Il existe 4 grands systèmes de positionnement global par satellites : GPS, Galileo, Glonass et BeiDou. Chacun d'entre eux présente des particularités bien spécifiques. Ces technologies sont utilisées quotidiennement dans de nombreux domaines tels que la navigation, l'agriculture, ou encore les activités de plein air. Elles nous permettent de nous situer dans quasiment n'importe quelle partie du monde avec une précision incroyable, facilitant la vie moderne et renforçant la sécurité des utilisateurs. Cependant, leurs performances varient en fonction de la zone géographique, des obstacles environnementaux présents qui peuvent interférer avec la réception du signal satellite, ou encore des conditions atmosphériques (comme les tempêtes solaires ou l'ionosphère) affectant la précision du signal. Afin de mieux comprendre leurs spécificités et pour pouvoir les utiliser en toute connaissance de cause, voici une comparaison détaillée de leurs caractéristiques.
GPS
L'historique
Le Global Positioning System se nommait à l'origine Navstar GPS. Ce système mondial de positionnement par satellite a été mis en place à la fin des années 60 par le département de la Défense des États-Unis à la demande du président R. Nixon. Il était initialement utilisé pour des opérations militaires. Cela permettait de mettre en place un système de positionnement global partout sur Terre, 24 heures sur 24 et par tous les temps. Ce fut une avancée exceptionnelle dans le domaine militaire, puis par la suite, pour les civiles.
En 1978, le premier satellite fut lancé. Ce système GPS a été proposé gratuitement aux civils en 1983 par le président R. Reagan suite à un accident de vol qui couta la vie de 269 passagers. Pour une efficacité optimale, d'autres satellites ont été lancés en 1989. Néanmoins, il a fallu attendre 1995 pour que le système soit totalement opérationnel avec ses 24 satellites.
La technologie
Ce système peut être utilisé par tous à terre, en mer ou dans les airs. Pour son fonctionnement, il est composé de trois groupes d'éléments : les satellites mis en orbite autour de la planète, des stations au sol permettant la gestion des données et les récepteurs GPS des utilisateurs.
Pour calculer la distance entre le récepteur et le satellite, ce dernier utilise des ondes électromagnétiques. Elles voyagent à la vitesse de la lumière, ce qui permet de calculer la distance entre le satellite et le récepteur : Il suffit de comparer l'heure d'émission à l'heure de réception du signal et de la multiplier par la vitesse.
La précision
En 1995, le système GPS assurait sur toute la planète une précision d'une centaine de mètres pour les civils. Grâce au président B. Clinton, ce système de géolocalisation se démocratisa et améliora la précision à une dizaine de mètres.
La précision de la géolocalisation dépend de la position des satellites. Néanmoins, s'ils sont au minimum 4, le résultat est relativement fiable, entre 5 et 10 mètres.
Les performances et l'accessibilité
Depuis 2000, ce système est très efficace en termes de localisation et très précis. Il est utilisé dans l'aviation, la navigation automobile et maritime, dans les smartphones, dans la géolocalisation des animaux...
Les limites
Ce système de géolocalisation n'est pas facilement employable dans toutes les situations. À l'intérieur des bâtiments, son utilisation est quasiment impossible. Le système WiFi est plus efficace.
D'autres parts, certains obstacles peuvent atténuer l'efficacité de ces GPS : en montagne ou dans les milieux très urbanisés.
Ce système GPS est conçu et sous le contrôle de l'armée américaine. De ce fait, le signal pourrait être dégradé par un manque de précision si le gouvernement des États-Unis le décidait. Jusqu'au mois de mai 2000, la précision de ce système en mode autonome était d'environ 100 mètres, suite à un brouillage volontaire. La précision des signaux civils avait été altérée par une fonction nommée Selective Availability (SA), et ce, pour des raisons de sécurité nationale. Le président Bill Clinton supprima cette fonction et les GPS devinrent plus précis : entre 5 et 15 mètres.
Galileo
L'historique
Ce système de positionnement par satellites a été mis en place par l'Union Européenne et sera prêt à fonctionner totalement après le lancement des derniers satellites à la fin de l'année 2024.
Le projet a été initialement lancé en 2003 par l'Union Européenne et l'Agence spatiale européenne. L'objectif était de mettre fin à la dépendance de l'Europe envers les États-Unis avec le système GPS.
