déterminer sa position et s orienter à l aide du GPS comprendre les sources d imprécisions les types de récepteurs GPS

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1 déterminer sa position et s orienter à l aide du GPS comprendre les sources d imprécisions les types de récepteurs GPS

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3 CHEZ LE MÊME ÉDITEUR G. PUJOLLE, D. MALES. Wi-fi par la pratique, 2 e édition. N 11409, juin 2004, 320 pages. P. MUHLETHALER et les réseaux sans fil. N 11154, septembre 2002, 420 pages. K. AL AGHA, G. PUJOLLE, G.VIVIER. Réseaux de mobiles et réseaux sans fil. N 11018, 2001, 490 pages. Autres ouvrages M. BÄCK et al., adapt par P. TONNERRE Monter son serveur de mails sous Linux. N 11931, 2006, 360 pages. F. DUMESNIL. Les podcasts. Écouter, s abonner et créer. N 11724, 2006, 168 p. F. LE FESSANT. Peer-to-peer. Comprendre et utiliser. N 11731, 2006, 168 p. S. BLONDEEL. Wikipédia. Comprendre et participer. N 11941, 2006, 168 p. C. BÉCHET. Créer son blog en 5 minutes. N 11730, 2006, 132 p. R. HERTZOG. Debian GNU/Linux, 2 e édition. N 11639, 2005, environ 320 p. B. BOUTHERIN, B. DELAUNAY. Sécuriser un réseau Linux, 2 e édition. N 11445, 2004, 200 p. E. DREYFUS. BSD, 2 e édition. N 11463, 2004, 300 pages. M. GREY. Mémento Firefox et Thunderbird. N 11780, 2006, 14 p. R. GOETTER. CSS 2 : pratique du design web. N 11570, 2005, 324 p. S. BLONDEEL, D. CARTRON, J. RISI. Débuter sous Linux avec Mandriva. N 11689, 2006, 530 p. avec CD-Rom. L. DRICOT et al. Ubuntu. La distribution Linux facile à utiliser. N 11608, 2006, 340 p. avec CD-Rom. C. GÉMY. Gimp 2 efficace. N 11666, 2005, 360 p. avec CD-Rom. S. GAUTIER, C. HARDY, F. LABBE, M. PINQUIER. OpenOffice.org 2 efficace. N 11638, 2006, 420 p. avec CD-Rom. A.-L. QUATRAVAUX et D. QUATRAVAUX. Réussir un site web d association avec des outils libres! N_12000, 2006, 348 p., à paraître. D. GARANCE, A.-L. et D. QUATRAVAUX. Mozilla Thunderbird. Le mail sûr et sans spam. N 11609, 2005, 320 p., avec CD-Rom. T. TRUBACZ, préface de T. NITOT. Firefox. Un navigateur web sûr et rapide. N 11604, 2005, 250 p.

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5 ÉDITIONS EYROLLES 61, bd Saint-Germain Paris Cedex 05 Dépôt légal : juillet 2006 N d éditeur : IGN pour l extrait de la carte N 3643 ET (autorisation N ). Le code de la propriété intellectuelle du 1 er juillet 1992 interdit en effet expressément la photocopie à usage collectif sans autorisation des ayants droit. Or, cette pratique s est généralisée notamment dans les établissements d enseignement, provoquant une baisse brutale des achats de livres, au point que la possibilité même pour les auteurs de créer des œuvres nouvelles et de les faire éditer correctement est aujourd hui menacée. En application de la loi du 11 mars 1957, il est interdit de reproduire intégralement ou partiellement le présent ouvrage, sur quelque support que ce soit, sans autorisation de l éditeur ou du Centre Français d Exploitation du Droit de Copie, 20, rue des Grands- Augustins, Paris. Groupe Eyrolles, 2000, 2001, 2002, 2004 et 2006 pour la présente édition, ISBN :

6 Préface Lors de mes stages de formation GPS auprès des Guides de haute montagne ou à l ENSA (École Nationale de Ski Alpinisme), j ai toujours recommandé le «Guide pratique du GPS» de Paul Correia comme ouvrage de référence à avoir dans sa bibliothèque. Je l ai également conseillé à tous les nouveaux utilisateurs qui se posent tant de questions sur les projections, les systèmes géodésiques et les «datums», soit pour reporter simplement leur position sur une carte papier, soit pour géoréférencer correctement la carte scannée de leurs terrains de jeu. Cependant, je leur indique également que le GPS ne doit rester qu une aide supplémentaire à «La Décision». En effet, la décision qu ils prendront un jour dans la tourmente, et dont pourront dépendre leur vie et celle de leurs compagnons, proviendra directement et naturellement de la confiance qu ils auront pu acquérir dans ce système, mais également de leur maîtrise des méthodes traditionnelles (boussole, altimètre, carte). Dans certains cas néanmoins, le GPS reste aujourd hui la seule source fiable pour fixer sa position.

