Quels récepteurs pour quelles précisions ?

La précision du positionnement GPS dépend déune part de la quantité d'information qu'un récepteur est capable de décoder, d'autre part de la technique utilisée pour calculer une position.

Les récepteurs les plus simples - et les moins précis - déterminent leur position simplement à partir du temps de propagation du signal GPS par rapport à au moins quatre satellites. Ce type de récepteur et de calcul permet d'atteindre une précision horizontale de 50 à 100 mètres en temps réel. A l'opposé, un récepteur qui décode la totalité du signal GPS et utilise des mesures sur la phase du signal GPS en plus des mesures de distance satellites-récepteur, peut permettre d'atteindre une précision de quelques millimètres. Ces récepteurs comptent le nombre de longueurs d'ondes (de "phases") qui se sont propagées entre un récepteur et un satellite. Ils peuvent travailler sur une fréquence (monofréquence) ou deux (bifréquence).

Une précision millimétrique ? Pas si simple...

Mais attention, la technologie des récepteurs n'est pas seule en jeu ! Un positionnement GPS précis à quelques millimètres près n'est possible qu'en temps différé, en traitant les donnéees a posteriori par des algorithmes complexes prennant en compte toutes les sources d'erreurs possibles. Et celles-ci sont nombreuses ! Citons en particulier l'influence de l'atmosphère terrestre (en particulier l'ionosphère et la troposphère), dont les constituants ralentissent la propagation du signal GPS par rapport à la vitesse théorique de la lumière, et celle de la précision avec laquelle sont connues les orbites des satellites GPS. Il faut en outre opérer en relatif, c'est-à-dire se positionner par rapport à un ou plusieurs récepteurs en poste fixe, situés sur un point dont la position est très bien connue. Le positionnement relatif permet en effet de minimiser les erreurs communes aux deux stations (effets atmosphériques, imprécisions sur les orbites des satellites, ...) pour des distances entre deux récepteurs allant jusqu'à 20 km. Au-delà de cette distance, le problème est plus complexe et encore du domaine de la recherche.

Le GPS différentiel : la précision optimale au moindre coût

Peut-on faire plus simple, en particulier se passer de l'étape de traitement des données ? Oui, mais aux dépens de la précision. En effet, à la place d'annuler par le calcul les erreurs induites par l'atmosphère et les orbites des satellites, on peut tout simplement utiliser des corrections toutes prêtes, calculées et fournies par un autre récepteur. C'est la technique dite du "GPS différentiel", utilisée très couramment pour la navigation maritime.

Son principe est simple : une station GPS de référence, à terre, calcule en permanence l'erreur (en d'autres termes le délai de propagation) associée à chaque satellite et diffuse les corrections correspondantes par radio vers les récepteurs GPS. Ceux-ci intègrent ces corrections dans leur calculs, ce qui leur permet d'atteindre une précision de l'ordre de 10 mètres. Suffisante pour rentrer au port les yeux fermés ! Cette technique a l'avantage de fonctionner avec des rècepteurs très simples et bon marché (de type monofréquence et n'enregistrant pas la phase du signal GPS) mais n'est applicable que si l'on se trouve dans un rayon de moins de 100 km de la station de référence. Au-delà de cette distance, les variations latérales de l'atmosphère terrestre deviennent importantes et les corrections émises par la station de référence ne sont plus valables.

Eric Calais - UMR Géosciences Azur - CNRS