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Les États-Unis lancent un important programme de renforcement du GPS

Cheryl Pellerin, rédactrice du « Washington File »

vendredi 24 mars 2006, sélectionné par Spyworld

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La nouvelle génération de satellites de positionnement promet une série d’améliorations.

Le ministère du commerce des États-Unis a annoncé, le 25 janvier 2006, le lancement d’un important programme de renforcement du Système mondial de positionnement, connu sous son sigle anglais GPS, ainsi qu’une série d’améliorations futures de ce dispositif qui assure à des dizaines de millions d’utilisateurs tant civils que militaires des données fiables en matière de positionnement, de navigation et de synchronisation.

M. David Sampson, vice-ministre du commerce, a indiqué, lors d’un forum tenu le 25 janvier pour les médias, que l’armée de l’air des États-Unis avait déployé, en septembre 2005, le premier d’une nouvelle génération de satellites destinés à renforcer le GPS. Déclaré opérationnel en décembre 2005, ce satellite diffuse un second signal civil appelé LC2 qui améliore la précision et la fiabilité des données lorsqu’il est combiné avec le signal originel.

Destiné à l’usage commercial, le signal LC2, d’une puissance supérieure, va améliorer le rendement des récepteurs GPS en milieu urbain ainsi qu’à l’intérieur d’immeubles. De plus, sa réception exige moins d’énergie, ce qui constitue un atout important pour des appareils à piles tels que les téléphones portables.

La technologie GPS a d’innombrables applications, dans les voitures, les bateaux, les avions, mais aussi dans les téléphones portables, les montres et les ordinateurs. On s’en sert pour la navigation, l’agriculture, l’exploitation minière, le bâtiment, le cadastre, les taxis, la gestion de la chaîne d’approvisionnement, la livraison de colis et une myriade d’opérations techniques et scientifiques.

Les géologues emploient le GPS pour mesurer la dilatation des volcans et le mouvement des lignes de faille, les écologistes pour cartographier les différences dans un couvert forestier, les biologistes pour suivre la piste d’animaux à l’aide de colliers pourvus d’un émetteur radio, et les géographes pour définir les relations spatiales entre les formes du relief terrestre.

Le GPS contribue aussi à la sécurité publique en aidant à prévenir les accidents de la route et en réduisant le temps que mettent les ambulances, les camions de pompiers et d’autres véhicules prioritaires à répondre aux urgences.

Les débuts du GPS

À l’instar de l’internet, qui est le fruit d’un projet de recherche engagé en 1969 par le ministère de la défense des États-Unis, le GPS était à ses débuts un projet militaire des années 1960 et 1970. Il s’agissait de placer des horloges atomiques à bord de satellites en vue d’utiliser les données obtenues pour la navigation.

Le système se compose de plusieurs éléments : une constellation de 24 satellites terrestres NAVSTAR (administrée par l’armée de l’air américaine) pourvus d’horloges atomiques, des stations terrestres pour commander le système, 5 satellites d’appoint sur orbite et des récepteurs pour les utilisateurs.

Le lancement de ces satellites a commencé en 1978 et des satellites de deuxième génération ont été déployés à partir de 1989. Le GPS est devenu pleinement opérationnel en 1995, doté d’un signal pour usage militaire et d’un autre signal moins précis pour usage civil. Mais le marché commercial s’était en fait ouvert plus de dix ans plus tôt.

En 1983, des chasseurs soviétiques ont intercepté et abattu un avion civil de la Korean Air Lines transportant 269 passagers et qui s’était introduit par mégarde dans l’espace aérien de l’Union soviétique. Le fait qu’un outil de positionnement plus précis aurait peut-être prévenu cette catastrophe a incité le président Ronald Reagan à décider que les signaux GPS seraient mis gratuitement à la disposition du monde entier lorsque le système serait mis en place. Depuis lors, le marché commercial n’a cessé de grandir.

En 2004, le président Bush a promulgué une réglementation mise à jour qui continue d’exonérer les utilisateurs civils GPS de droits directs d’utilisation.

Le fonctionnement du GPS

Les satellites du GPS transmettent des signaux à des récepteurs situés au sol. Ces récepteurs doivent être situés dans un endroit dégagé, si bien que la technologie actuelle est utilisée principalement à l’air libre et ne fonctionne pas bien dans les régions montagneuses ou à proximité d’une forêt ou de grands immeubles.

Chaque satellite transmet des données qui indiquent son emplacement exact ainsi que l’heure. Tous les satellites synchronisent leurs opérations de façon que ces signaux répétés soient transmis simultanément. Des stations terrestres suivent avec précision l’orbite de chaque satellite.

Les satellites du GPS transmettent des signaux sur deux fréquences porteuses principales : L1 et L2. Ces signaux, se déplaçant à la vitesse de la lumière, parviennent au récepteur GPS à un moment légèrement différent puisque certains satellites sont plus éloignés que d’autres.

On peut calculer la distance séparant le récepteur des satellites en estimant le temps que met le signal à parcourir cette distance. Lorsque le récepteur estime la distance qui le sépare d’au moins quatre satellites, il calcule sa position en trois dimensions.

La précision du calcul dépend du récepteur. La plupart des récepteurs à main ont une précision de 10 à 20 mètres. D’autres emploient une méthode appelée GPS différentiel (DGPS) qui assure une bien meilleure précision. Cette méthode emploie un récepteur mobile et une station de référence. La station de référence est équipée d’un récepteur, d’un transmetteur et d’une antenne GPS de haute qualité dont on connaît le positionnement de manière précise. Les signaux GPS reçus sont corrigés, puis retransmis localement sur une fréquence prédéterminée. La précision de positionnement atteint parfois moins de 1 mètre.