7 G UIDE PRATIQUE DU GPS Ce «Guide pratique du GPS» fournit tous les éléments de cette connaissance qui permettra, en pratiquant régulièrement par beau temps, quand justement l on n en a pas besoin, de se forger cette confiance et d en évaluer les limites. Le système GPS est une merveilleuse technique de positionnement si elle s appuie également sur l expérience et la connaissance de la montagne. Richard Scauri Formateur GPS auprès des guides de haute montagne VI Groupe Eyrolles, 2006

8 Avant-propos Ce livre est destiné à tous ceux qui utilisent ou qui auront un jour à utiliser un récepteur GPS (Global Positioning System). Il s adresse aussi bien au navigateur expérimenté qui désire utiliser au mieux son instrument, qu au novice qui découvre les systèmes de positionnement, et ceci quel que soit leur moyen de locomotion. Ce livre présente comment exploiter le GPS avec les cartes terrestres ou les cartes marines les plus courantes ; il indique également comment établir une route et la suivre. De nombreuses informations et divers conseils sont fournis à ceux qui souhaitent connecter leur récepteur GPS à un ordinateur ou à d autres appareils. Cette cinquième édition apporte les dernières données concernant le positionnement par satellites qui n étaient pas encore disponibles lors de la précédente édition. De nombreuses informations ont été mises à jour, dont celles concernant les nouveaux systèmes de positionnement comme Egnos et le système européen Galileo qui a débuté en 2006, ou ceux qui commencent à équiper nos téléphones mobiles, comme le système AGPS.

9 G UIDE PRATIQUE DU GPS Tout au long de cet ouvrage, vous trouverez de nombreux conseils et mises en garde. Toutes les informations importantes sont indiquées dans un cadre spécial : Attention Le navigateur prudent n utilisera jamais d informations, y compris celles provenant du GPS, dont il n aura scrupuleusement vérifié l origine et la véracité. Avertissement Le GPS est un système imaginé, développé et mis en œuvre par le département de la Défense américaine. La majorité des publications relatives au GPS était jusqu à très récemment uniquement réalisée aux États-Unis, et donc en langue anglaise. Le nombre de termes et de sigles relatifs au GPS est très important (voir le glossaire en fin de livre) et presque exclusivement en langue anglaise. Il serait vain, voire téméraire, de vouloir traduire tous ces termes et sigles en français. Vous trouverez une explication ainsi qu une traduction lorsqu elle est possible dans un glossaire à la fin de ce livre. Cet ouvrage est le fruit de nombreuses recherches, d études et de discussions avec des experts et utilisateurs du GPS. Beaucoup d informations concernant le GPS sont toujours classées «secret défense» par l armée américaine. Certains renseignements contenus dans ce livre n ont pu être obtenus que par des observations ; celles-ci peuvent être très variables suivant le matériel et les conditions dans lesquelles elles ont été effectuées. L auteur a toujours essayé de n utiliser et de ne publier aucune information sans l avoir soigneusement vérifiée et recoupée. Malgré l attention portée à sa rédaction, l auteur et son éditeur ne peuvent cependant assumer une quelconque responsabilité du fait des informations contenues dans cet ouvrage. Comme il le sera souligné tout au long de cet ouvrage, le GPS doit être considéré comme une aide précieuse à la navigation : il faut en tirer le meilleur parti tout en étant conscient de ses limites. VIII Groupe Eyrolles, 2006

10 Remerciements Ce livre est dédié à tous ceux qui ont apporté volontairement ou non leur contribution à la rédaction de cet ouvrage ; à tous les experts et navigateurs pour les précieux renseignements qu ils m ont fournis ; à tous les utilisateurs et principalement aux débutants qui m ont permis de déterminer quels étaient leurs besoins et leurs attentes ; aux services de l IGN et particulièrement à Jean-Pierre Pirat pour avoir gracieusement fourni les paramètres de transformation des systèmes géodésiques des territoires français d Outre-mer vers le système WGS 84, à l Institut français de navigation en la personne de M. André Fleury pour ses remarques pertinentes, au D r Javier Ventura-Traveset, ingénieur principal du système Egnos, pour ses précieuses informations sur le système Egnos et tous les fidèles lecteurs pour leurs commentaires sur les précédentes éditions de ce livre, ainsi qu à ma femme Vana, pour sa grande patience pendant la rédaction de cet ouvrage. À tous ceux-là, et à tous ceux que j aurais pu oublier, merci. Paul Correia

