Comment fonctionne un GPS ?

Le GPS, ou Global Positioning System, est un système de positionnement par satellite qui permet à un récepteur de déterminer où il se trouve sur Terre. Il est utilisé par les smartphones, les systèmes de navigation automobile, les appareils de randonnée et de nombreux équipements de transport. Son fonctionnement repose sur un principe précis : des satellites émettent des signaux radio indiquant notamment l’heure d’émission et leur position, puis le récepteur compare ces informations avec l’heure de réception pour estimer les distances qui le séparent des satellites.

Des satellites qui servent de repères

Les satellites GPS sont placés sur des orbites autour de la Terre et se déplacent selon des trajectoires connues. Ils embarquent des horloges très précises et transmettent en permanence des signaux radio. Ces signaux contiennent des données permettant au récepteur de savoir à quel moment ils ont été envoyés et où se trouvait le satellite à cet instant. Comme les ondes radio se propagent à une vitesse proche de celle de la lumière, le temps de trajet du signal peut être converti en distance. Le récepteur ne reçoit donc pas directement une indication de position : il rassemble les signaux de plusieurs satellites et effectue les calculs nécessaires à partir de ces repères.

Mesurer des distances pour calculer une position

Lorsqu’un récepteur connaît la distance qui le sépare d’un satellite, sa position possible se trouve sur une sphère imaginaire centrée sur ce satellite. La combinaison des mesures provenant de plusieurs satellites réduit progressivement cette zone. En pratique, un récepteur utilise généralement au moins quatre satellites pour obtenir une position en trois dimensions. Ces mesures permettent de calculer la latitude, la longitude et l’altitude, tout en corrigeant l’écart entre l’horloge du récepteur et celles, beaucoup plus précises, des satellites. Le terme de trilatération décrit mieux ce procédé que celui de triangulation : le calcul repose principalement sur des distances, et non sur des angles.

Une précision influencée par l’environnement

La qualité de la position obtenue dépend de la précision des signaux et des conditions de réception. L’ionosphère et la troposphère peuvent modifier légèrement la propagation des ondes radio. Des bâtiments, des reliefs ou des arbres peuvent aussi bloquer les signaux ou provoquer leur réflexion, ce qui perturbe le calcul. Le récepteur peut améliorer le résultat en utilisant plusieurs signaux ou plusieurs systèmes de navigation par satellite, mais le principe reste le même : comparer les instants d’émission et de réception de signaux provenant de satellites dont les positions sont connues. Le GPS fournit ainsi une estimation calculée de la position, et non une localisation obtenue par une liaison directe avec un satellite.