La fiabilité du GPS :

La fiabilité des mesures GPS, dépend de facteurs multiples, tout d'abord de la sychronisation entre les horloges des satellites et celles des récepteurs. Nous avons vu qu'elle était impossible et que pour remédier à cet obstacle technique, les positionnements s'effectuent au moins avec 4 satellites. Cependant il réside toujours des erreurs, qui ajoutées aux aux autres facteurs d'imprécision nuisent à la fiabilité du système.

La nécessité de 4 satellites pour effectuer une mesure pose un autre problème, celui de la couverture GPS. La configuration des satellites, telle qu'elle est actuellement ne couvre pas l'ensemble de la planète à chaque instant ; en effet les chiffres de la disponibilité déjà avancés plus tôt, montrent une disponibilité de 95%, en effet dans 5% des cas la mesure de positionnement n'est possible qu'avec trois satellites, ce qui nuit grandement à sa précision. De plus, la panne d'un satellite, qui n'est pas un incident rare, réduit au nombre de trois les satellites visibles pendant des durées de 30 minutes sur de larges zones.

La disposition de la constellation induit une forte dégradation géométrique de la précision deux fois par jours dans certaines zones limitées pour des durées de 5 à 30 minutes. Par ailleurs l'élévation des satellites et leurs positions relatives par rapport au récepteur va affecter la qualité des positions calculées. L'évolution permanente de leur configuration et surtout l'effet de la disponibilité sélective (S-A) expliquent que les résultats de positionnement obtenus en un point fixe soient relativement dispersés.

A tout ceci on peut ajouter les facteurs d'erreurs dûs à la traversée par les signaux radios des satellites, de certaine couches de l'atmosphère. La traversée de ces zones modifie quelque peu la durée de propagation de l'onde et affecte donc les mesures des pseudo distances.

La réfraction dans l'ionosphère :

L' ionosphère est une couche haute de l'atmosphère qui s'étend de 60 km à environ 1000 km d'altitude. Son nom vient de l'important phénomène d'ionisation qui la caractérise, car elle est la zone de l'atmosphère où la densité des particules ionisées est la plus élevée. En fait c'est un " nuage " de particules chargées (ions et électrons) qui enveloppe la Terre entre 60 et 1000 km d'altitude.

Les ondes radios issues des satellites du système G.P.S orbitant à 20 000 km d'altitude doivent donc traverser cette couche avant d'arriver sur terre. Le signal GPS est perturbé comme toute onde électromagnétique traversant un milieu conducteur. Ce sont en fait les électrons libres de l'ionosphère qui affectent la propagation du signal G.P.S. Cette perturbation se manifeste par un retard, c'est à dire que la vitesse de propagation de l'onde dans le milieu conducteur qu'est l'Ionosphère, est plus faible que ce qu'elle serait dans le vide. Le temps de propagation de l'onde est donc plus long que ce qu'il serait dans le vide, ce qui conduit à surestimer le temps de propagation du signal et donc la distance satellite-récepteur.

Comme l'ionosphère est un milieu dispersif, le retard dépend de la fréquence de l'onde radio. On a vu en effet que par mesure de phase et en utilisant des combinaisons de phase à l'aide de mesures bi-fréquence, on peut éliminer l'erreur inonosphèrique. ( voir partie II GPS par mesure de phase*)

La réfraction dans la troposphère :

La troposphère est la couche inférieure de l'atmosphère terrestre, comprise entre la surface de la Terre et la stratosphère. Cette couche s'élève à une altitude d'environ 11 km au-dessus des pôles et peut atteindre jusqu'à 16 km au-dessus des régions équatoriales.
Le temps de propagation de l'onde GPS est affectée par la teneur en vapeur d'eau de cette couche basse de l'atmosphère. Il serait donc nécessaire de connaître cette quantité avec précision tout le long du trajet suivi par l'onde pour établir les imprécisions sur les mesures de pseudo-distances qui en découlent. En pratique cela se révèle très difficile, sinon impossible, même avec l'aide des deux fréquences des ondes L1 et L2 comme on le pratique pour l'ionosphère. ( en savoir plus )

Le phénomène des trajets multiples est un autre phénomène altérant la mesure de position. Il est dû à la réflexion des ondes radios émises par les satellites, par les infrastructures en milieu urbain. Ces réflexions vont augmenter la distance du trajet satellite-récepteur et donc aussi la durée de propagation du signal. Le récepteur va alors calculer une distance satellite-récepteur fausse et donc commettre une erreur sur la position. On peut aussi ajouter à cela les erreurs dues au bruit qui affecte tout signal radio.

