Les constellations GNSS sont des groupes coordonnés de satellites qui fonctionnent ensemble pour fournir des services de positionnement, de navigation et de synchronisation (PNT) aux utilisateurs partout sur Terre. Ces constellations constituent l'épine dorsale des systèmes de navigation modernes, permettant tout, du suivi de la localisation des smartphones au guidage des véhicules autonomes, en passant par l'aviation, les opérations maritimes, l'agriculture de précision et la recherche scientifique.
Une constellation GNSS se compose généralement d'un nombre spécifique de satellites en orbite autour de la Terre sur des trajectoires orbitales soigneusement planifiées. Ces satellites transmettent des signaux radio horodatés depuis l'espace. Un récepteur GNSS, tel que celui de votre smartphone, capte ces signaux, calcule la distance à chaque satellite en fonction du temps de trajet du signal et détermine sa position par trilatération. Pour ce calcul, un récepteur a généralement besoin des signaux d'au moins quatre satellites pour tenir compte de la latitude, de la longitude, de l'altitude et de l'erreur d'horloge.
Constellations disponibles aujourd’hui
Il existe aujourd'hui plusieurs grandes constellations GNSS en service :
- GPS (Global Positioning System) – Exploité par les États-Unis, le GPS a été le premier GNSS entièrement fonctionnel. Il se compose d'au moins 24 satellites en orbite terrestre moyenne (MEO) à environ 20 200 km d'altitude. Il a commencé à fonctionner dans les années 1990 et les utilisateurs du monde entier continuent de s'y fier.
- GLONASS – Géré par la Russie, GLONASS est également une constellation de 24 satellites opérant en MEO. GLONASS offre une couverture mondiale et fonctionne souvent en parallèle avec le GPS pour améliorer les performances, en particulier dans les régions de haute latitude où sa configuration orbitale offre un avantage.
- Galileo – Il s'agit de la constellation GNSS de l'Union européenne, développée par l'Agence spatiale européenne (ESA). Il fournit un positionnement de haute précision et est conçu pour être interopérable avec le GPS et le GLONASS. Galileo offre des fonctionnalités uniques telles que des services cryptés pour un usage gouvernemental et des services ouverts au public, avec une précision de positionnement pouvant atteindre le centimètre dans certaines applications.
- BeiDou – Le GNSS chinois, développé par le China Satellite Navigation Office, est passé d'un système régional à un système mondial. La constellation complète a été achevée en 2020 et offre désormais une couverture mondiale avec plus de 30 satellites en orbite MEO, géostationnaire et géosynchrone inclinée.
Comment fonctionnent les constellations GNSS ?
Les ingénieurs conçoivent les constellations GNSS pour fournir une couverture continue en distribuant les satellites de manière à ce que les utilisateurs en voient toujours plusieurs depuis n'importe quel point de la Terre. Cela nécessite une planification minutieuse des paramètres orbitaux tels que l'altitude, l'inclinaison et l'espacement. La plupart des constellations utilisent l'orbite terrestre moyenne, car elle offre un bon équilibre entre la zone de couverture, la force du signal et la durée de vie du satellite.
L'utilisation de plusieurs constellations GNSS améliore la précision et la fiabilité. Les appareils capables de recevoir simultanément les signaux des GPS, GLONASS, Galileo et BeiDou—connus sous le nom de récepteurs multi-GNSS—peuvent calculer les positions plus rapidement et plus précisément, en particulier dans les environnements difficiles tels que les canyons urbains, les forêts ou les régions montagneuses.
Les constellations GNSS comprennent également des stations de contrôle au sol et des réseaux de surveillance qui suivent en permanence les satellites, téléchargent les données mises à jour et maintiennent l'intégrité du système. Ces réseaux garantissent une synchronisation et un positionnement précis et détectent les anomalies dans les performances des satellites.
Outre les fonctions PNT de base, les constellations GNSS modernes prennent en charge des fonctionnalités avancées. Il s'agit notamment des systèmes d'augmentation tels que WAAS (États-Unis), EGNOS (Europe) et MSAS (Japon), qui améliorent la précision et l'intégrité pour des applications telles que l'aviation. Certains systèmes offrent également des capacités de recherche et de sauvetage (SAR) pour aider à localiser les personnes en détresse.
En résumé, les constellations GNSS utilisent des réseaux de satellites et une infrastructure au sol pour permettre le positionnement et la navigation mondiaux. En utilisant une combinaison de plusieurs systèmes, les utilisateurs bénéficient d'une précision, d'une robustesse et d'une résilience améliorées, ce qui rend le GNSS essentiel à d'innombrables technologies et industries modernes.