GPS / GLONASS ? c’est qui, c’est quoi ?
GPS et/ou GLONASS ça change quoi exactement ?
A l'heure du toujours plus, des montres de plus en plus sophistiquées et complexes la guerre commerciale fait rage pour tenter de proposer le produit qui se démarquera de la concurrence.
La question d'aujourd'hui concerne nos fameux GPS intégrés qui, pour la plupart désormais, proposent en plus du système GPS l'accès au réseau GLONASS.
Qu'est ce que cela peux changer / améliorer ? Que signifient ces sigles ? et comment ça marche ?
C'est à toutes ces questions que nous allons tenter de répondre, de la manière la plus compréhensible possible, pour éclairer votre lanterne et vous permettre de choisir en connaissance de cause.
GPS c'est quoi ?
C'est l'acronyme de 'Global Positionning System' mais concrètement, qu'est ce que c'est ?
Il s'agit d'un ensemble de 24 satellites (actuellement) mis au point par l'armée américaine et qui permet, grâce à un récepteur (puce électronique) d'obtenir une géo-localisation très précise du lieu où l'on se trouve.
La précision est en moyenne de 5 à 15m, mais varie selon que l'on reçoit les signaux d'un nombre plus ou moins important de satellites simultanément. Pour se positionner, un minimum de 3 satellites serait en théorie requis. Mais en pratique, il faut également tenir compte de la synchronisation temporelle, des différentes sources d'erreur... un 4ème satellite, sans être indispensable améliore grandement la précision du calcul. Voir paragraphe suivant
Comment ça fonctionne le GPS ?
Chaque satellite émet un signal codé qui renseigne sur : sa position, l'instant au quel est émis le signal. Connaissant la vitesse de propagation des ondes électro-magnétiques (égale à la vitesse de la lumière) il est alors possible, en comparant l'instant de réception à l'instant d'émission de connaître la durée mise par le signal pour parvenir à notre récepteur.
Facile alors d'en déduire la distance qui nous sépare du satellite... et donc de trouver notre position... sur le cône qui représente tous les points du globe équidistants de notre satellite.
On comprend alors facilement que la donnée d'un seul satellite ne peut suffire à nous positionner correctement. En recoupant l'information avec un second satellite, nous obtenons 2 points possibles (à l'intersection entre les 2 cônes)... ce n'est toujours pas suffisant, puisqu'il y a alors 2 possibilités.
Il est donc nécessaire d'obtenir le message en provenance d'un 3ème satellite pour trouver avec certitude le point auquel nous sommes positionnés.
Pour les puristes en géométrie, l'intersection de 3 sphères quelconques donne 0, 1 ou 2 points de l'espace, selon la position relative des 3 sphères. Pour être certain d'obtenir un point unique, il faut donc... une 4ème sphère. Dans notre cas, la Terre pourra faire office de 4ème sphère, ce qui, pour l'explication, nous permet de simplifier le problème et le ramener dans un plan fictif, matérialisé par la surface de la Terre.
Tout serait alors parfait si....
Un grand nombre de facteurs peuvent influencer sur la qualité du signal (conditions atmosphériques, topographie des lieux, positionnement des satellites les uns par rapport aux autres....) ce qui a des conséquences sur la précision de notre géo-localisation.
L'utilisation d'un 4ème satellite (au minimum), permettra lui de corriger les différentes erreurs de mesures possibles :
- écarts entre l'horloge interne du satellite et celle de votre capteur, qui si elles ne sont pas synchronisées, ne pourront pas permettre une mesure exacte des distances capteur-satellites
- déformation du signal original lors de la traversée des différentes couches de l'atmosphère
- échos sur les bâtiments et obstacles naturels
- position relative des satellites
En schématisant un peu, notre système de satellites réalisera une sorte de quadrillage du terrain. Notre récepteur pourra connaître exactement dans quelle case il se trouve, mais ne connaîtra jamais sa position exacte dans la case. Selon les zones géographique, les perturbations, la position des satellites,... ce maillage sera plus ou moins précis et les "carrés" auront une taille généralement comprise entre 5 et 15m de côté.
Plus le nombre de satellites visibles par notre récepteur sera grand et plus il sera possible de minimiser les erreurs et ainsi donc d'augmenter la précision de notre positionnement... et de réduire la taille des carrés !
Et GLONASS dans tout cela ?
GLONASS n'est en réalité que la réponse des Russes au système américain. En effet, pour des raisons évidentes de stratégie, les Russes ont développé leur propre système de navigation, basé sur le même principe. Le système comporte également 24 satellites.
Quel intérêt pour nous ?
Précédemment, nous avons vu que plus grand était le nombre de satellites visibles par notre récepteur, meilleure était la précision. Nous pourrions donc naïvement penser que l'utilisation combinée de GPS et GLONASS, en doublant le nombre de satellites visibles améliorerai de façon très significative la précision de notre positionnement.