Le bruit des mesures :

Le bruit de la mesure est estimé à moins de 1% de la longueur du signal sur lequel se fait la mesure, dans le cas d'un mesure de phase comme dans celui d'un calcul de pseudo-distance.

Le tableau met nettement en évidence que le bruit de la mesure affectera moins la méthode par mesure de phase (à partir des ondes L1 ou L2, voire les deux) que la méthode par calcul des pseudo-distances, qu'elle soit faite à partir du code C/A ou P, et cela du fait de la longueur d'onde plus courte de L1 et L2.

Les facteurs d'erreurs sur un positionnement absolu :

On pourrait réaliser le total et obtenir un intevalle de temps compris entre 131 et 164 Ns, ce qui correspondrait à une précision de 39,5 à 49,3 m, mais dans les faits ces différents facteurs d'imprécisions s'annulent plus ou moins, permettant l'obtention d'une plus grande précision voire une précision parfaite dans de très rares cas.

Facteurs d'erreurs sur une mesure par DGPS :

Comme dans le cas précédent, dans la réalité les erreurs ne s'aditionnent pas, mais ont plutôt tendance à s'annuler, on peut dont estimer le précision du DGPS inférieure à un mètre.

Un tableau de facteurs d'erreurs dans le cas du GPS par mesure de phase n'est pas réalisable car les erreurs rencontrées dans les méthodes précédentes sont éliminées dans ce type de mesure pour obtenir une précision de quelques milimètres.

La précision dépend entre autre de la configuration géométrique des satellites vus du récepteurs et choisis par celui ci au moment de la mesure. Le niveau de précision résultant de cette configuration peut être caratérisé par un facteur de dégradation géométrique de la précision, le coefficient d'affaiblissement de la précision du résultat de positionnement instantané, GDOP ( Geometric Dilution Of Precision ). On considère en général que la configuration géométrique est acceptable lorsque le GDOP est inférieur à 6. Les 4 satellites servant à un positionnement forment un polyèdre avec le récepteur. Plus le volume est grand, meilleur est le GDOP. Le GDOP est calculé par le récepteur GPS à partir des éphémérides des positions des satellites. Ainsi l'utilisateur peut avoir une idée de la confiance à apporter dans une mesure, en effet :

- une valeure de GDOP de 2 ou 3 est exellente ( grande précision).

- une valeure de GDOP de 5 ou 6 est bonne ( précision moyenne).

- une valeure de GDOP de 9 ou 10 est passable ( mauvaise précision).

Ainsi, grâce au GDOP on peut déterminer un indice de précision qui donne à l'utilisateur le degré de fiabilité qu'il obtiendra dans la mesure effectuée.

Malgré les différentes sources d'imprécision qui accompagnent la mesure GPS, le positionnement GPS est d'une bonne fiabilité, les résultats, mêmes les moins précis sont moyennement satisfaisants pour un usage en randonnée, en bateau ( sous réserve d'une grande prudence ) ou en voiture. L'application au transport aérien est aussi possible mais seulement en phase de vol, car les problèmes de fiabilité, même moyens sont encore trop importants pour réaliser un atterissage grâce au seul GPS, en effet une telle opération n'est pas sans risques. Pour des secteurs d'activités nécessitant une plus grande précision (géologie, tectonique) des systèmes à positionnement relatif ( c'est à dire le positionnement d'un vecteur formé par deux récepteurs par rapport à un point de coordonées connues ou d'un seul point par rapport à un point fixe ) offrant de trés grande précision ont été mis au point, permettant l'obtention d'une précision de l'ordre du millimètre dans le cas du GPS par mesure de phase ! Même les concepteurs du GPS n'avaient imaginé une telle prouesse possible. Une telle précision permet alors des applications que la simple mesure sur les codes en positionnement absolu n'aurait pas permise. En effet, pour la tectonique des plaques par exemple, il est nécessaire de mesurer des positions au centimètre près (voire au millimètre près) si l'on veut être à même de déceler des déplacements de quelques centimètres par an (voire moins) d'une plaque par rapport à une autre . La précision ainsi développée permet désormais la surveillance d'une marge active en géologie, de la déformation du cône d'un volcan en activité ou encore de définir le géoïde terrestre.

Seulement de telles mesures nécessitent des équipement très coûteux et sont seulement utilisables dans certaines zone de la planète, à proximité des centres de retransmission de calculs et de corrections. De plus, se pose un autre problème, les mesures par phase nécéssitent un certain temps et ne sont donc pas applicables aux secteurs d'activité nécessitant une grande fiabilité et une mesure instantanée, un tel service n'a à ce jour pas été encore mis au point. Comme si tout ceci ne suffisait pas, une autre contrainte existe, indépendante du GPS, liée aux données cartographiques :

( lien vers : imprécision des données cartographiques )