GPS III Où sommes-nous? Et où allons-nous?

Il y a quinze ans, le premier téléphone portable compatible GPS a été mis sur le marché. Il a échoué, mais le facteur de forme qu'il a créé, combinant un équipement de communication de qualité quasi militaire à un appareil grand public est resté avec nous.

Vous ne pouvez pas tourner un coin sans que votre téléphone, votre montre ou vos chaussures vous disent où aller, car ils savent exactement où vous êtes. Mais ça n'a pas toujours été le cas.

Une brève histoire du GPS

Nous prenons le GPS pour acquis comme une «marchandise», un grand cadeau de la part de Reagan-Era Star Wars Cold War MADness qui enseigne de temps en temps aux élèves du secondaire sur la relativité. Le fait déprimant est que le GPS (ou le GNSS tel qu'il était classé à l'époque) n'a été mis à la disposition du public qu'après une catastrophe aérienne étrangement familière..

En 1983, juste cinq ans après le lancement du premier satellite NAVSTAR, le vol 007 de Korea Air Lines a été abattu après avoir traversé l'espace aérien soviétique en raison d'une erreur de navigation du pilote. La réaction mondiale à la perte de 269 personnes à bord a été angoissée mais empreinte de politique de la guerre froide. Le président Ronald Reagan a annoncé que le GPS serait mis gratuitement à la disposition du monde pour prévenir une telle tragédie..

Le système de positionnement global a été conçu à l’origine pour répondre au besoin militaire de coordonner les mouvements de troupes et de navires dans des zones inconnues (comme le golfe Persique, où le GPS a été utilisé pour la première fois dans l’opération Desert Storm), ainsi que le système de détection de détonation nucléaire ( NUDET).

Les années de positionnement «sélectif»

Du fait de son utilisation de plusieurs satellites avec des horloges extrêmement précises, le GPS avait une précision de positionnement d’environ 10 m dès le début. Cependant, le ministère de la Défense a introduit des erreurs de positionnement intentionnelles dans les bandes civiles, faisant craindre que la technologie ne soit utilisée à leur encontre. Comme cela arrive souvent, cela se retourne presque instantanément.

Même lors de la première utilisation opérationnelle du GPS dans Desert Storm, le nombre limité de récepteurs GPS coûteux, lourds et gourmands en énergie, a poussé de nombreux membres armés à prendre des récepteurs civils "bon marché", légers et presque omniprésents, qui étaient inutilisables. sur le terrain en raison de ces erreurs intentionnelles. Il s'agissait d'un problème tellement reconnu que le système d'insertion d'erreur (appelé Disponibilité sélective ou tout simplement SA) était désactivé dans le monde entier pendant le reste de la guerre du Golfe (1990-1991)..

Tout au long des années 90, des organismes militaires, civils et civils ont réclamé le retrait de l'AS, des entreprises allant des entreprises de camionnage à la FAA affirmant que le bruit parasite dans le signal limitait l'utilité et l'adaptation du GPS dans leurs régions respectives. Ces erreurs ont été désactivées "en permanence" en 2000 par le président Bill Clinton.

Cependant, une nouvelle génération de satellites est en train d'être lancée, ce qui promet une augmentation considérable non seulement de la précision, mais également de la disponibilité du GPS. Désigné en tant que bloc GPS III ou GPS III, cette suite de 30 nouveaux satellites remplacera les anciens blocs II et les anciens blocs I. Sur les 64 oiseaux du bloc I / II lancés, 33 restent opérationnels, le plus ancien étant Navstar IIA-01, âgé de 23 ans..

Les raisons pour lesquelles ces satellites sont une amélioration massive sont plus compliquées que “il est plus rapide de verrouiller et plus précis”. Voici pourquoi.

Comment fonctionne le GPS

Le GPS fonctionne uniquement comme un système de diffusion. Aucune connexion de données n'est requise pour indiquer votre position (bien que la plupart des applications nécessitent une connexion de données. Sick Of Your GPS App La connexion de données s'estompe? Essayez 3 Cartes hors ligne mises à jour [Android] Sick Of Your GPS App La connexion de données s'estompe? Essayez 3 Cartes hors ligne mises à jour [Android] Il n'y a pas si longtemps, Chris couvrait trois des meilleures applications GPS hors connexion disponibles sur Android. Depuis lors, de nombreuses autres applications GPS ont été publiées ou ont fait l'objet de mises à jour majeures. Ces nouveaux arrivants se comparent… Read More for côté cartographie). Votre téléphone ou SatNav ne communique pas avec le satellite à une distance de 12 500 km, il n'écoute que sur une fréquence donnée des codes particuliers..

Votre téléphone écoute une chaîne ou une "bande" avec chaque satellite diffusant son propre code temporel personnel basé sur sa propre horloge atomique flottant en orbite. Cependant, comme chaque satellite est à une distance différente de vous, lorsque vous recevez ces "ticks", ils sont légèrement désynchronisés. Votre appareil GPS essaie ensuite de synchroniser chaque flux avec une horloge interne, afin de déterminer à quelle distance se trouve chaque satellite de votre position..

