Université d'Orléans, 1ère année de licence de physique - chimie,
Localisation par satellites
Thierry Dudok de Wit
Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement, Orléans
Inconnu du grand public avant 2000, le GPS (Global Positioning System) est aujourd'hui en train de révolutionner de nombreux domaines. Grâce à une constellation de près de 30 satellites, il est désormais possible de connaître sa position absolue en tout point du globe avec une précission qui avoisine le mètre, et le temps exact avec une précision meilleure que la microseconde. Dès 2007, l'Europe mettra en service son propre service civil de localisation par satellites, qui s'appelle Galileo. Les utilisateurs d'un tel service sont nombreux :Le premier implant d'un récepteur GPS sous la peau a été effectué début 2004...
- navigation maitime, aérienne et routière : connaître en permanence sa position et optimiser sa trajectoire
- logistique : savoir quel camion se trouve où
- géodésie et cartographie : faire des relevés précis
- géologie : suivi précis de la dérive des plaques
- agriculture : connaître en tout point d'une parcelle le rendement afin d'adapter les engrais
- loisirs : randonnée
- sécurité civile et militaire
La localisation par satellites s'appuie sur des dispositifs d'une précision extrême (il s'agit de déterminer des délais de l'ordre de la nanoseconde) et fait intervenir de nombreux phénomènes physiques intéressants. De multiples diusciplines sont concernées : la mécanique analytique, la physique quantique, la relativité, la physique des plasmas, etc.
Ce cours à pour objectif de présenter la localisation par satellites, en mettant en avant le lien avec la physique sous-jacente. Il n'a pas pour vocation d'être exhaustif; de nombreux concepts seront revus en seconde et en troisième année de licence.
Vous trouvez ci-dessous des documents du cours ainsi que quelques liens utiles pour aller plus loin. Tous les documents téléchargeables sont en format pdf (télécharger Acrobat Reader).
Documents du cours à télécharger
- transparents du cours (13 MB)
- les exercices du cours
- la feuille de route du TP
- les instructions pour utiliser le logciel de tracé d'itininéraire GPS Trackmaker
- abaque pour localiser des coordonnées UTM sur une carte topographique 1:25000 ou 1:50000 (20 kB)
Quelques liens intéressantsTutoriels et introductions généralesDes documents ou des cours qui se prêtent à un enseignement sur le GPS
- Localisation et collecte de données par satellite : tutoriel complet de Thierry Hatt sur le GPS, avec des applications en géodésie
- Global Positioning System Overview : tutoriel complet de Peter Dana sur le GPS (en anglais)
- How does GPS work ? : tutoriel richement animé de Trimble sur le fonctionnement du GPS (en anglais)
- Localisation par satellites : tutoriel d'A. Girard sur le GPS
- Galileo : portail de Galileo, le futur système européen de positionnement
- Cospas-Sarsat : le système Cospas-Sarsat, un autre service de localisation par satellites
- GLONASS : le site officiel du système de positionnement russe GLONASS
- position of GPS satellites : site du Time Service Department américain, permettant de connaître l'emplacement exact des satellites GPS
- 3D track : site de la NASA pour visualiser l'orbite et la position de chaque satellite
Utilisateurs et constructeurs
- Le GPS et la physique : document de l'Université de Liège sur les mécanismes physiques associés au GPS
- Relativity and the Global Positioning System : étude détaillée de l'importance des effets relativistes dans la localisation par satellites
- Comprendre le GPS : cours et applets de l'Université de Nantes pour comprendre les orbites et le fonctionnement du GPS
- Collecte et localisation de données par satellite : divers liens vers des projets soutenus par le Ministère de l'Education Nationale (Educnet)
- utilisation du GPS dans le CAPES : quelques applications présentées par l'université de Nantes
- le GPS et la carte : tutoriel de l'Institut Géographique National sur l'utilisation du GPS avec le cartes françaises
- cours sur le GPS destiné à des collégiens, avec des exercices (en américain).
- transparents d'un atelier sur le GPS pour des enseignants (fichier pdf, 8.6 MB)
Quelques logiciels utiles
- gpsinformation.net : LA référence pour les amateurs du GPS, avec de nombreuses informations, des conseils, etc. (en anglais) Le site www.gpspassion.com est davantage orienté vers les récepteurs pour pda et pour automobiles.
- GPS constellation status : liste (mise à jour quotidiennement) des satellites GPS en fonctionnement
- National Geodetic Survey : site chargé de fournir aux civils les éphémérides des satellites GPS
- Garmin : site de Garmin, le principal constructeur de récepteurs GPS
- Magellan : site de Thales, le second constructeur de récepteurs GPS après Garmin
- NMEA FAQ : explication de la norme NMEA pour le transfert de données depuis un récepteur GPS (en anglais)
- Paul Correia, "Guide pratique du GPS", Eyrolles (4ème édition, 2004) : pas un site, mais un livre récent sur l'utilisation du GPS
- E. D. Kaplan et al, "Understanding GPS : principles and applications", Artech House Publishers (2ème édition, 2006) : LA référence sur le GPS pour les pécialistes
- VisualGPS : logiciel gratuit pour Windows, destiné surtout à la mesure en temps réel de la position et à l'étude statistique. Pas d'affichage de cartes.
- GPSTrack : logiciel payant pour Windows, en français (avec version demo). Très complet, il permet d'afficher les routes, la position en temps réel, etc. Il est dédié à la randonnée.
- GPS trackmaker : logiciel équivalent à GPSTrack, mais gratuit et un peu moins élaboré
- MacGPSPro : logiciel payant pour Macintosh OSX. Il est fort complet, avec affichage des routes, statistique de la position, etc.
- GPSy : logiciel payant pour Macintosh OSX (avec version demo). Il offre les mêmes fonctionnalités que MacGPSPro.
- GPSBabel : logiciel gratuit pour Linux, OSX et Windows. Utilitaire de conversion de formats de données