Un récepteur GPS contient une horloge exacte à la ns (10-9s).

Département de Physique
Le GPS et l’espace-temps
Un récepteur GPS contient une horloge
-9
exacte à la ns (10 s).
Les systèmes de positionnement par satellites
Le système GPS de l’armée américaine
•
•
•
•
•
PRINCIPE DU POSITIONNEMENT PAR SATELLITES
Le positionnement GPS s’effectue en mesurant le temps que mettent les signaux radio émis
par plusieurs satellites pour atteindre le récepteur.
Les ondes radio, se propageant à la vitesse de la lumière (300 000 km/s), on connaît donc les
distances qui séparent le récepteur de chacun des satellites.
GPS est l’acronyme de Global Positionning System
24 satellites minimum (à 22 200 km d'altitude)
Précision de l’ordre de 5 m (pour les civils)
Fonctionne mal aux pôles et en terrain couvert
Opérationnel depuis 1995
La position (au m près) de chacun des satellites est calculée par le récepteur qui reçoit tous les
quarts d’heure les tables d’éphémérides qui contiennent les paramètres nécessaires au calcul
exact des trajectoires.
Le récepteur calcule, par triangulation dans l’espace-temps, les quatre coordonnées de sa
position à partir des signaux qu’il reçoit d’au moins quatre satellites. Il détermine ainsi sa
situation géographique (latitude, longitude et altitude) ainsi que l’heure. La précision atteinte
est de l’ordre du mètre pour les distances et de la ns pour le temps.
Rappelons que la lumière parcourt 30 cm en une ns.
OU SONT LES HORLOGES?
Chaque satellite contient plusieurs horloges atomiques de très haute
précision (valant chacune plusieurs millions d’€) qui se surveillent
mutuellement. Toutes ces horloges embarquées sont synchronisées
entre elles par les stations terrestres de contrôle (qui assurent aussi le
suivi des trajectoires et les tests de fiabilité). Elles sont donc
parfaitement à l’heure.
Un récepteur GPS de
poche à 12 canaux
(env. 250€)
http://www.garmin.com
L’horloge située dans le récepteur est moins précise (et moins chère)
mais, comme expliqué plus haut, elle s’auto-synchronise en
permanence avec les horloges atomiques des satellites. Elle acquiert
donc une exactitude apparente de l’ordre de 10-9 s.
Un récepteur GPS est donc aussi une très bonne horloge!
Le futur projet européen
•
•
•
•
•
30 satellites (26 minimum à 24 000 km d'altitude)
Précision meilleure que le m (en standard , + en option...)
Fonctionne partout à 100% sécurité! (+ GPS et GLONAS)
Début des tests 2005
Opérationnel en 2008
http://tycho.usno.navy.mil/cesium.html
Une antenne GPS fixe destinée à des mesures de
précision http://www.rcru.rl.ac.uk/ionospheric/tec.htm
Le bloc oscillateur d’une horloge atomique destinée au
projet Galileo (Lab. de Neuchâtel)
Pour en savoir plus :
http://www.ulg.ac.be/ipnas/gps.pdf
http://www.ulg.ac.be/ipne/garnir/time/
http://www.univ-lemans.fr/~s962665/gps.html
http://tycho.usno.navy.mil/
http://www.trimble.com/gps/
http://www.esa.int/export/esaNA/
Réalisation : Henri-Pierre GARNIR, IPNAS [[email protected]]
Une vue de la chambre forte du US Naval Laboratory
qui contient les 61 horloges atomiques qui constituent
le garde temps des États-Unis.