Cadets de l'Armée 2847 Neufchâtel

Un partenariat entre le ministère de la Défense nationale/les Forces canadiennes et la Ligue des cadets de l'Armée du Canada.

Carte et boussole

OCOM 405.15 : DÉCRIRE LE SYSTÈME MONDIAL DE LOCALISATION

Les forces armées américaines ont mis le système mondial de localisation au point dans les années 1960 en tant qu’aide à la navigation destinée aux missiles balistiques intercontinentaux (ICBM). Le système a été déclaré bon pour le service en 1995; 24 satellites font toutes les 12 heures le tour du globe à une altitude de 20 200 km. Il fonctionne 24 heures sur 24, 365 jours par année, et couvre toute la surface de la terre. Le système est surveillé et administré par le ministère américain de la Défense. La Russie a aussi un système, dont les possibilités sont semblables à celles du GPS, appelé Système global de navigation à satellites (GNSS).

ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS

Le système se compose de trois éléments : le centre de contrôle au sol, les satellites et le récepteur. Le centre de contrôle au sol suit les satellites afin de surveiller leur position et de faire en sorte que leurs horloges atomiques soient synchronisées. Les satellites, qui utilisent l’information provenant du centre de contrôle au sol, signalent par radio leur position, l’heure et leur vitesse. Les récepteurs traitent les signaux radio des satellites et se servent de cette information pour déterminer la position. Le récepteur du GPS transmet de l’information sur votre position à l’aide de coordonnées réglementaires (maximum de 10 chiffres) et de la latitude et de la longitude. Les récepteurs civils et militaires ne fonctionnent pas de la même façon et leur précision n’est pas la même : le récepteur civil a une précision de l’ordre de 15 à 100 m dans le sens horizontal et de 100 à 156 m en altitude et le récepteur militaire une précision de l’ordre de 1 à 16 m dans le sens horizontal. Même une précision de 100 m est très supérieure à celle de la plupart des méthodes de recoupement fait manuellement!

Le récepteur typique doit recevoir les signaux de quatre satellites pour donner une position précise. Procédant par triangulation, le récepteur utilise trois signaux pour calculer la position et se sert du quatrième pour confirmer la synchronisation de l’horloge. Grâce à l’information qu’il a en mémoire, le récepteur est au courant de la trajectoire de tous les satellites. Comme chaque satellite émet un code numérique unique, le récepteur peut distinguer et identifier des satellites précis. À partir de l’information en mémoire, qu’il compare à l’information que le satellite émet, le récepteur calcule (en se servant de la vitesse des ondes radio) la distance à laquelle il est de chaque satellite. La clé du fonctionnement du système est la très étroite synchronisation des horloges des satellites.

Chaque satellite émet en fait deux codes numériques distincts, soit un code de précision (P) et un code d’acquisition (CA). Le code P est une longue série de chiffres qui est émise seulement une fois tous les sept jours, tandis que le code CA se répète toutes les millisecondes. Le code P est transmis sur deux fréquences, le code CA sur une. Les récepteurs de GPS militaires utilisent le code P et le code CA, alors que les récepteurs civils utilisent seulement le code CA.

Parce qu’ils utilisent deux fréquences et qu’ils reçoivent des satellites une information beaucoup plus détaillée, les récepteurs militaires sont très précis. Les récepteurs civils ne le sont pas autant principalement pour les raisons suivantes :

a. parce qu’ils reçoivent de l’information sur une fréquence, ils ne peuvent pas en tenir compte pour compenser les perturbations ionosphériques. Les récepteurs civils doivent se servir des données qui sont en mémoire pour s’adapter ;

b. la faible quantité d’information que le code CA communique limite au mieux les récepteurs à une précision de l’ordre de 15 m ; et,

c. avant l’an 2000, les États-Unis utilisaient une méthode qui rendait les récepteurs civils moins précis que leurs récepteurs militaires, soit un procédé appelé disponibilité sélective qui brouillait l’heure transmise dans le code CA, ce qui donnait aux récepteurs civils une erreur variable de 15 à 100 m. Le GPS n’utilise plus cette fonction.

Quand il est mis en marche pour la première fois, le récepteur télécharge l’information sur l’orbite (les éphémérides) des satellites. Le téléchargement prend peu de temps et doit être fait si le récepteur n’a pas servi depuis six mois ou s’il est déplacé de plus de 500 km par rapport au dernier endroit où il a téléchargé les éphémérides. Le temps nécessaire pour télécharger l’information et se verrouiller aux satellites est appelé « Time to First Fix » (TTFF), ou intervalle avant le premier point de repère. Le TTFF est réduit dès que des éphémérides à jour ont été mises en mémoire.

LIMITES ET ERREURS

Plusieurs facteurs limitent les récepteurs du GPS :

a. les perturbations ionosphériques;

b. la disposition des satellites;

c. le fait qu’une végétation dense ou des rochers bloquent les signaux;

d. une antenne faible;

e. la corrélation des systèmes de référence de la carte et du GPS;

f. la présence de signaux suivant des trajets différents;

g. le fait que la pile soit faible ou déchargée; et,

h. le fait que le récepteur soit endommagé.

Les ondes radio ralentissent quand elles traversent les nuages d’électrons de l’ionosphère. Ce phénomène fait croire au récepteur du GPS que les satellites sont plus éloignés qu’ils ne le sont en réalité. Le récepteur militaire, qui utilise deux fréquences, peut calculer les différences associées au ralentissement des ondes et tenir compte du délai. Les récepteurs civils, qui utilisent des données programmées à l’avance, compensent toujours ce facteur avec une certaine erreur.

