- Parlons Espace: Archives -

 

 

Avenue Jean Gonord
BP25855
31506 TOULOUSE cedex 5

Amis Cite Espace sur Google+ Amis Cite Espace sur Facebook

 

Géolocalisation

div

 

Derrière ce néologisme se cache une action très concrète qui vise à situer sur terre, dans l’air et dans les mers une personne, un animal  ou un objet mobile ou fixe. Cette notion n’est pas nouvelle et depuis toujours les voyageurs et les navigateurs ont développé leur ingéniosité pour connaitre leur route et leur position dans leur parcours. Ce qui est nouveau depuis les ondes radio et l’ère spatiale, c’est la généralisation de ce pointage des êtres et des objets que la technologie réalise trop souvent à leur insu. Les systèmes spatiaux de localisation ont permis de sauver beaucoup de vies et ils le font encore dans de nombreuses situations où une avarie, un accident ou une simple fausse route en exploration mettent en danger des voyageurs. Depuis l’observation du soleil et des étoiles jusqu’à l’utilisation des satellites, l’espace a de tout temps aidé les hommes à se repérer et à trouver leur chemin.

 

 

HISTOIRE DE LA LOCALISATION

Ce sont tout d’abord les marins qui eurent besoin de se repérer pour rentrer au port ou suivre leur route. Longtemps, ils s’éloignèrent peu des côtes mais l’appel de la découverte les fit s’aventurer de plus en plus loin en haute mer. Ils se tournèrent vers le soleil et les constellations pour leur indiquer leur position. Des moyens qu’on s’efforça de perfectionner permirent de mesurer la hauteur des astres, puis il y eut la boussole et les horloges de bord pour préciser la longitude.

Approches hertziennes

Avec l’apparition de nouveaux moyens techniques, la localisation se généralisa aux contrées occupés par l’homme. Pour qu’elle soit précise, il fallut cartographier  les territoires et préciser un géoïde de référence (GWS 72 et 84) pour appliquer les mesures faites sur une base exacte. Cette bonne connaissance de la zone où l’on localise est toujours d’actualité notamment dans les parties urbaines  en pleine mutation. Sans ce travail ingrat, pas de géolocalisation!

Système LORAN-C

Dès les années 1930, les  ondes hertziennes  firent apparaitre de nouvelles méthodes pour localiser un mobile. D’abord par radio sur un principe proche de la triangulation. La dernière guerre en  accéléra  le développement et chaque belligérant eut son propre système. On peut citer le Gee et le Decca (G-B), le Lorentz (All.) et celui qui eut la plus longue carrière, le LORAN-C (USA). Trois stations assuraient une couverture pouvant atteindre 2400 km avec une précision de 15 à 20 km. Les fréquences étaient très basses autour de 100 kHz. Le Loran-c n’est pas entièrement désactivé et il pourrait servir de secours en cas de défaillance des moyens spatiaux (GPS, ...).

Systèmes VOR, TACAN, VORTAN, ILS... etc

L’aéronautique s’est dotée de nombreux systèmes d’aide à la navigation et à l’atterrissage qui précisent la position de l’avion par rapport à des stations fixes et qui contribuent à sa localisation. Ils sont rappelés ci-dessus pour mémoire

 

LE RADAR

L’autre application des ondes radioélectriques qui devint opérationnelle vers 1940 est le radar où la cible n’est pas active et qui fonctionne par réflexion de l’onde émise. Le radar s’est beaucoup perfectionné et reste un des meilleurs moyens de détection des mobiles aériens. C’est l’outil principal du contrôle de la circulation aérienne.

 

LES MOYENS SPATIAUX

Les satellites ont permis d’envisager une couverture mondiale pour la localisation des personnes et des objets. L’effet Doppler qui modifie la fréquence reçue selon que la source se rapproche ou s’éloigne peut être utilisé pour situer les positions relatives de la source et du récepteur. C’est la première méthode de localisation spatiale utilisée. En améliorant les horloges atomiques de bord, d’autres dispositifs qui équipent les systèmes modernes purent exploiter la mesure de distance source-récepteur.