Donc, vous êtes à trois ou trois kilomètres de trois satellites. Celles-ci sont à au moins 12 500 milles au-dessus de votre tête et se déplacent à 14 000 milles à l'heure, et vous ne savez pas où elles se trouvent ou où elles vont. Ce n'est pas très utile jusqu'à ce que nous ajoutions le code temporel que chaque satellite diffuse, qui contient beaucoup plus d'informations que le temps.

Je sais où je suis mais où es-tu?

Pour savoir où nous en sommes basés sur les "ticks" des satellites, nous avons besoin d'informations supplémentaires qui sont déjà transmises dans le code temporel, ce qui s'appelle un "Almanach". Il contient des informations sur les caractéristiques actuelles de l'orbite de chaque satellite. Votre téléphone construit donc un petit planétarium modèle basé sur un temps précis à quelques nanosecondes. Fonctionnement du GPS [MakeUseOf Explains] Fonctionnement du GPS [MakeUseOf Explains] En tant que joueur passionné, je suis surpris par la corrélation entre les caractéristiques de type GPS dans les jeux vidéo modernes et la prolifération de la technologie GPS dans la vie mondaine. Quand j'étais enfant, les cartes papier et la cartographie étaient… Lire la suite. Boom. Le Starbucks le plus proche est à 12,6 mètres.

Maintenant ça devient intéressant; ce n'est qu'un groupe ou canal. Il y avait à l'origine trois canaux; deux (L1 / L2) ont été utilisés pour l'acquisition et le positionnement, respectivement. Celles-ci étaient utilisées dans des applications grand public, mais si vous aviez un code de cryptage particulier (communément appelé le code Gold), vous obtenez une plus grande précision, des signaux uniquement militaires..

Enfin, la bande L3 est réservée à la détection de détonation nucléaire, qui surveille le globe des événements infrarouges de haute énergie et est principalement utilisée pour faire respecter les traités d'interdiction des essais nucléaires. Mais les nouvelles versions de la norme GPS comportent de nouvelles fonctionnalités intéressantes..

Quoi de neuf dans GPS III?

Dans les systèmes plus récents des blocs II et III, le nombre de bandes disponibles est porté à 5. L4 reste en tant que bande de recherche, tandis que L5 inclut les paramètres de sécurité de la vie (signaux SoL et pilotes), qui est extrêmement efficace. version fiable du GPS pour les utilisateurs des secteurs de l'aviation, de la navigation maritime et de la "recherche et sauvetage".

Dans les nouveaux systèmes, la méthode de superposition de données dans le même signal à l'aide d'un code Gold (CDMA) est également utilisée pour produire des signaux supplémentaires pour les canaux civils et militaires (respectivement L2C et M-Code), qui effectuent deux choses très cool séparément..

Le code L2C est à la fois 250 fois «détectable» (ce qui n’est pas la même chose que «plus fort») et fonctionne sur une bande différente de celle utilisée normalement par le GPS civil. Puisque nous aurons désormais accès à deux bandes, nous pouvons les comparer en temps réel pour compenser les interférences atmosphériques, ce qui signifie que les consommateurs pourront enfin obtenir un positionnement fiable à l'intérieur (dans des limites raisonnables). .

Le M-Code est l'élément le plus coûteux qui justifie les nouvelles modifications apportées au fonctionnement du GPS. Les deux grandes avancées à cet égard sont la directionnalité et l’anti-brouillage. Plutôt que le système normal de «diffusion sur toute la terre», les nouveaux satellites du Bloc III auront des antennes de Terre entière et de directionnel M-Code, offrant aux troupes une réception 100 fois plus puissante dans le cône du faisceau, soit plusieurs centaines de kilomètres seulement. à travers.

Les signaux M-Code associés à cette pompe à puissance comprendront également une série de techniques de correction d'erreur, d'anti-brouillage, d'anti-usurpation d'identité et de diffusion de données permettant de lutter contre les systèmes de refus GPS locaux et de garantir aux troupes les meilleures données de position disponibles du temps, de la position ou de l'ennemi.

En plus de cela, il y a les améliorations habituelles qui viennent lorsque vous achetez un nouveau kit. Les horloges Rubidium plus rapides permettent une synchronisation plus précise et un meilleur positionnement du récepteur. Pendant ce temps, de meilleurs panneaux solaires fourniront plus d’énergie à des antennes plus fortes, ce qui signifie plus de puissance à la réception.

Ensuite, vous avez les ajouts habituels lorsque les gouvernements interviennent; La NASA a demandé à coller quelques rétroréflecteurs laser (miroirs) pour permettre un meilleur suivi au sol des orbites, et l'armée de l'air fait pression pour que des capacités de recherche et de sauvetage (SAR) supplémentaires soient ajoutées aux canaux de données SoL existants. Cela fait partie d'une norme mondiale pour les systèmes SAR impliquant 37 pays et fournira non seulement la détection et la localisation immédiates du signal d'urgence, mais également la possibilité de renvoyer de courts messages au récepteur..

Est-ce dans les airs?