La technologie
Le système de géolocalisation Galileo utilise 30 satellites dont 6 de rechange. 26 ont été mis en orbite à la fin du mois de juillet 2018. Il est prévu le lancement de 10 nouveaux entre 2022 et 2025.
Galileo propose 4 services :
- Le service ouvert correspond à l'utilisation du GPS couramment utilisé par les particuliers. S'il utilise 2 bandes de fréquence, le récepteur pourra obtenir un signal d'une précision de 4 mètres à l'horizontale et de 8 mètres à la verticale. Si seulement une des deux fréquences est utilisée, la précision sera inférieure : 5 mètres à l'horizontale et environ 35 mètres à la verticale.
- Le service haute précision (HAS : hight accuracy service) utilise les 2 bandes du service ouvert ainsi qu'une bande de fréquence en plus. La précision est bien plus rigoureuse : environ 20 cm en horizontal et 40 cm en vertical. Cela peut être complété par des signaux provenant de stations terrestres et atteindre des précisions inférieures à 10 cm.
- Le service public réglementé (PRS : pour public regulated service) est utilisé par des utilisateurs du service public où la précision, la qualité du signal ou la fiabilité de la transmission doivent être de haute qualité (services d'urgence, transport de matières dangereuses...). Ce système doit être disponible tout le temps, de ce fait, il utilise 2 signaux ainsi que plusieurs systèmes prévenant les brouillages de signal. Il est aussi chiffré et disponible sur des récepteurs particuliers.
- Le service de recherche et de secours (SAR pour search and rescue service) assure la localisation de toutes les balises de secours en cas de détresse. Les satellites captent des signaux et renvoient des informations exactes sur l'emplacement du lieu.
Les performances
Ce système de géolocalisation peut être utilisé dans le secteur civil (marine marchande, aviation, transport terrestre,...) ainsi que militaire (positionnement des troupes, des missiles ou des avions...). Mais également dans les opérations de secours et de sauvetage.
L'accessibilité
100 millions de smartphones étaient compatibles en février 2018 puis un milliard en septembre 2019, et ce, dans tout le système européen. Galileo vient en complément des systèmes GPS, Glonass et BeiDou.
Les limites
Comme tous les systèmes de géolocalisation, Galileo est moins efficace dans les environnements urbains (bâtiments élevés...), dans des tunnels ou à cause d’obstacles naturels comme les montagnes et les forêts denses.
Certains fabricants de puces ou d'appareils hors de l'Europe privilégient le système GPS américain.
Glonass
L'historique
Le système de positionnement par satellite Glonass (Globalnaya Navigazionnaya Sputnikovaya Sistema) est soviétique. Il est géré par les forces spatiales de la fédération de Russie. Sa conception débute dans les années 80 et devient complétement opérationnel en 2010.
Initialement, il devait être utilisé pour des applications militaires, essentiellement pour guider les missiles et permettre la navigation des forces soviétiques.
La technologie
Le système Glonass utilise 24 satellites. Leur inclinaison est différente de celle des autres systèmes de géolocalisation, ce qui permet une meilleure couverture des régions polaires (part importante du territoire de la Russie). Ils sont placés à une altitude d'environ 19100 kilomètres.
La précision et les performances
Ce système de géolocalisation propose une précision de 5 à 8 mètres en utilisant sept à huit satellites. En pouvant capter les signaux de six à onze satellites, ce réseau offre une précision de 2 à 9 mètres. L'efficacité de fonctionnement du Glonass a été portée à 5,5 mètres en 2010, et à 2,8 mètres en 2011. Si ce système de géolocalisation est utilisé en doublon avec le GPS, il offre de meilleures performances.
Le système Glonass est utilisé par les géomètres, les topographes, la navigation automobile, les services d'urgence, les smartphones... C'est également un outil essentiel pour l'armée russe.
L'accessibilité
Deux types de prestations sont proposés :
- Le premier système est mis à la disposition de tous grâce aux smartphones depuis 2007 : automobilistes...
- Le second est plus précis et nécessite des clés de décodage. Ce système est réservé aux militaires.
