des corrections relativistes : Les horloges des satellites avancent de 38 µs par jour par rapport à une horloge placée sur terre.
En plus des 24 satellites en fonctionnement, il y a aussi 3 satellites de secours en orbite.
Pour améliorer la précision du système (surtout pour la détermination des altitudes) le gouvernement américain a complété le système GPS par le système WAAS (Wide Area Augmentation System). Ce système permet de tenir compte des modifications de la vitesse de la lumière dans l'ionosphère. WAAS utilise des balises terrestres situées aux États Unis et des satellites qui émettent, en plus de leurs signaux spécifiques, les signaux des satellites GPS. Ces satellites sont également utilisables par les récepteurs conventionnels.
A côté du système américain GPS, on trouve aussi le système russe GLONASS, le système chinois BEIDOU et le système européen GALILEO dont le déploiement doit s'achever vers 2020. Pour ce dernier la précision attendue pour le service de base, gratuit, est de 4 mètres horizontalement et de 8 mètres en altitude. Un niveau de qualité supérieur (précision jusqu'a 10 cm) sera fourni (services payants). Le système GALILEO comportera 24 satellites et 6 de rechange. Les satellites d'une masse d'environ 700 kg, circulent sur des orbites de rayon 23 222 kilomètres dans trois plans orbitaux distincts avec une inclinaison de 56°.
Utilisation :
Ce programme présente une animation du mouvement des satellites GPS.
L'échelle respecte la taille de la Terre et celle des orbites.
Sur la Terre figurent l'équateur, la ligne des pôles et un point P de latitude 48° et de longitude 0°.
Les satellites ont la couleur de leur orbite. Il sont représentés par un disque s'il sont visibles du point P et par un cercle dans le cas contraire.
Un satellite S est supposé visible depuis P si l'angle entre PS et la verticale en P est inférieur à 82°.
En fait à cause de la topographie le nombre de satellites visibles est toujours inférieur au nombre théorique.
Les données sur la position des satellites proviennent d'un site du gouvernement des États Unis.
Pour changer l'angle de visiont cliquer sur le bouton gauche et glisser la souris dans le cadre..
La case à cocher permet de visualiser des droites joignant P aux satellites visibles de P.