Comment fonctionne le GPS en aviation ?

Pendant des années, le gouvernement a restreint les usages non militaires du système de positionnement global. Développé dans les années 1970, le système est passé au civil dans les années 1980, mais l'armée brouillait les signaux pour limiter la précision à 30 mètres (100 pieds) pour les pilotes et autres utilisateurs. Au 21e siècle, cela a changé : votre unité GPS d'aviation a une précision 10 fois supérieure à celle de son ancêtre du 20e siècle.

Les secrets des satellites

Lorsque l'URSS a lancé Spoutnik en 1957, des scientifiques américains ont découvert qu'ils pouvaient localiser sa position en surveillant les variations de sa fréquence radio lors de son déplacement. L'armée a réalisé que les sous-marins pouvaient de même suivre les signaux satellites pour s'orienter après des mois sous l'eau. En 1973, l'armée a mis au point un système de navigation alternatif, le même GPS utilisé aujourd'hui. Chaque unité GPS reçoit des transmissions numériques des satellites qu'elle utilise pour déterminer sa position, basée sur la distance aux satellites.

Triangulation

Les transmissions satellites incluent la position du satellite et l'heure exacte de transmission. Le temps mis pour atteindre votre GPS indique la distance entre votre avion et les satellites. Pour garantir un chronométrage précis, chaque satellite GPS embarque quatre horloges atomiques. Connaître l'heure et la position source de trois signaux satellites donne à votre unité assez d'informations pour trianguler la position de votre avion, mais seulement si votre GPS possède une horloge atomique d'une précision comparable. L'ajout d'un signal d'un quatrième satellite permet à l'unité de se contenter d'une montre ordinaire.

Horloges atomiques

La clé de la précision du GPS réside dans l'extrême exactitude des horloges atomiques. La technologie des horloges atomiques place des atomes dans un champ oscillant, provoquant une résonance du champ à une fréquence correspondant à la résonance magnétique des atomes. En utilisant cette résonance comme base du mouvement de l'horloge, plutôt qu'un cristal de quartz ou des engrenages, les horloges atteignent une précision inégalée. Les scientifiques ont développé plusieurs technologies d'horloges atomiques, mais la plupart des horloges GPS fonctionnent avec des atomes de césium.

Erreurs

Bien que l'armée ne dégrade plus les signaux GPS pour les civils, elle se réserve le droit de le faire à tout moment. Même sans ce facteur, les signaux GPS subissent parfois de légères erreurs dues aux signaux rebondissant sur des obstacles ou ralentis dans l'atmosphère. En 2003, le gouvernement a lancé le WAAS (Wide Area Augmentation System) pour améliorer la précision du GPS aéronautique. Les informations additionnelles des satellites et stations au sol WAAS rendent les unités GPS d'aviation précises à 1-2 mètres horizontalement et 2-3 mètres verticalement.