L’évolution des systèmes satellitaires des années 60 à nos jours
Le système Transit
Le système Transit, le plus ancien positionneur par satellite (1964), avait été développé par les Etats-Unis dans le but d’un positionnement précis de ses forces navales. En 1967, il a été ouvert à tous pour une utilisation civile. A son origine, il comportait 5 satellites tournant à une vitesse de 27 000 km/h autour de la terre en passant par les pôles et étaient positionnés à une altitude de 1000 km. Compte tenu de cette vitesse et de la rotation de la terre, on pouvait estimer que chaque point de la terre passait sous chacune des orbites en moyenne deux fois par jour. A leur lancement, les satellites étaient inclinés de 30° mais n’avaient pas une stabilité suffisante qui rajoutée à leurs dérives pouvaient introduire des erreurs et défavorisaient des régions au profit d’autres. Pour pallier ces défaillances et ne pouvant pas rectifier la trajectoire des satellites, des stations terrestres captaient à chaque passage leur position, les transmettaient à un centre de calcul qui réémettaient les données réactualisées vers les satellites. Chaque satellite, après mise à jour, renvoyait 24h/24 les informations vers la terre. Chaque message avait une durée de 2 minutes. Lorsque l’on passe son permis bateau, on nous apprend qu’il faut au minimum le relèvement de deux points pour avoir une position. Avec le système Transit, on ne travaille plus sur des relèvements mais sur une variation de fréquence (effet Doppler). Le satellite émet son signal sur une fréquence précise voisine de 400 Mhz ; cette dernière, déformée par effet Doppler, est reçue par le récepteur Transit qui la compare à celle qu’il génère de 400 Mhz. Si les deux fréquences (émise et générée) sont identiques, le satellite culmine, il est au plus proche du mobile. Si la fréquence reçue est différente : plus élevée, il s’approche, plus faible, il s’éloigne. Le récepteur calcule tout d’abord la position du satellite et ensuite sa propre position par rapport à cette dernière. Là, on retrouve le principe du relèvement terrestre, deux calculs donnent une position, mais pour que celle-ci soit précise compte tenu des déplacements (satellite et bateau), il faut au minimum 5 à 6 droites. On peut comparer ce positionnement à celui par relèvement successif d’un même amer. Un certain nombre de critère influe sur la précision. Les plus significatifs sont la vitesse de déplacement du bateau, le temps de réception du signal, la hauteur du satellite qui doit être comprise entre 10° et 75° et celle de l’antenne, etc. En pratique, dans de bonnes conditions, elle était de l’ordre de l’ordre de 0,5 à 1 mille. Reste le nombre de points exploitables par jour. Là, il faut tenir compte de la position du bateau. Les satellites étant à orbite polaire, il y a plus de satellites aux latitudes élevées qu’à l’équateur.
Le Transit en navigation hauturière
Pour avoir effectué une traversée de l’Atlantique avec un récepteur Transit, je dois reconnaître que c’était d’un grand confort. On se contentait de deux points par 24 heures d’une précision de l’ordre du mille. Entre ces points, le récepteur entretenait l’estime. Au début notre méfiance nous amenait à contrôler la position au sextant, ensuite c’est le récepteur qui affinait notre point astro.
Du Transit au GPS
Le système Transit a cessé d’être opérationnel fin 1996. Le GPS (Etats-Unis) a pris la relève. Bien que l’appellation GPS soit monnaie courante, il y a d’autres systèmes comme le GLONASS (Russe), BEIDOU (Chinois), QZSS (Japon), Galiléo (Europe), un système indien, etc., il est donc plus correct de parler de GNSS (Global Navigation Satellite System). Sans entrer dans les détails que nous avons déjà largement décrits dans nos articles, il est bon de rappeler le principe de base. Une constellation d’environ de vingt satellites, placés à une altitude de 20.000 mètres et répartis sur 6 orbites inclinées à 55°, tourne autour de la terre en 11h56 mn. Ils émettent en permanence un signal donnant, entre autres, l’heure exacte (horloge atomique) et leur position. Pour que ces informations soient les plus exactes possible, des stations terrestres les reçoivent, les réactualisent en temps réel et les réémettent vers les satellites. Le récepteur GPS analyse ces données et est à même d’en déduire la distance et la direction entre lui et le satellite. On en revient au principe du relèvement, un satellite permet d’obtenir une droite sur laquelle on se trouve, deux la position et trois de l’affiner (triangle). Les premières générations de GPS étaient monocanales ce qui les obligeaient à traiter les signaux émis un par un. Maintenant tous les récepteurs (nouvelle génération) sont multicanaux et peuvent recevoir en même temps les signaux émis et les traiter.
Qu’en est-il de la précision ?
Avec le système GPS, on peut obtenir une très grande précision. Mais, le système étant en premier destiné à l’armée américaine, les signaux dits civils ont été volontairement dégradés. Les premières années, la dégradation était de quelques centaine de mètres cependant celle-ci a partiellement pris fin en 2000. Elle est à ce jour de l’ordre de quelques mètres ce qui est largement suffisant en navigation de plaisance et ce d’autant plus qu’elle est supérieure à celle des cartes.
Du GPS à Galiléo
Galiléo est un système européen qui est en service depuis 2016, mais pas encore dans sa configuration finale qui est annoncée pour 2025. Il travaille sur le même principe que le GPS et est compatible. Les nouvelles générations de récepteur GPS peuvent travailler indifféremment sur les deux systèmes pour affiner la position qui est annoncée de quelques décimètres. Pour la navigation de plaisance une telle précision n’est pas utile. Elle le devient pour des applications comme l’automatisation de la conduite automobile, le train, les avions, etc.
Notre avis
La plupart du temps, le GPS est interfacé à la cartographie et au pilote, c’est un plus en navigation. Il donne en permanence la position du bateau, sa vitesse, son cap… En pratique, il libère le navigateur et le sécurise. Mais, le GPS est tributaire de son alimentation électrique, il reste une aide à la navigation. Il est vrai que, bien souvent, on a à bord plusieurs GPS (téléphone, montre, etc.) qui donnent la position, mais encore faut-il avoir des cartes papier pour la reporter. Un conseil, pour la navigation côtière ayez à bord les cartes papier et un compas de relèvement pour pouvoir vous positionner par rapport à des amers portés sur la carte et, en hauturier, un sextant et les éphémérides pour vous positionner par rapport aux astres.
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