Les limites
Le système de géolocalisation Glonass est mondialement moins précis que celui du GPS, mais plus efficace sur les régions polaires grâce à l'inclinaison des satellites. Néanmoins, des progrès sont à attendre avec le lancement d'autres satellites nouvelle génération (appelés GLONASS-K et GLONASS-M).
Anecdotes
Ce système de géolocalisation russe a intégré un système d'appels d'urgence, appelé ERA-GLONASS. Ce système est identique au eCall européen et permet d'envoyer des alertes aux services de secours en cas d'accident de voiture, avec des informations précises sur la localisation du lieu.
BeiDou
L'historique
BeiDou, aussi appelé BDS (BeiDou Satellite : pour BeiDou Navigation Satellite System), est le système de positionnement global par satellites mis en place par la Chine. Elle souhaitait son propre système pour des raisons de sécurité nationale et de souveraineté technologique.
La mise en place de BeiDou-1 commence en 2000. Le système est déclaré opérationnel en 2003. C'est un système régional qui permettait de déterminer sa position seulement en Chine et dans les régions avoisinantes. Sa précision était d'environ 100 mètres. BeiDou-2 (2012) est un projet expérimental qui fournit une couverture mondiale avec une architecture complètement différente des autres systèmes de géolocalisation : 5 satellites en position géostationnaire, trois inclinés à 55° et 27 en orbite moyenne. BeiDou-3 débute avec le lancement d'un premier satellite en 2015 et se termine avec le lancement d'un dernier en 2023. Ce système comporte 5 satellites en orbite géostationnaire, 3 inclinés à 55° et 27 en orbite moyenne.
La technologie
La première version BeiDou-1, proposait en 2003 une couverture seulement régionale (Chine et pays limitrophes) en utilisant les signaux de 3 satellites géostationnaires. La BeiDou-3, quant à elle, offre une couverture mondiale opérationnelle en 2020.
La précision
2 sortes de services sont en place :
- Un premier service pour le public avec une précision de moins de 10 mètres, est proposé au public dès 2013. BeiDou-3, mis en service en 2022, propose une précision inférieure à 7 mètres à l'horizontale et inférieure à 10 mètres à la verticale. Actuellement, pour les utilisateurs civils, la précision de la géolocalisation est d'environ 2,5 à 5 mètres, mais elle peut varier dans certaines parties du globe.
- Un autre service est réservé aux militaires et sa précision n'a pas été communiquée.
Les performances
En plus d'être aussi performant que les autres systèmes de géolocalisation, BeiDou propose un service de messagerie courte (jusqu’à 1 200 caractères). C'est une fonctionnalité unique. Cela permet aux utilisateurs, surtout dans des zones reculées ou en cas de catastrophes naturelles, de communiquer grâce au réseau de satellites même sans couverture mobile terrestre.
L'accessibilité
Si le système de géolocalisation BeiDou est utilisé par les civils, il fournira une position moins précise que l'application proposée pour les militaires. Il peut être inclus dans les smartphones pour les automobilistes en tant que système de navigation. En Chine, il est utilisé pour la gestion du trafic routier, maritime et aérien, dans l'agriculture, la pêche et la logistique.
Les limites
Tout comme les autres systèmes de géolocalisation, son efficacité est moindre dans certaines situations : en montagne ou dans les milieux très urbanisés où les obstacles sont difficiles à franchir.
Anecdote
"BeiDou" vient du mandarin qui désigne le "chariot" ou "la casserole". Cela fait référence à la constellation de la Grande Ourse. Ce groupement d'étoile est nommé dans cette langue sous le nom de Běidǒu.
Bilan de la comparaison entre les grands systèmes GPS et leurs applications
Ces exploits technologiques ont premièrement permis une avancée exceptionnelle dans le domaine militaire. Une fois qu'ils ont été proposés aux civils, ces systèmes se sont largement démocratisés. Leur précision et leur performance ont évolué au fil des années, permettant aujourd'hui une utilisation dans des domaines variés, allant de la géolocalisation pour la vie quotidienne à des applications plus spécifiques comme la navigation en mer, la gestion agricole ou la recherche scientifique. Ils permettent également de pouvoir localiser votre chien et ainsi le retrouver en toute situation ! Cela peut être utile pendant les périodes de chasse ou pour les individus les plus fugueurs. À l'avenir, nous pouvons nous attendre à des systèmes encore plus précis et accessibles à l'échelle mondiale.