Malheureusement, la réponse sans être totalement catégorique, est plutôt négative ! Ceci tout simplement parce que les deux systèmes ne sont pas complémentaires, ils ne sont pas fait pour travailler ensembles.... Il n'est donc pas possible de profiter des 2 réseaux de satellites simultanément pour en cumuler les effets !
Mais alors ça sert à quoi un récepteur GPS / GLONASS ?
S'il n'est pas possible de cumuler les données des deux systèmes, en revanche nos petites puces électroniques sont capables de choisir, dans une situation donnée, le meilleur signal (ou le moins mauvais) entre les deux.
Si par exemple dans votre position, seuls 3 satellites GPS sont visibles et qu'il y en a 4 du système GLONASS, alors votre puce calculera votre position à partir du signal GLONASS... et réciproquement.
Et concrètement ?
Malheureusement, comme nous l'avons vu, la précision du positionnement ne sera pas vraiment améliorée. Mais généralement, le temps d'accroche du réseau sera plus rapide (en quelques secondes, au lieu parfois de plusieurs dizaines de secondes).
Dans les zones difficiles, il y aura moins de décrochages et de pertes puisque lorsqu'un système ne permet pas de se localiser, l'autre est en mesure de prendre le relais...
Conclusions
A la question est-il nécessaire d'avoir une puce GPS/GLONASS dans sa montre cardio-GPS... la réponse est que si cela ne peux pas nuire, cela ne change pas grand chose en termes de précision.
Comme bien souvent, l'argument principal... reste un argument purement marketing !
A l'avenir
Nous ne sommes pas encore prêt d'obtenir des tracés exact de nos sorties running, il y aura encore pour un bon moment quelques incohérences (surtout en zones urbaines ou accidentées) et nous devrons nous contenter d'une précision sur les distances parcourues réellement comprises entre 1 et 3% selon les puces et les logiciels de traitement de l'information...
La mise en place du système européen GALILEO d'ici quelques années devrait pouvoir apporter une très légère amélioration de notre positionnement, à la condition bien sûr que la qualité des signaux ne soit pas dégradée pour les applications grand public.
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J’aurais bien aimé l’écrire celui-là ….. Très intéressant …..
Merci Dominique,
ça me fait du bien de ressortir mes vieilles connaissances du temps où j’étais en école d’ingénieur 🙂
super , jaurais apris une chose tres interesente , je serait un peut moin bete quand je verais ses cignes sur une description de telephone , merci ……
Article bien écrit et simple à comprendre.
Les explications sont claires.
Bonjour,
bravo , pour moi qui ne suis pas un spécialiste du sujet, j’ai bien assimilé la démo.
Je voudrais néanmoins vous poser la question suivante, quelle est la précision de la vitesse affichée comme étant celle du véhicule. Peut elle être considérée comme étant la vitesse réelle ( contrôle radar).
Par avance merci.
En course à pieds, la vitesse instantanée ne peut être utilisée, car même les coureurs les plus rapides sont trop “lents” par rapport aux approximations de positionnement.
En revanche, en voiture, les vitesses sont nettement supérieures et les trajectoires beaucoup plus rectilignes, ce qui amoindri grandement les erreurs et la vitesse affichée est donc très proche de la vitesse réelle. En gardant malgré tout une marge de sécurité de 2km/h par rapport à la tolérance, vous n’avez aucun risque de vous faire flasher. Par exemple sur autoroute, pour une limite à 130 km/h la tolérance est de 5% soit 6,5 km/h… donc à 137 réel on est flashé, en se calant à 134 sur le GPS il n’y a aucun risques 🙂
Très intéressent, merci pour ces infos
‘écarts entre l’horloge interne du satellite et celle de votre capteur, qui si elles ne sont pas synchronisées, ne pourront pas permettre une mesure exacte des distances capteur-satellites’. Non, je ne crois pas : les horloges embarquées sont des horloges atomiques..donc votre téléphone qui a une horloge à quartz, genre 100 000 fois moins précise, ne peut se ‘synchroniser’ avec elles d’autant que 1 il reçoit justement chaque satellite avec un décalage différent. Avec lequel il se synchroniserait ? 2 les horloges embarquées subissent des effets relativistes qui fait que leur temps ne s’écoule pas à la même vitesse qu’en surface.
Donc le calcul qui a lieu en réalité dans le téléphone est uniquement basé sur la mesure des écarts de réception du même top selon le satellite qui l’emet, mesure effectivement faite par l’horloge du phone/montre. Comme les satellites divulguent aussi leur trajectoire en temps réel, ces différences permettent effectivement de remonter aux distances, donc aux sphères (mais sans calcul direct de la distance RS par le ‘retard’ du signal)
La vitesse du récepteur est calculée autrement : Effets doppler je pense.
Très bon article sur GPS et GLONASS ! Bien que leur combinaison n’augmente pas la précision, elle permet une connexion plus rapide et une meilleure couverture. Cependant, l’argument principal reste marketing. Il serait intéressant d’examiner d’autres systèmes de géolocalisation, comme GALILEO, et leurs avantages potentiels.