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12 Table des matières INTRODUCTION Plan de l ouvrage 3 Questions/réponses 5 Quelle est la véritable précision du GPS? 5 Le GPS est-il réellement disponible partout et tout le temps? 5 Est-il toujours fiable et dans quelles conditions? 5 Existe-t-il des moyens pour augmenter sa précision? 6 Quels sont les pièges à éviter lors de son utilisation? 6 Comment utiliser le GPS avec la plupart des cartes maritimes ou terrestres? 6 Comment établir une route à l aide du GPS? 6 Comment connecter un récepteur GPS à un ordinateur? 7 La précision offerte aujourd hui par WAAS/Egnos est-elle vraiment utile pour une utilisation courante? 7 1. LE SYSTÈME GPS Historique 9 Composition du système GPS 13 Segment spatial 13 Couverture terrestre des satellites 15 Segment de contrôle 16 Segment utilisateur 18 Services fournis 18 Le PPS 19 Le SPS 19 Contrôle et politique du GPS 20 Coût et financement FONCTIONNEMENT Mesure de la distance d un satellite 24 Synchronisation de l horloge du récepteur 25 Positionnement en deux dimensions (2D) 27 Positionnement en trois dimensions (3D) PRÉCISION Précision fournie 32 Précision horizontale 32

13 GUIDE PRATIQUE DU GPS Précision verticale (ou altitude) 33 Précision de la vitesse 34 Précision de l heure 34 Reproductibilité 34 Précision relative 35 Sources d erreurs 36 Erreurs d origine naturelle 36 Erreurs d origine technique 37 Validité sélective (SA) 37 Diminution de la précision 38 Autres sources d erreurs 41 Mauvais fonctionnement d un satellite 41 Arrêt d un satellite 42 Dégradation volontaire par l armée 42 Erreurs dues à l utilisateur 42 Panne du récepteur 43 Précision indiquée par un récepteur 43 Amélioration de la précision 43 Précision requise 44 Marine 44 Aviation 44 Terrestre 45 Scientifique et industrielle RÉCEPTEUR GPS Position 47 Précision de la position 48 Format d affichage 48 Systèmes géodésiques 48 Écart de route (XTE) 49 Indicateur de déviation(cdi) 49 Moyenne de la position 49 Temps pour la première position(ttff) 50 Mise à jour de la position 50 Altitude 51 Modes 2D et 3D 51 Altimètre barométrique 51 Limitation de l altitude 51 Direction 52 Direction suivie (TRK, COG ou HDG) 52 Correction magnétique 52 Direction du prochain waypoint (BRG ou CAP) 53 Direction entre deux waypoints (DTK) 53 Erreur de cap (TAE, STR ou TRN) 53 XII Groupe Eyrolles, 2006

14 Compas et indications graphiques 54 Compas électronique 54 Route loxodromique ou orthodromique 54 Distance 55 Distance au prochain waypoint (DST, DIS ou DTG) 55 Distance totale 55 Unités de mesure 55 Odomètre 56 Vitesse 56 Vitesse de fond ou vitesse sol (SPD, VIT ou SOG) 56 Vitesse d approche du waypoint (VMG) 57 Limitation de vitesse 57 Heure et date 58 Temps GPS 58 Temps UTC 58 Heure locale 59 Heure affichée 60 Date 60 Temps pour arriver au prochain waypoint (ETEou TTG) 61 Heure d arrivée (ETA) 61 Messages et alarmes 61 Alarme d approche 62 Dépassement de waypoint 62 Alarme d erreur de route 62 Zone de garde ou alarme de proximité 63 Alarme de mouillage 63 Alarme HDOP 63 Homme à la mer (MOB) 63 Waypoints 64 Markpoint (MPT) 64 Nombre de waypoints 65 Noms, commentaires et symboles 65 Liste des waypoints les plus proches 65 Routes 65 Waypoints préprogrammés et POI 66 Base de données pour l aviation ou la marine 66 Affichage graphique 66 Écran couleur 67 Cartographie intégrée 67 Les PND 68 Récepteur différentiel intégré 69 Compatible WAAS/Egnos 69 Récepteur AGPS 70 Groupe Eyrolles, 2006 XIII

