GALILEO, système européen de navigation par satellite

Principes du positionnement avec Galileo

Chaque satellite émet un signal radio de façon continue vers la Terre de quelques dizaines de watts de puissance. Comme les ondes hertziennes de la radio et de la télévision, les signaux sont des ondes électromagnétiques qui se propagent à la vitesse de la lumière. Le signal de base est composé d’une simple onde porteuse sinusoïdale, que le récepteur capte. Pour transmettre une information, il faut ajouter des modifications au signal, appelées « modulations ». Galileo utilise la modulation de phase : des sauts de phase sont introduits dans les oscillations de l’onde porteuse sans modifier sa fréquence. Le signal est ainsi modulé en phase par un code connu de l’utilisateur, spécifique au satellite et reconnu par le récepteur. Il est également modulé par le « message de navigation » contenant les informations. Le message et le code sont des séquences binaires qui permettent au récepteur de connaître à chaque instant la position des satellites et leur synchronisation par rapport à un référentiel de temps commun. On parle de « temps système » (temps Galileo ou temps GPS), toutes les horloges des satellites d’un même système étant quasi synchronisées entre elles.

Le récepteur détermine l’instant précis d’arrivée du code par la technique de corrélation (superposition d’un signal interne généré et du signal reçu). Puis il reconstitue, à l’aide du message de navigation, l’instant précis d’émission du signal reçu. Connaissant aussi la vitesse de propagation du signal (celle de la lumière), et donc le temps de trajet du message, le récepteur en déduit la distance parcourue entre lui et le satellite. Le récepteur au sol calcule le décalage de temps entre son horloge locale et l’échelle de temps Galileo, afin de rester dans une même échelle de temps et en déduire une distance exacte.

La position du récepteur est composée de trois paramètres (longitude, latitude, altitude), auxquels il faut ajouter un quatrième, qui correspond au décalage entre l’horloge du récepteur et l’échelle de temps commune au système Galileo. Ainsi, avec quatre satellites, il est possible de connaître par trilatération la position et le décalage de temps du récepteur vis-à-vis de l’échelle de temps de Galileo.

En réalité, la vitesse de propagation du signal diffère légèrement de la vitesse de la lumière dans le vide, car le signal traverse l’ionosphère à quelques centaines de kilomètres au-dessus de la Terre, puis la troposphère, ce qui retarde sa propagation. Le récepteur utilise des modèles pour estimer ce retard atmosphérique. En fait, de nombreux paramètres physiques et techniques influent sur les performances de précision et de synchronisation que Galileo propose aux utilisateurs. Le système Galileo ainsi que le récepteur les prennent en compte pour les corriger et obtenir la précision de positionnement au mètre près, contre quelques mètres pour le GPS, dans de bonnes conditions de réception et avec des récepteurs de qualité.