Comment fonctionnent les GPS Bryton ?

Un récepteur GPS utilise des satellites pour localiser des endroits précis. Autrefois, nos ancêtres ont dû prendre des mesures assez extrêmes pour ne pas se perdre. Ils érigeaient des repères monumentaux, des phares en bord de mer, rédigeaient laborieusement des cartes détaillées et apprenaient à lire les étoiles dans le ciel nocturne.

Les choses sont beaucoup, beaucoup plus faciles aujourd’hui. Pour un peu plus de 100 euros, vous pouvez vous procurer un GPS Bryton, Garmin, IGPSPORT… de sport qui vous dira exactement où vous vous trouvez sur Terre à tout moment

. Tant que vous disposez d’un récepteur GPS et d’une vue dégagée du ciel, vous ne serez plus jamais perdu. Dans cet article, nous allons découvrir comment ces outils, qui nous sont devenus si indispensables et pratiques réussissent ce tour de force. Comme nous le verrons, le système de positionnement global est vaste, coûteux et implique beaucoup d’ingéniosité technique, mais les concepts fondamentaux à l’œuvre sont assez simples et intuitifs.

Qu’est ce qu’un GPS ?

Tout d’abord, que signifie GPS ? Global Positioning System, système de localisation mondial dans la langue de Molière. Lorsque les gens parlent d’un « GPS », ils font généralement référence à un récepteur GPS. Le système de positionnement global (GPS) est en fait une constellation de 27 satellites en orbite autour de la Terre (24 en fonctionnement et trois supplémentaires en cas de défaillance de l’un d’eux). L’armée américaine a développé et mis en œuvre ce réseau de satellites en tant que système de navigation militaire, mais l’a rapidement ouvert à tous les autres.

Et du coté technique ?

Chacun de ces satellites fonctionnant à l’énergie solaire fait le tour du globe à une distance d’environ 19 300 km, effectuant deux rotations complètes par jour. Les orbites sont disposées de telle sorte qu’à tout moment, n’importe où sur Terre, au moins quatre satellites sont « visibles » dans le ciel. Le travail d’un récepteur GPS Bryton, et des autres d’ailleurs consistent à localiser quatre de ces satellites ou plus, à calculer la distance qui le sépare de chacun d’eux et à utiliser ces informations pour déduire sa propre position.

Cette opération repose sur un principe mathématique simple appelé trilatération. La trilatération dans un espace tridimensionnel peut s’avérer un peu délicate. Nous commencerons donc par expliquer la trilatération simple en deux dimensions. Imaginez que vous êtes quelque part en France et que vous êtes TOTALEMENT perdu – pour une raison quelconque, vous n’avez absolument aucune idée de l’endroit où vous vous trouvez. Vous trouvez un habitant sympathique et lui demandez : « Où suis-je ? ».

Il répond : « Vous êtes à 210 km de Tours » C’est un fait concret, mais il n’est pas particulièrement utile en soi. Vous pourriez être n’importe où sur un cercle autour de Tours qui a un rayon de 210 km. Vous demandez à quelqu’un d’autre où vous êtes, et elle vous répond « Vous êtes à 110 km de Rennes. » Maintenant, vous arrivez à quelque chose. Si vous combinez cette information avec celle de Tours, vous obtenez deux cercles qui se croisent. Vous savez maintenant que vous devez vous trouver à l’un de ces deux points d’intersection, si vous êtes à 210 km de Tours et à 110 km de Rennes.

Si une troisième personne vous dit que vous êtes à 60 km de Cholet, vous pouvez éliminer une des possibilités, car le troisième cercle n’intersectera qu’un seul de ces points. Vous savez maintenant exactement où vous êtes : Nantes. Ce même concept fonctionne également dans un espace tridimensionnel, mais il s’agit de sphères et non de cercles. Dans la section suivante, nous examinerons ce type de trilatération.

La trilatération en 3 dimensions

Fondamentalement, la trilatération tridimensionnelle n’est pas très différente de la trilatération bidimensionnelle, mais elle est un peu plus difficile à visualiser. Imaginez que les rayons des exemples précédents partent dans toutes les directions.

Ainsi, au lieu d’une série de cercles, vous obtenez une série de sphères. Si vous savez que vous êtes à 15 km du satellite A dans le ciel, vous pouvez vous trouver n’importe où sur la surface d’une énorme sphère imaginaire d’un rayon de 15 km. Si vous savez également que vous êtes à 15 km du satellite B, vous pouvez superposer la première sphère à une autre sphère plus grande. Les sphères se croisent en formant un cercle parfait.

Si vous connaissez la distance d’un troisième satellite, vous obtenez une troisième sphère, qui coupe ce cercle en deux points. C’est ainsi qu’un GPS vélo fonctionne pour vous donner votre position et votre altitude. La Terre elle-même peut servir de quatrième sphère : seul l’un des deux points possibles se trouve à la surface de la planète, ce qui permet d’éliminer celui qui se trouve dans l’espace.

Cependant, les récepteurs GPS se tournent généralement vers quatre satellites ou plus, afin d’améliorer la précision et de fournir des informations précises sur l’altitude.

Pour effectuer ce simple calcul, le récepteur GPS doit donc connaître deux choses :

L’emplacement d’au moins trois satellites au-dessus de vous. Le récepteur GPS calcule ces deux éléments en analysant les signaux radio haute fréquence de faible puissance émis par les satellites GPS. Les meilleurs appareils sont équipés de plusieurs récepteurs, ce qui leur permet de capter les signaux de plusieurs satellites simultanément.

Les ondes radio sont de l’énergie électromagnétique, ce qui signifie qu’elles voyagent à la vitesse de la lumière (environ 300 000 km par seconde dans le vide). Le récepteur peut déterminer la distance parcourue par le signal en mesurant le temps qu’il lui a fallu pour arriver.

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