Le GPS pour les pilotes de loisirs Par Thierry COUDERC Président de la commission sécurité de la FFPLUM Editorialiste du magazine Volez!
Le GPS pour les pilotes de loisirs Son principe Ses performances Ses limitations Ses règles pratiques d utilisation
Le GPS:qu est ce que c est? Le point de départ est une demande des militaires américains datant de 1981, pour disposer d un système de positionnement : -Précis ( à 300 pieds près) -Continu ( actualisant en permanence la position) -Global (utilisable partout dans le monde) Elle porte le nom de projet NavStar, car on se propose d utiliser des satellites.
Il existe déjà à l époque un système presque global : le Transit. Mais il n est ni précis,, ni continu. Il ne donne qu une position toutes les 20 minutes en moyenne, à environ 2 Km près. Son principe est calqué sur celui de la navigation astronomique solaire : la réception de signaux successifs émis par un satellite unique pour recaler une estime.
Le Principe du GPS est différent : L idée du projet NavStar est de se positionner non pas comme avec un sextant, mais plutôt comme les marins en vue des côtes c est à dire par rapport à plusieurs balises que l on voit en permanence.
Le principe est simple : - On mesure la distance qui nous sépare d un satellite qui émet vers nous sa position exacte en permanence. - Cette mesure définit une sphère sur laquelle on se trouve - En le faisant 3 fois, on a une position précise La position du récepteur est à l intersection des trois sphères
La mise en œuvre est plus complexe : Chaque satellite il y en a 26 - émet en Chaque satellite émet en permanence un signal codé qui peut grossièrement se décrire : «je suis le satellite N XX - au prochain top je serai à telle position et il sera telle heure pour moi - TOP» La mesure de distance se fait en chronométrant le temps que met l émission d un signal par le satellite pour être capté par l utilisateur. C est pour cela que la réception d un quatrième satellite est indispensable : pour servir de référence chronométrique à cette mesure de temps.
Pour résumer, le GPS doit donc : Connaître en permanence la position exacte de chaque satellite Avoir un calage horaire très précis et commun avec les satellites Mesurer des durées très courtes avec précision Exploiter ces données plusieurs dizaines de fois par seconde pour calculer sa position.
Grâce à la vulgarisation des horloges à quartz et aux progrès de l informatique, en 1982, il est désormais possible de réussir une telle suite de calculs.
Aujourd hui, le GPS fait même bien plus que cela. Les immenses possibilités de l électronique lui permettent d être un outil complet et polyvalent de navigation : - Il donne en permanence une position qui peut être précise à quelques mètres près, - Il évalue de manière continue l altitude (mais pas aussi précisément que les déplacement horizontaux : +/- 150 à 250 pieds suivant la région), - Il a en mémoire une base de donnée géographique complète qui dépend de l activité (voiture avion, bateau..),
Le GPS est devenu un véritable ordinateur - il peut afficher la carte et la faire dérouler sous la trajectoire - Il peut guider l utilisateur suivant un trajet programmé - Il peut alerter l utilisateur à propos des zones traversées - Il peut fournir des informations complémentaires (statut des zones, limites verticales, fréquences radio, caractéristiques des pistes, par exemple) Certains modèles peuvent même être à la fois routier, aéronautiques, maritimes ou randonneurs en montagne au gré de leur propriétaire.
En démontrant ses performances exceptionnelles, puis en se vulgarisant, le GPS a modifié la perception du positionnement et de la navigation au sein même de la société. 1) L opinion, les institutions, les pouvoirs publics admettent de plus en plus difficilement qu il soit possible de «ne pas savoir ou l on est» 2) En aviation de loisir, il est si facile à exploiter qu il semble pouvoir décharger le pilote des tâches de navigation en vol. C est le principal danger du GPS. En dépit de sa fiabilité et de sa précision, il faut garder à l esprit qu un tel appareil ne peut être fiable à 100%. En outre, sa précision peut être mise en défaut.
Il faut avoir conscience que le GPS a aussi des défauts Certaines contraintes sont bien connues des utilisateurs:
- Le GPS a besoin d un certain temps pour s initialiser. Pourquoi? -Il doit d abord recevoir au moins 4 satellites en même temps, -Il doit «télécharger» puis tenir à jour leurs éphémérides (leurs positions et déplacements), -Il doit caler son horloge sur l heure exacte du système GPS, - Seulement alors, il peut commencer à calculer des positions et en déduire des déplacements. Individuellement, chaque calcul n est pas assez précis pour être exploité. Mais le système est capable de renouveler ce calcul très rapidement (jusqu à plus de 200 fois par seconde), et d en faire une «moyenne» qui peut devenir de plus en plus précise (principe du calcul par itérations)
-Le GPS doit être placé à bord en situation de recevoir les signaux des satellites dans toutes les configurations du vol : - en mouvement - en évolution - au cours des émissions radio
- Si la série de calculs s interrompt pour une raison ou une autre, la réinitialisation est nécessaire. * son aboutissement est d autant plus long et délicat à réaliser que le GPS est en déplacement rapide (cas général en vol) * si l appareil doit manœuvrer continuellement pendant l initialisation, le processus peut prendre jusqu à 10 minutes. * au pire, avec un GPS un peu ancien, elle peut ne pas aboutir du tout!