La position des satellites dans le ciel par rapport à votre position est appelée « disposition des satellites », ou « constellation ». Chaque récepteur a besoin de quatre satellites pour calculer la position, mais il est possible que ces satellites ne soient pas à la position idéale pour permettre les calculs les plus précis. La meilleure constellation possible est constituée d’un satellite à la verticale et de trois autres disposés en différents points de l’horizon. L’erreur attribuable à une disposition de mauvaise qualité est exprimée par la valeur numérique de la diminution de la précision de la position (PDOP) ou par la valeur d’erreur de position estimée (EPE) que le récepteur affiche. Une DPOP élevée peut signifier une erreur de plusieurs centaines de mètres. Quand la DPOP est trop grande, ou si le récepteur ne peut pas se verrouiller adéquatement à quatre satellites, il s’ensuit une « coupure » pendant laquelle votre position ne peut être calculée. Comme les satellites se déplacent très rapidement, la coupure qui résulte de la disposition ne dure habituellement que quelques minutes. Une végétation dense, des rochers, des bâtiments et d’autres obstacles solides peuvent empêcher un récepteur de se verrouiller à des satellites ou aux satellites qui offrent une meilleure disposition. Faites attention à votre environnement et allez en terrain découvert quand il vous faut davantage de précision ou lorsque la coupure dure plus que quelques minutes.

La réceptivité et la qualité des antennes varient et ce facteur est plus important dans les régions éloignées, où les satellites sont plus bas. Si les antennes externes ont généralement un meilleur rendement que les antennes internes, elles sont plus susceptibles d’être endommagées. Les antennes en hélice à quatre fils, qui sont habituellement des antennes externes, peuvent capter les satellites qui sont à l’horizon, mais pas ceux qui sont directement à la verticale. Les antennes à plaque (à microruban), elles, fonctionnent bien dans le cas des satellites qui sont à la verticale, mais elles ne peuvent capter que les satellites qui sont au-dessus de l’horizon. Chaque récepteur a un « angle de masque », c’est-à-dire l’angle au-dessus de l’horizon (ordinairement compris entre 5 et 10°) auquel un satellite doit être pour que le récepteur accepte ses données.

Comme vous l’avez vu au niveau de l’étoile verte, les cartes sont dessinées en fonction d’un système de référence cartographique. En Amérique du Nord, les cartes sont ordinairement fondées sur le système de 1927 (NAD 27) ou sur le système de 1983 (NAD 83). La plupart des récepteurs de GPS utilisent le système géodésique mondial de 1984 (SGM 84), qui est l’équivalent du système de référence de 1983. Beaucoup d’autres systèmes de référence sont en usage dans le monde. Votre récepteur doit être réglé en fonction du système de la carte que vous utilisez. Cette mesure garantit que les coordonnées que le récepteur vous donne s’appliquent directement à la carte. Certaines séries de cartes du SNRC donnent dans la marge des renseignements incorrects sur le système de référence. Le site Web de Ressources naturelles Canada (nrcan-rncan.gc.ca) donne dans ses pages sur les cartes topographiques une liste des cartes erronées. Le remplacement du système de 1927 par le système de 1983 a entraîné un déplacement du quadrillage :

a. les ordonnées se sont déplacées de 222 m vers le nord; et,

b. les abscisses se sont déplacées de 10 m vers l’est.

Les signaux se mettent à suivre des trajets différents quand le signal radio d’un satellite rebondit sur un objet solide (par exemple une grande paroi rocheuse) avant d’être lu par le récepteur. Le récepteur a alors l’impression que le satellite est plus éloigné qu’il ne l’est en réalité, ce qui accroît l’erreur dans les calculs. Vous pouvez atténuer ou éviter l’erreur attribuable aux signaux suivant des trajets différents en vous installant au meilleur endroit possible pour utiliser votre récepteur.

Pour accroître la durée des piles, utilisez le récepteur du GPS seulement lorsque vous en avez besoin et évitez de le laisser tout le temps sous tension. Sur terre, la navigation est la majeure partie du temps aussi rapide à la carte et à la boussole.

UTILISATIONS

Les façons les plus courantes d’utiliser un récepteur de GPS tenu à la main et ses avantages sont les suivants :

a. il vous permet de déterminer vite votre position en cas d’urgence;

b. il permet de confirmer les compétences associées à l’utilisation des cartes et de la boussole;

c. il permet de naviguer avec confiance sur les étendues de terrain et d’eau qui ne présentent pas de traits caractéristiques ou qui portent à confusion;

d. il permet de naviguer avec confiance par mauvais temps et par mauvaise visibilité;

e. il est compatible avec les cartes numériques; et,

f. il assure une couverture mondiale.

SYSTÈMES D’INFORMATION GÉOGRAPHIQUE

Les systèmes d’information géographique (SIG) utilisent l’informatique pour intégrer, manipuler et afficher une large gamme de renseignements afin de représenter la géographie, l’environnement et les caractéristiques socio-économiques d’une région. Partant d’une carte topographique informatisée, le SIG superpose et intègre des renseignements graphiques et du texte provenant de bases de données distinctes. De nos jours, les systèmes d’information géographique sont couramment utilisés à toutes les fins, des travaux cartographiques de base au soutien de l’exploration et de l’exploitation des ressources, de la gestion de l’environnement à la planification et à l’administration des réseaux de transport et de télécommunications, de l’infrastructure des services publics, du développement urbain et de l’utilisation du sol.