TPE GPS

C) Les ondes GPS

I) L’évolution

        Le Global Positioning System (Système de repérage universel) a été développé dans le contexte de la Guerre Froide, et à donc à la base une utilisation militaire. Il date de 1920 et à la particularité d’être manuel. Il ressemble à une montre. Le principe était simple une mince feuille de papier pouvait se dérouler et indiquer l’itinéraire à suivre.

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En 1957, l’ancien URSS lança le premier satellite conçu par l’homme, les scientifiques comprirent alors qu’on pouvait utiliser les satellites pour calculer la position d’un récepteur sur Terre grâce à la mesure de la distance d’un récepteur par rapport à plusieurs satellites. Ce n’est qu’en 1983 que le GPS apparaît sur le marché des civils. Aujourd’hui il existe toutes sortes de GPS : les GPS routiers, les GPS de montagnes voir même les GPS inclus par des applications sur smartphone.

II) Le fonctionnement

        Une onde est une déformation, un ébranlement ou une vibration qui se propage dans un milieu donné.

Le GPS est un système de localisation par satellite.

Dans le cas des GPS, le type d’ondes utilisées est le même qu’émettent les radios. Il s’agit donc des ondes électromagnétiques. Même si il existe dans le cas présent 2 sortes d’ondes :

- Les ondes longitudinales, où les points du milieu de propagation se déplacent localement selon la direction de propagation (la compression ou la décompression d’un ressort par exemple).

- Les ondes transversales, où les points du milieu de propagation se déplacent localement perpendiculairement au sens de propagation, de sorte qu'il faut faire intervenir une grandeur supplémentaire pour les décrire (les vagues, les ondes des tremblements de terre). On parle alors ici de polarisation. La polarisation est une propriété des ondes vectorielles comme la lumière. Le fait que ces ondes soient caractérisées par des vecteurs les différencie des autres types d'ondes comme les ondes sonores, et implique ce phénomène de polarisation.

        Dans un milieu homogène l’onde électromagnétique se propage en ligne droite mais dès lors qu’elle tombe sur un obstacle il y a différents phénomènes qui se produisent dont un d’eux nommé le phénomène de réfraction : il y a réfraction lors d'un changement de milieu de propagation, si le second milieu est transparent pour l'onde, celle-ci se propage dans le second milieu mais avec une direction différente. Cela concerne la lumière et les ondes des GPS. Les ondes radio qui sont aussi celles des GPS sont des ondes électromagnétiques. Ces dernières se propagent à la célérité ( une vitesse de c = 3,00 108 m.s-1 ) dans le vide. Les satellites du système GPS émettent des signaux codés sous forme d'ondes radio émises sur deux fréquences différentes (1,6 et 1,2 GHz) et dont la réception au sol va permettre de calculer la position.

Calcul des longueurs d'onde dans le vide des ondes émises par les satellites :

l = c / f avec f : fréquence en Hz ; c, célérité en m/s, l : longueur d'onde en m.

Pour f = 1,6 109 Hz : l1 = 3,00 108 / 1,6 109 =0,1875 m soit l1 = 0,19 m.

Pour f = 1,2 109 Hz : l2 = 3,00 108 / 1,2 109 = 0,25 m.

Puis la durée t mise par le signal pour aller du satellite S au récepteur R si le satellite est situé à la verticale de R à l'altitude h= 20 180 km :

t = h / c avec h : distance RS en m ; c : célérité en m/s et t: durée en s.

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