Lors de la création du GPS, le ministère de la défense des Etats-Unis avait introduit de légers décalages de synchronisation dans ses transmissions de façon à limiter à une centaine de mètres la précision des récepteurs non militaires. Cette « disponibilité sélective » a été éliminée en mai 2000.

Le développement international du GPS

Des recherches sont en cours, à l’heure actuelle, aux États-Unis, en Australie, en France, au Royaume-Uni et au Japon sur une technique de positionnement dite « omniprésente ». Ce système d’une haute précision, d’un coût abordable et qui fonctionnerait en tout point du globe, en tout temps, n’est pas près de voir le jour.

Entre-temps, divers pays, dont la Russie, les États de l’Union européenne, le Japon et la Chine, sont en train de mettre au point leur propre système international de navigation par satellite.

Le système russe, appelé GLONASS (« Global Navigation Satellite System ») est un dispositif de navigation par radiosatellites dont les satellites sont entrés en service à partir de 1983. Administré par les forces spatiales russes pour le compte du gouvernement de Russie, ce système a été achevé en 1995.

À l’instar du GPS, le GLONASS emploie 24 satellites, dont 21 en service et 3 d’appoint sur orbite. En raison des difficultés économiques que traverse la Russie, il n’y a actuellement que 14 satellites en service, selon des rapports parus dans la presse.

Les Russes ont cependant mis au point une nouvelle génération de satellites GLONASS dotés d’une durée de vie de 7 ans et ont lancé en bloc 3 de ces satellites le 26 décembre 2004. Un satellite GLONASS encore plus performant, plus léger et d’une durée de vie de 10 à 12 ans, devrait voir le jour en 2008.

En coparticipation avec la Russie, le gouvernement indien a consenti à partager les coûts du développement des nouveaux satellites GLONASS et à en lancer deux de son territoire. Grâce à ce concours, les Russes pensent pouvoir rendre GLONASS de nouveau opérationnel en 2008 avec 18 satellites, et en 2010 avec 24 satellites.

L’Union européenne (UE), de son côté, est en train de construire un dispositif qui fera la concurrence tant au GPS qu’au GLONASS. Baptisé Galileo, ce système de positionnement composé de 30 satellites devrait entrer en service en 2010.

Galileo est conçu comme un système offrant aux utilisateurs une plus grande précision que celle qui leur est donnée actuellement et permettant la couverture de signaux satellitaires à de plus hautes latitudes. Un seul des quatre systèmes prévus de navigation sera offert gratuitement aux clients.

Depuis 2003, plusieurs pays se sont joints à ce projet, notamment la Chine (qui y investit 296 millions de dollars), Israël, l’Ukraine, l’Inde, le Maroc, l’Arabie saoudite et la Corée du Sud.

Le Japon projette quant à lui de se doter d’un système de positionnement régional à 3 satellites. Dénommé « Quasi-Zenith Satellite System » (QZSS), il complètera le GPS et fonctionnera en tandem avec lui. Le lancement du premier satellite est prévu pour 2008, celui des deux autres en 2009.

Le QZSS pourrait améliorer le service régional de positionnement, de synchronisation et de navigation pour des utilisateurs au Japon et au voisinage de ce pays, là où les accidents du terrain et la forte densité de la population rendent le GPS parfois inefficace.

La Chine, enfin, s’emploie à créer un système indépendant de positionnement par satellites. Le « Twinstar Rapid Positioning System » ou « Système de navigation Beidou », se compose de deux satellites placés sur orbite géosynchrone.

Deux satellites ont été lancés en 2000 et la Chine projette de compléter le système au moyen d’une deuxième paire. Un autre satellite a été placé sur orbite en 2003. La Chine s’est également associée, comme on l’a vu, au système Galileo de l’UE.

L’avenir du GPS

Au cours des 10 dernières années, les États-Unis ont apporté plusieurs améliorations au service GPS, notamment de nouveaux signaux pour usage civil et une précision et une intégrité accrues pour tous les utilisateurs.

Les nouveaux signaux satellitaires pour usage civil sont dénommés L2C, L5 et L1C.

L2C, actuellement en service, s’améliorera à mesure que de nouveaux satellites viendront s’ajouter à la panoplie GPS. Il sera également compatible avec le QZSS japonais.

L5 entrera en service après que les nouveaux satellites auront été lancés cette année. Ce signal transmettra à une plus haute puissance que les signaux civils actuels et auront une largeur de bande supérieure. Il sera compatible avec Galileo, GLONASS et QZSS. Sa fréquence plus basse pourrait améliorer la réception à l’intérieur d’immeubles.

L1C est le résultat d’un accord concernant le GPS et Galileo, conclu entre les États-Unis et les États membres de l’UE qui souhaitent créer un signal compatible et interopérable sur la fréquence L1. L1C sera de conception avancée et sera diffusé à un niveau de puissance supérieur.

« Les ventes de récepteurs GPS dépassent 20 milliards de dollars par an, et continueront d’augmenter à un rythme rapide, selon les estimations de l’industrie », a déclaré M. Sampson, ajoutant que plus de 95 % des unités vendues étaient destinées à un usage civil.

« Ce développement et cet essor extraordinaires résultent d’une politique publique cohérente qui encourage l’usage tant civil que militaire du GPS », a conclu M. Sampson.


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