Après Spoutnik

Système TRANSIT

En recevant le bip-bip de Spoutnik 1, les Américains remarquèrent la grande précision de mesure de l’effet Doppler et pensèrent que ce décalage de fréquence pouvait être appliqué à la localisation. Le principe du système  TRANSIT (ou Navsat) en découla et le premier lancement de satellite eut lieu en 1960. Le système utilise 5 satellites actifs à 1100 km d’altitude et 5 satellites placés en secours Sa précision est de l’ordre de 200 m.. D’abord militaire pour permettre aux sous-marins Polaris de se situer et de recaler leur centrale de navigation, le système devint civil quelques années plus tard et fut mis à la disposition des  utilisateurs divers. Une cinquantaine de satellites Transit ont été lancés et le système a fonctionné jusqu’en 1996.

Solutions modernes

Les systèmes  GNSS (Global Navigation Satellite System)

Il s’agit sous ce sigle général de tous les systèmes modernes à couverture mondiale qui permettent de localiser un récepteur sur la Terre. Ils sont constitués d’une constellation de satellites à défilement  souvent complétée par des stations au sol permettant d’améliorer la précision des mesures  (DGPS ou EGNOS). En raison de leurs applications militaires, il subsiste une menace sur la pérennité de leurs utilisations civiles qui peuvent être supprimées ou dont la précision peut être dégradée. Chaque grande puissance a donc développé un système qui lui est propre et qui fonctionne avec une constellation de satellites sur des principes comparables. En plus du GPS américain qui est le plus connu, il y a, réalisés ou en installation, le système russe GLONASS,  le système européen GALILEO ainsi que le système chinois BEIDOU qui utilise aussi des satellites géostationnaires. Nous vous les avons déjà présentés dans l'article GPS de la rubrique Parlons Espace de notre site.

Système  GPS (Global Positioning System )

Fonctionnement

C’est le premier réalisé et le plus connu des GNSS. A l’étude depuis 1978, il ne devint opérationnel qu’en 1995 principalement pour usage militaire. L’utilisation civile est autorisée rapidement mais avec une précision dégradée jusqu’en 2000. Aujourd’hui la localisation GPS s’est généralisée et le nombre des applications est considérable avec un marché important de récepteurs GPS. Le système est composé d’une constellation de 24 satellites répartis sur six plans orbitaux inclinés de 55° sur l’équateur. Ces satellites de 800 kg sont sur une orbite circulaire de 12h  à 20.000 km d’altitude. Ils travaillent sur deux fréquences à 1,57 Mhz et à 1,23 Mhz. Ils sont équipés d’une Horloge atomique d’une extrême précision. Les récepteurs ont de leur côté un oscillateur à quartz qui ne peut pas être aussi précis. Pour simplifier, ces horloges vont permettre de mesurer le temps mis par le signal pour aller du satellite au récepteur, donc la distance qui les sépare. Ces mesures faites avec au moins 4 satellites dont la position est connue avec précision donnent 4 ou plus sphères de localisation et une intersection commune qui situe le récepteur. Le calcul permet de corriger le défaut de précision de l’horloge à quartz du récepteur. A noter qu’il n’y a qu’une liaison descendante sur deux fréquences du satellite vers la Terre. C’est ce signal qui porte toutes les informations utiles qu’exploitent les récepteurs pour se localiser. Navstar (nom du système GPS) comprend 5 stations au sol pour contrôler le fonctionnement  des satellites et mettre à jour les données diffusées vers la Terre. Il existe 2 niveaux de précision de localisation. Le niveau C/A destiné au grand public dont la précision est de 5 à 15 m et le niveau P plus précis accessible aux scientifiques.

A retenir: si le principe de la trilatération qui permet de calculer une position par GPS parait simple, sa mise en œuvre fait appel à des calculs complexes puisque les temps mesurés sont inférieurs au millionième de seconde. En plus des perturbations liées à l’ionosphère et à l’atmosphère, il faut tenir compte de la relativité générale en raison de la différence de vitesse entre les satellites et les récepteurs.

 

Applications

Ce sont la navigation automobile et le guidage de randonnée qui ont fait connaitre le GPS au grand public, mais c’est la miniaturisation des récepteurs qui a fait exploser le nombre et la diversité des applications. Plus légers qu’une pièce de 20 cents d’euros, les récepteurs GPS ont leur place dans les téléphones, les Smartphones et autres portables. Ils peuvent équiper des colis, des objets à protéger et ils permettent de suivre des animaux sauvages sans les perturber par un lourd équipement. La liste des applications se complète tous les jours et depuis 2014, le bracelet électronique des condamnés a lui aussi son GPS!