-La continuité du calcul reste fragile : elle peut être interrompue par : * Une cause extérieure de mauvaise réception : parasitage, orage, forte humidité, * Une manœuvre au cours de laquelle la réception est masquée par la cellule, * L alignement conjoncturel des satellites qui empêche le calcul précis : C est l incertitude géométrique.
L incertitude géométrique Parce que les seuls satellites captés sont trop proches les uns des autres Le calcul de la position ne converge pas vers une donnée précise Devenu assez rare grâce à l augmentation du nombre de satellites que les récepteurs modernes peuvent gérer en même temps, ce phénomène ne dure pas mais peut susciter un recalage. Surtout, son apparition peut provoquer l affichage d une position fausse pendant plusieurs minutes.
C est, avec le parasitage et la précision aléatoire de la mesure en altitude, l une des raisons qui s oppose à l utilisation du GPS comme référence exclusive pour le vol IFR Le GPS reste tout de même un outil très performant. Il serait dommage de ne pas en tirer parti pour le vol et l approche sans visibilité. Mais pour ce faire, il doit être un modèle fixe, interconnecté avec d autres moyens de navigation (centrale à inertie, ILS par exemple) On dit que les références de navigation doivent être hybridées Ainsi, aucun GPS portable ne peut être certifié.
A aucun prix, le pilote de loisir ne doit imaginer que la possession et la maîtrise d un GPS peut lui permettre de reculer les limites du vol VFR.
Certaines autres lacunes et limitations sont généralement ignorées des usagers : Exemple: Le problème cartographique : Le GPS ne donne pas une position par rapport à des repères au sol. Il se place par rapport à des satellites sur une grille qui est une définition mathématique du globe terrestre : la norme WGS 84. Il se peut qu un obstacle, une destination ou même tout le tracé d une carte soient positionnés suivant une autre référence; or il en existe près de 200!
En plus, bien sûr, il y a des erreurs dans les bases de données des GPS et aussi sur les cartes Si en France on en a relevé ponctuellement jusqu à 450 m d écart, il y en a de plus systématiques à l étranger, et ce n est pas toujours proportionnel à la modernité des équipements des pays concernés. MAIS LES ECARTS DE POSITION CONSTATES NE SONT PAS TOUJOURS DES ERREURS! Les positions de certaine pays de l Est, d Asie du Sud -Est ou d Afrique sont entièrement décalées, jusqu à 7 Km parfois par rapport à WGS 84. Or leur cartographie est pourtant juste le plus souvent, mais sur d autres références.
En France, la cartographie a été levée et dessinée par rapport aux références «Clarke» puis «Europe 50» jusque au milieu des années 1980. Sur le cartouche de la carte VFR région Parisienne 2006 On lit : Ellipsoïde de Clarke (1880) Les mesures n ont pas été refaites systématiquement au moment du passage à la norme WGS 84
A savoir et à exploiter : La légende de chaque carte signale presque toujours la référence utilisée. La majorité des GPS modernes peut être programmée pour corriger ses calculs en fonction d une référence différente de la norme WGS 84 Encore faut - il se poser la question!
Le GPS en pratique : 1) Choisir son GPS en se posant les bonnes questions 2) Apprendre à le manipuler sans hésitation. 3) Adopter les meilleurs réglages
1) Choisir son GPS en se posant les bonnes questions - Type d activité? Pilotage seulement ou polyvalent (routier, randonnée ) - Possibilité de le brancher sur le circuit de bord? * à savoir : aucun GPS cartographique couleur n a vraiment une autonomie confortable sur piles * donc s il n y a pas de prise, choisir un modèle à batterie intégrée, voire N & B - Possibilité de fixer son support à bord de l appareil? Sinon, choisir un modèle compact que l on peut placer sur la planchette de cuisse ou garder autour du cou
2) Apprendre à le manipuler sans hésitation. Chaque fabricant adopte sa propre logique. Il n y a guère que l étude précise du mode d emploi pour apprendre à s en servir.
3) Adopter les meilleurs réglages Quelques questions à se poser: - Le calcul de l altitude est-il indispensable? Il faut savoir qu il diminue les performances globales du récepteur, surtout sur les GPS moins récents. - Le rétro-éclairage est-il toujours en fonction? Pratique si le GPS est alimenté par le circuit de bord, mais très défavorable à l autonomie en cas d utilisation des piles.
3) Adopter des affichages pratiques L affichage du maximum des données est- il judicieux? Un écran trop encombré est inexploitable en vol sans risque d erreurs!
Exemple : ici, il y a probablement trop de données!
Là, le réglage des détails cartographiques est adapté à la randonnées, sans doute beaucoup moins au pilotage
Sachant cela, comment utiliser avec rigueur l outil qu est le GPS? - Utiliser un récepteur GPS raisonnablement récent. - pour sa vitesse de calcul - pour le grand nombre de satellites qu il peut exploiter en même temps - pour sa bonne sensibilité de réception - pour sa meilleure résistance aux parasitages - Prendre le temps d apprendre à l utiliser AVANT de l emmener en vol. - pour en maîtriser les réglages - pour le manipuler sans erreur - pour en appréhender les limites - pour savoir le mettre à jour et le programmer.
Ne jamais abandonner la navigation classique - ni dans sa formation - ni dans son entraînement - ni en cours de vol
Pour conclure : Profitez bien de votre GPS! MAIS Utilisez-le comme une aide, pas comme la référence unique Ne pas tirer argument de ses possibilités pour être tenté de sortir du domaine VFR