Introduction aux systèmes de positionnement global

Avez-vous déjà perdu votre portefeuille et n'avez pas pu le trouver ou l'un de vos effets personnels que vous avez manqués et que vous n'avez pas pu suivre? C'est là qu'un système de positionnement global peut sortir de votre évasion et vous encourager. Aujourd'hui, le GPS est un terme qui n'a pas besoin d'être beaucoup introduit. Le GPS a été une partie importante de notre vie quotidienne, de la recherche au voyage, de la localisation à l'atteinte, de la recherche au suivi et à la connexion. Depuis sa création en 1973 aux États-Unis par le ministère américain de la Défense, le GPS a déjà pris une place importante dans l'humanité et a sans aucun doute prouvé son importance pour chacun de nous.

Le GPS, comme son nom l'indique, Global Positioning System, indique la position de tout objet dans le monde, c'est-à-dire par rapport à cette planète entière, la planète Terre à l'aide d'un système de navigation par satellite dans lequel une pléthore de satellites qui tournent autour de la Terre sont utilisés pour localiser un objet. Il vous permet de savoir où un objet spécifique est exactement situé actuellement ou était situé dans le passé, sa vitesse à un moment donné, toute la journée, quelles que soient les conditions météorologiques, partout dans le monde.

Initialement développé pour être utilisé par les services militaires des États-Unis, il a été rendu public à un coût très faible. Aujourd'hui, les récepteurs GPS sont attachés à tous les types de produits commerciaux comme les téléphones portables, les smartphones, les montres, les automobiles, les vélos, etc.

Fonctionnement des systèmes de positionnement global (GPS)

Le GPS utilise le principe mathématique de la «trilatération» pour déterminer la position d'un objet et il s'agit d'un système de plus de 30 satellites en orbite autour de la Terre.

Les entités impliquées dans le fonctionnement du GPS sont:

  1. Satellites (le segment spatial)
  2. Système de contrôle (exploité par l'armée américaine)
  3. Signaux
  4. Récepteurs de signaux (segment d'utilisateurs - utilisateurs civils et militaires avec leurs appareils GPS avec antenne)
  • La position des satellites est connue grâce aux signaux qu'ils diffusent au récepteur.
  • Ces signaux sont reçus par les récepteurs connectés dans les objets à localiser.
  • Le point important ici est que 4 satellites minimum sont nécessaires pour obtenir l'emplacement exact du récepteur sur Terre.
  • 3 satellites sont utilisés pour tracer le lieu de localisation.
  • Le 4 ème satellite est utilisé pour confirmer l'emplacement cible des satellites.
  • Le récepteur GPS prend les informations du satellite et utilise la méthode de triangulation pour déterminer la position exacte d'un utilisateur.

Avantages et inconvénients du GPS

Voici les avantages et les inconvénients des systèmes de positionnement global:

Les avantages

  • Un excellent outil pour les utilisateurs militaires, civils et commerciaux
  • Les voitures sans conducteur, les systèmes de suivi des véhicules, les systèmes de navigation basés sur le GPS nous fournissent des directions pas à pas et point à point
  • Le GPS a une vitesse très rapide pour suivre un objet

Désavantages

  • Problèmes de précision dans les zones urbaines
  • Signaux faibles (donc peu utiles dans l'eau, à l'intérieur ou dans des zones denses)

Erreurs des systèmes de positionnement global

Le GPS implique les satellites, les récepteurs, la transmission du signal entre les satellites et les récepteurs. Des erreurs peuvent donc se produire dans l'une des trois entités susmentionnées.

  • Erreurs dans la propagation du signal

Comme nous le savons, les signaux des satellites GPS en orbite autour de la Terre doivent atteindre le récepteur et pour cela, les signaux doivent traverser l'atmosphère terrestre. Premièrement, les signaux passent par l'ionosphère (partie la plus haute de l'atmosphère), puis par la troposphère (partie la plus basse de l'atmosphère). Ainsi, un signal GPS est affecté deux fois par l'atmosphère en raison de laquelle il existe une plage d'erreurs de zéro à 30 mètres dans les signaux.