Améliorations- GPS différentiel

La FAA, fédération américaine, a souhaité corriger quelques défauts du GPS pour les applications aéronautiques, notamment obtenir une précision de 7,5 m et supprimer  les risques d’interruption de 4 jours/an du GPS dus aux positions des satellites. Un système complémentaire pour l’Amérique du Nord , le WAAS (Wide Area Augmentation System) a été créé qui utilise un réseau  de stations fixes bien localisées pour calculer les corrections à appliquer et les diffuser par des satellites géostationnaires. L’équivalent en Europe est le système EGNOS qui est en service depuis 2009 et qui couvre l’Europe et une partie de l’Afrique.

 

Système  ARGOS et COSPAS-SARSAT-

Dès 1970, le CNES travailla sur un système où un satellite pourrait échanger des informations avec des balises terrestres. Le premier objectif était  météorologique (Programme CNES-NASA Eole). Les bons résultats obtenus permirent de simplifier la liaison satellite-balise et de créer en 1975 le programme de collecte et localisation ARGOS. Le système fonctionne à partir de l’effet Doppler mesuré par le satellite sur le signal envoyé par la balise et porteur en outre d’informations scientifiques ou techniques. La meilleure précision est de quelques centaines de mètres. Argos est bien connu parce qu’il équipe les courses transatlantiques de voiliers, mais ses applications sont très nombreuses. Un la rubrique Parlons Espace l’a brièvement présenté à l’occasion des 25 ans de CLS, la société qui gère le programme ARGOS.
Une amélioration d’Argos a été mise en place qui utilise des plateformes PMT (Platform Messaging Tranceiver) plus élaborées qui reçoivent des informations du satellite facilitant les liaisons. Elles sont surtout utiles pour les grands programme d’étude océanique comme Euro-Argo  dont les flotteurs mesurent température  et salinité jusqu’à 2000 m de profondeur.

Un autre système de localisation  qui utilise la mesure Doppler  est le programme international de secours Cospas-Sarsat. Il est issu du rapprochement du système russe COSPAS et du système  SARSAT, dérivé d’Argos. Il utilise des balises de détresse activées pour demander des secours. Elles sont localisées par les satellites en orbite basse du système  Il est complété par un dispositif d’alerte utilisant des satellites géostationnaires  de météorologie dont la couverture mondiale assure la réception rapide des premiers messages de détresse.

 

Géolocalisation de proximité

Le récepteur GPS miniaturisé nous montre que la géolocalisation peut être une action discrète applicable à tout moment sur les êtres et les objets. La gestion des flottes de camions, de taxis, de livraison, etc..peut être précise et optimisée. Dans notre société qui traite de plus en plus ses activités à “flux tendu”, la tentation est grande de localiser sans délai les acteurs matériels et pourquoi pas humains qui contribuent à la production. Cette géolocalisation de proximité qui s’applique déjà à des entreprises est en cours de développement avec des moyens spatiaux et aussi terrestres. Sans parler des étiquettes, codes-barres et puces RFDI (Radio Frequency Identification) qui repèrent à courte distance et peuvent compléter un moyen spatial. Très utile dans certains cas et notamment pour les objets, cette localisation peut poser un problème quand  il s’agit des individus qui peuvent y voir une atteinte à leur vie privée. (Voir avis de la CNIL)

 

CONCLUSION

Les Amis de la Cité qui suivent nos PdQ connaissent les systèmes opérationnels comme GPS et Argos  et l’objet de cette page n’est pas de rappeler les techniques et les applications maintenant bien connues et appréciées des utilisateurs et du public. Ce qui est important c’est de noter que la géolocalisation systématique est en passe de devenir un phénomène majeur de société. L’individu qui était déjà identifié, géré, fiché avec un raffinement de détails par l’informatique va de plus en plus perdre l’intimité de ses déplacements par la localisation des objets indispensables qui lui sont attachés. (montre, i-pad, cartes,etc..). Progrès, servitude, c’est à chacun d’en juger.  Notre but, c’est de vous informer!!

 

 

Textes : Jack Muller

crédits image: http://hubblesite.org/gallery http://www.esa.int/