Synchronisation GPS

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Dans le système GPS il est indispensable, pour déterminer la position d'un récepteur, de synchroniser en temps (et donc en fréquence)l'horloge (ou oscillateur) interne du récepteur avec le temps diffusé par la constellation des satellites.

[modifier] Le temps GPS

Les signaux transmis par les satellites GPS sont pilotés par une horloge atomique, d'une grande précision. Ce n'est pas le cas des récepteurs qui possèdent, eux, une horloge à quartz. Les horloges à quartz sont indépendantes entre elles : elles dérivent donc aléatoirement les unes par rapport aux autres.

Le temps GPS est donné par le centre de contrôle de Colorado Springs. Il dérive de façon connue par rapport au Temps atomique international. En fait, le temps GPS est synchronisé sur l'UTC USNO (horloge atomique gérée par l'US Naval Observatory).

L'UTC se décale parfois d'une seconde par rapport au Temps atomique international (seconde intercalaire). Ce décalage n'est pas répercuté par l'USNO sur le temps diffusé par les satellites GPS. Mais un message destiné aux récepteurs leur permet de prendre en compte ce décalage, et donc, finalement, leur permet de pouvoir se synchroniser sur le temps UTC, pris comme référence. Le temps GPS a été calé sur l'UTC en 1980; il est donc décalé de façon permanente de 19 s par rapport au TAI (valeur de l'écart TAI - UTC en 1980). En 2007 son écart est donc de 14 s par rapport à l'UTC.

[modifier] La correction de l'écart de temps

Chaque satellite envoie un message de correction afin d'obtenir le temps GPS exact. L'écart entre le temps GPS et le temps d'une horloge d'un récepteur peut se mettre sous la forme :

avec : c : vitesse de la lumière : distance vraie entre le récepteur et le satellite

(iono) : correction ionosphérique calculée par le modèle

(tropo) : correction troposphérique calculée par le modèle

(rot) : erreur due à la rotation de la Terre pendant le temps de trajet du signal

: pseudo-distance mesurée

: écart entre temps GPS et temps de l’horloge satellite

: retard dû au récepteur (antenne, câble, circuits)

Dt rel : correction relativiste.

En partant d’un récepteur GPS dont on connaît parfaitement les coordonnées, on effectue des mesures concernant plusieurs satellites sur une période données. Ensuite on peut réussir à obtenir une précision de détermination dt de 10ns à 50ns en effectuant la moyenne des observations précédentes. Si cette fois on utilise non plus un récepteur mais deux placés à très grande distance l’un de l’autre en effectuant les mêmes mesures,les deux récepteurs peuvent se synchroniser entre eux.