Principes physiques du GPS
GPS est l'abréviation de système de positionnement mondial, un système de navigation par satellite qui permet à quiconque possède un récepteur GPS de déterminer sa position tridimensionnelle sur ou au-dessus de la surface de la Terre. Le GPS se compose d'une constellation de 24 satellites, de six stations au sol situées dans le monde entier et de récepteurs GPS, qui peuvent être portatifs ou montés dans des véhicules, navires ou aéronefs.
Principe de base
Les principes physiques du GPS incluent la théorie quantique, qui a conduit à l'invention de l'horloge atomique, et la théorie de la relativité générale d'Einstein. Le principe de base derrière le GPS, cependant, est la mesure de la distance, ou portée, entre les satellites et le récepteur. Le signal de chaque satellite, se déplaçant à la vitesse de la lumière, met un temps fini pour atteindre la surface de la Terre. Un récepteur GPS calcule la distance à un satellite en multipliant la différence entre l'heure de réception d'un signal et l'heure de son envoi par la vitesse de la lumière.
Triangulation
Un récepteur GPS calcule sa latitude, longitude et altitude précises en mesurant la distance à quatre satellites GPS distincts. Si le récepteur GPS mesure la distance à un seul satellite GPS, il peut déterminer qu'il se trouve quelque part sur une sphère imaginaire dont le rayon est égal à la distance au satellite. S'il mesure la distance à deux satellites, il peut déterminer qu'il se trouve quelque part sur la ligne où les deux sphères se croisent. S'il mesure la distance à un troisième et un quatrième satellite, il peut calculer sa position géographique précise.
Mesure du temps
Les signaux des satellites GPS voyagent vers la Terre à la vitesse de la lumière, donc une mesure précise du temps est primordiale pour le fonctionnement du GPS. Les satellites GPS embarquent les horloges les plus précises disponibles, appelées horloges atomiques, qui sont précises à un milliardième de seconde par jour. Ces horloges permettent aux satellites GPS de diffuser des signaux synchronisés avec ceux des autres satellites.
Correction du temps
La théorie de la relativité générale d'Einstein prédit et explique correctement que la gravité semble ralentir, ou dilater, le flux du temps. En d'autres termes, la différence entre la force du champ gravitationnel à la surface de la Terre et à 12 000 miles ou plus au-dessus signifie que l'horloge sur un récepteur GPS tourne une fraction de seconde plus lentement que l'horloge sur un satellite GPS. Les horloges basées sur les satellites sont délibérément fabriquées pour tourner légèrement plus lentement, lorsqu'elles sont sur Terre, afin qu'elles gardent l'heure correcte une fois dans l'espace.