15 GUIDE PRATIQUE DU GPS Autres systèmes différentiels 71 Coucher et lever des astres 71 Informations sur les courants 71 Mode économiseur de piles 71 Mode simulateur 72 Informations générales 72 Récepteur séquentiel ou parallèle 73 Nombre de canaux 74 Récepteur portable ou fixe 74 Récepteur pour ordinateur portable et PDA 75 Récepteur GPS de type souris 75 Récepteur GPS Bluetooth 75 Antenne 76 Interface 76 Mise à jour du système 77 Accessoires 77 Alimentation électrique 78 Autres caractéristiques 78 Choisir un récepteur GPS GPS DIFFÉRENTIEL GPS à différence de code 82 GPS à différence de phase 85 Émetteurs GPS différentiel 85 Émetteurs DGPS locaux (LDGPS) 86 Émetteurs DGPS à large couverture (WDGPS) 87 Post-traitement 87 Intégrité apportée par le DGPS 88 Systèmes DGPS disponibles en Europe 88 Réseau maritime des phares et balises 89 Egnos 91 AGPS 94 Eurofix 96 OmniSTAR 96 SeaSTAR 97 Veripos CARTOGRAPHIE Systèmes géodésiques 100 Modèles géométriques terrestres 101 Ellipsoïde de référence terrestre 101 Modélisation de la surface terrestre (géoïde) 102 Les différents systèmes géodésiques 103 Conversions de systèmes géodésiques 105 Coordonnées 107 XIV Groupe Eyrolles, 2006

16 Latitude et longitude 107 Le système UTM 108 Les cartes IGN 113 Utilisation des cartes IGN avec le système UTM 114 Utilisation des anciennes cartes IGN top Utilisation des cartes IGN avec d autres systèmes 117 Les cartes marines du SHOM 119 Utilisation des cartes du SHOM avec les coordonnées en degrés 121 Utilisation d une règle GPS 122 Utilisation des cartes Navicarte 124 Utilisation de cartes étrangères 126 Cartographie électronique 127 Cartes bitmap et cartes vectorielles 127 Utilisations 128 Logiciel de cartographie 129 Logiciels GIS NAVIGATION Waypoints 132 Utilisation de waypoints de provenance extérieure 133 Établir une route 134 Route orthodromique 135 Établir une route avec un PND 136 Suivre une route 137 Utilisation en mer 137 Cap magnétique 142 Contrôler sa position 142 Navigation en présence de courants 143 Utilisation à terre 146 Système de navigation pour véhicule automobile LIAISONS INFORMATIQUES Connexion à un ordinateur 154 HyperTerminal 156 Affichage des informations NMEA 157 Protocole propriétaire 159 Connexion à un PDA 161 Connexion à un pilote automatique 163 Connexion à d autres instruments NMEA 163 Le standard NMEA Le protocole RTCM RÉCEPTION, ANTENNE ET SIGNAUX Réception 170 Puissance de réception 170 Groupe Eyrolles, 2006 XV

17 GUIDE PRATIQUE DU GPS Réception sous les arbres 171 Réception à l intérieur des véhicules 171 Brouillage et interférences 172 Antenne active 172 Choix de l antenne 173 Position de l antenne 173 Liaison 174 Caractéristiques électriques des signaux 175 Acquisition des signaux 176 Informations émises par les satellites 177 Mot de télémétrie (TLM) 178 Mot de livraison (HOW) 179 Horloge et état de fonctionnement du satellite - Sous-trame Éphémérides du satellite - Sous-trames 2 et Almanach et informations - Sous-trames 4 et Disponibilité sélective (SA) INTÉGRITÉ ET AVENIR DU GPS Informations aux utilisateurs 184 L avenir du GPS 188 Le système russe Glonass 189 Le système Egnos 189 Le système européen Galileo 190 Modernisation du GPS : GPS IIR-M, GPS IIF et GPS III 191 A. ANNEXE Table de translation des datums 193 B. BIBLIOGRAPHIE Ouvrages sur le GPS 205 Sites Internet sur le GPS 206 Sites européens sur Galileo et les systèmes d amélioration du GPS 207 Ouvrages sur la navigation et la cartographie 207 Sites sur la navigation et la cartographie 207 Informatique 208 C. GLOSSAIRE INDEX XVI Groupe Eyrolles, 2006

18 Introduction «Un atterrissage impeccable restera toujours pour moi nimbé de magie, comme la réponse des étoiles à qui, tout à l heure, j avais demandé : "Où suis-je?". Et les étoiles avaient répondu : "T en fais pas, tu verras le cap des Aiguilles avant minuit".» Bernard Moitessier La longue route. Depuis son origine, l homme a toujours eu besoin de se repérer dans des lieux inconnus ou peu familiers. Il a de tout temps eu recours à des méthodes ou des systèmes plus ou moins fiables et compliqués pour pouvoir s orienter et rejoindre un lieu déterminé. Aujourd hui, un récepteur GPS tient dans le creux de la main et permet de connaître instantanément sa position avec une erreur inférieure à 22 mètres, quels que soient le lieu, l heure ou les conditions météorologiques. Il permet de connaître la distance et la direction de tous les lieux connus. De nombreuses informations utiles sont également fournies en permanence par le récepteur GPS, comme la vitesse et la direction de déplacement, l heure, le jour ou bien encore une estimation de l heure