Nombre de ces avancées reposent non seulement sur des satellites mis à jour, mais également sur des stations au sol mises à jour, anciennement appelées “Segments de contrôle opérationnel”(OCS). Ces stations au sol sont des lieux dans le monde entier et coordonnent les trajectoires orbitales, la densité de couverture, les capacités de recherche et sauvetage / détection nucléaire du réseau GPS, et corrigent périodiquement cette dilatation temporelle. Les nouvelles versions de ces stations au sol (OCX) permettent la plupart de ces avancées, ainsi que l’interopérabilité entre les systèmes GNSS américain et européen (PS, c’est pourquoi le GPS craint si vous êtes en Europe par rapport aux États-Unis; nous avons moins oiseaux sur nos têtes).

Malheureusement, ce sont précisément ces nouveaux systèmes impressionnants qui empêchent la sortie du GPS III. Le sous-traitant de la défense, Lockheed Martin, a été chargé de construire le premier satellite, mais a été retardé par les nouveaux ordinateurs de gestion et de navigation L2C d'Exelis. tandis que Raytheon a été engagé pour construire les OCX, qui ont connu des dépassements de budget importants.

Résumé et spéculation

Les avantages du nouveau système de bloc III, y compris certains des éléments du bloc II actuellement lancé, peuvent être résumés comme suit:

• Temps d'acquisition réduit
• Augmentation de la réception à l'intérieur
• Précision accrue et sensibilité au mouvement
• Zone de couverture plus large
• Précision accrue pour les scénarios de déploiement militaire utilisant un faisceau focalisé
• Augmentation des capacités anti-blocage (il n'est pas clair si cela s'applique aux signaux civils et militaires, mais je suis optimiste)
• Interopérabilité accrue avec le système de positionnement européen GALILEO
• Réduction du temps de réponse des recherches et du sauvetage et amélioration de la couverture mondiale grâce à certaines fonctionnalités de messagerie qui auraient pu empêcher la perte de MH370

Avec les retards tant dans les systèmes de satellites que dans les segments de contrôle au sol, il est peu probable que nous voyions tous les avantages de ces systèmes pour l'utilisateur final jusqu'à la fin de 2015 / mi-2016. Cependant, une fois qu'ils sont installés, ils ont une durée de vie proposée. de 15 ans, alors où allons-nous après cela?

Les États-Unis ne sont plus le seul acteur de la navigation globale. La Russie utilise GLONASS depuis le milieu des années 90 et au cours des cinq dernières années, les systèmes chinois BeiDou et GALILEO ont été mis en ligne. Dernier point mais non le moindre, le système de navigation par satellite régional indien (IRNASS) devrait être opérationnel dans les prochaines années..

Celles-ci ont toutes des objectifs régionaux différents. La grande question est donc de savoir qui collaborera en premier. S'agira-t-il de destinataires ou de gouvernements mondiaux? Ou reviendrons-nous à l'époque des voyageurs internationaux qui devaient disposer d'un téléphone portable pour chaque continent?

Avec les nouvelles extensions du GPS, les États-Unis ont démontré leur volonté de travailler avec le système européen, tout comme la Russie en assurant une interopérabilité de la sécurité de la vie avec GPS et GALILEO. Le ciel est de plus en plus occupé et à ce rythme, il y aura au moins 120 satellites dans le ciel fournissant la position à "quelqu'un". Si tout se passe bien, nous, consommateurs pauvres, pourrions même utiliser la plupart d’entre eux, ce qui nous ramène à une précision de quelques centimètres, même à l’intérieur. Cela signifie satisfaire aux exigences de la FAA en matière de pilotes automatiques d’approche de précision pour les aéronefs (astuce et drones), ainsi que pour permettre une détection beaucoup plus précise des voies pour les voitures autonomes. Voici comment nous allons arriver à un monde rempli de voitures sans conducteur Voici comment nous Allez dans un monde rempli de voitures sans conducteur La conduite est une tâche fastidieuse, dangereuse et exigeante. Pourrait-il un jour être automatisé par la technologie de voiture sans conducteur de Google? Lire la suite .

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Ce ne sont là que quelques-unes de mes réflexions sur l'endroit où cette technologie nous mènera, mais quelle est votre histoire? Que pourriez-vous faire avec des appareils sensibles à la position? Faut-il avoir peur?

Et comme toujours, toutes les questions ou quelque chose que j'ai écrémé un peu trop loin, demander dans les commentaires.

Crédits image: Histoire Rat: Opération Desert Storm - The Ground War; Mashup of Two de DonkeyHotey, publié (et réédité) sous CC-SA-2.0, Recherche et sauvetage au Canada par Bmpower sur Wikipedia anglais (œuvre propre); Trilateration 2D de Javiersanp via Wikimedia Commons (travail personnel GFDL ou CC-BY-SA-3.0-2.5-2.0-1.0.0), Carte de segment de contrôle GPS sous licence du domaine public via GPS.gov; Débris-GEO1280 par le bureau du programme de débris orbital de la NASA, sous licence du domaine public, via Wikimedia Commons

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