  • Erreurs satellites

La première erreur est l'erreur de position du satellite. Comme la position des satellites est une prédiction calculée à partir des observations précédentes des satellites par les stations de contrôle GPS, les prédictions ne peuvent pas être faites avec une précision absolue, les prédictions sont inexactes.

Ainsi, les positions des satellites contenues dans le «message satellite», ne sont pas exactes en raison desquelles la localisation de l'objet calculée est parfois incorrecte.

Deuxièmement, il y a des erreurs d'horloge satellite. Étant donné que les horloges atomiques utilisées dans les satellites ne sont pas parfaites, la mesure du temps de trajet pris par les signaux pour atteindre les récepteurs, et la plage entre satellite et récepteur est corrompue.

  • Erreurs survenant au niveau du récepteur

Quatre erreurs majeures se produisent du côté du récepteur ou de son antenne:

1. Erreur d'horloge du récepteur: Un récepteur a également une horloge pour comparer avec l'horloge à l'intérieur du satellite pour mesurer le temps de parcours du signal. Cette horloge comporte des erreurs qui sont appelées «erreurs d'horloge du récepteur».

2. Bruit de mesure : cela dépend du type de «règle» utilisée pour les mesures de portée. Les signaux GPS ont 3 règles

  • Code d'acquisition grossière (C / A)
  • Code P
  • Phase porteuse

Ces règles permettent la précision de quelques mètres, quelques décimètres et quelques millimètres.

3. Erreurs de trajets multiples: elles se produisent en raison de la réflexion de signaux par des bâtiments ou d'autres objets interférant avec les signaux directs envoyés par les satellites.

4. Erreurs de mouvement de l'antenne: elles se produisent en raison du mouvement du point de référence électrique ou du centre de phase de l'antenne pendant que les signaux sont reçus de différentes directions.

Limites des systèmes de positionnement global

Voici quelques limitations du GPS:

1. Réception des signaux

Étant donné que le récepteur GPS nécessite une réception continue du signal d'au moins 4 satellites GPS, s'il y a de l'eau, des murs, du sol ou d'autres obstacles sur le chemin de déplacement des signaux, les signaux ne peuvent pas pénétrer ces obstacles. Dans de tels cas, la visibilité GPS des satellites GPS est très limitée. Comme dans les zones urbaines avec d'énormes gratte-ciel, les signaux manquent pendant une longue période.

2. Précision

Tout système qui implique une mesure a une possibilité d'erreurs. Le GPS n'est pas différent de cela. Étant donné que de nombreuses mesures sont impliquées dans le GPS, il existe de nombreuses possibilités d'imprécision pour fournir l'emplacement exact d'un objet.

3. Intégrité

Un récepteur demande des informations aux satellites, ils envoient au récepteur des signaux appelés «messages satellites» contenant des informations codées de la distance du satellite par rapport au récepteur, des positions des satellites, etc. Lorsqu'un récepteur obtient une mesure combinée de 4 satellites, il est capable pour montrer son emplacement. Mais si la position du satellite est calculée incorrectement ou si la portée est incorrecte, cela entraîne une position incorrecte du récepteur. Les signaux impliqués dans ces problèmes sont appelés «signaux défectueux». Ces signaux ont un impact sur l'intégrité de l'emplacement fourni à l'utilisateur. Un utilisateur ne sait pas si la position est correcte ou non. Ainsi, il est largement conseillé pour surveiller l'intégrité des données GPS.

Conclusion

On peut conclure que dépendre du GPS est bon, mais il faut toujours garder un contrôle sur l'exactitude des résultats du GPS. On peut également observer que la précision peut être augmentée mais à des coûts. Malgré toutes les limitations et les erreurs, le GPS est toujours le meilleur système de positionnement aujourd'hui.

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Ceci a été un guide pour les systèmes de positionnement global. Nous discutons ici de l'introduction, du fonctionnement, des avantages et des inconvénients du GPS. Vous pouvez également consulter les articles suivants pour en savoir plus–

  1. Qu'est-ce que les systèmes embarqués?
  2. Qu'est-ce que la conception du système?
  3. Applications d'intelligence artificielle
  4. Qu'est-ce que Spring Cloud?

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Développement de logiciels