Géolocalisation: Tout pour se retrouver

L’été et son cortège de départs en vacances.

Fini de « tracer la route » sur la carte, aujourd’hui on allume son GPS, on lui donne une adresse et on se laisse guider en ayant l’assurance de se retrouver à 10 mètres de son lieu d’arrivée.

Le GPS n’est cependant pas la seule technologie permettant de se situer, même s’il reste à ce jour la plus précise.

Faisons le point sur toutes les techniques actuellement disponibles pour nous « retrouver ».

Tous les commentaires sont les bienvenus.

Global Position System – trois signaux pour nous positionner tous

De même que le Frigidaire de nos grands-mères référençait une marque et non un réfrigérateur, le GPS n’est pas un produit mais une technologie.

Une technologie militaire initiée par le gouvernement américain, dont l’ouverture à une utilisation civile en 1993 fera fleurir multitudes de services. Le GPS s’appuie sur un réseau de satellites – 24 actifs et 4 de secours – orbitant à 20.000 kms au-dessus de nos têtes, il permet un positionnement ultra précis sur terre, air, mer. Sa filiation guerrière a initialement bridée sa précision à 1000 mètres jusqu’au début 2000, date à laquelle un seuil inférieur à 20 mètres, lui conférera enfin le succès qu’on lui connait aujourd’hui.

A tout moment en un point donné, un récepteur peut au plus « voir » 12 satellites simultanément.

Ces derniers émettent un signal en continu, contenant différentes informations comme la référence du satellite, l’heure d’émission et l’éphéméride.

Le récepteur GPS calcule alors le temps mis par les signaux pour arriver sur la Terre et en déduit une position. Il lui faudra trois signaux pour calculer une position sur un plan (2D) et quatre pour obtenir une altitude (3D).

Les navigateurs GPS utilisent la technique mathématique de trilatération pour déterminer leur position, vitesse et l’altitude.

Les navigateurs reçoivent et analysent en permanence les signaux radio des satellites GPS, calculant la distance précise (la portée) de chaque satellite sur lesquels ils sont verrouillés.

Les données à partir d’un seul satellite affinent une position sur une zone terrestre. Les données d’un second satellite précisent une position à l’intersection des deux calculs. Les données d’un troisième satellite (voir illustration) permettent de calculer une position précise. Seules les données d’un quatrième satellite (au moins) offrent la capacité de déterminer une altitude exacte (dans le cas des aéronefs).

Un navigateur GPS exploitent en moyenne 4 à 7 satellites simultanément, pour déterminer une position, une altitude, une vitesse et une direction.

La précision peut être améliorée à l’aide de différents systèmes comme le DGPS (Differential GPS), WAAS, ou encore EGNOS, développé par les Européens. Ces technologies utilisent des plateformes terrestres fixes corrigeant les erreurs de positionnement dues aux différentes perturbations.

Les États-Unis exploiteront le système GPS actuel jusqu’en 2030. Evidemment, une nouvelle génération de satellites, plus performante, viendra remplacer progressivement tous les modèles en place, mais ce n’est pas cette évolution qui permettra au grand public de constater une amélioration du service (rapidité au démarrage… plus grande précision).

Les récepteurs utilisant un composant capable de calculer en temps réel une position en fonction des signaux reçus, plus les signaux seront nombreux et puissants, meilleure la précision sera.

Les constructeurs travaillent dès lors sur l’amélioration des performances du récepteur, et notamment sur sa sensibilité.

Dans ce domaine, la référence aujourd’hui est fabriquée par le constructeur SiRF et commercialisée sous la référence SiRF Star III, une puce GPS alliant économie d’énergie et performance.

Une approche (non mutuellement exclusive) consiste à disposer au niveau local de certaines informations : le A-GPS (Assisted GPS).

Le principe de fonctionnement est simple : l’utilisateur télécharge (manuellement ou automatiquement), via le net, des fichiers texte contenant les éphémérides des satellites.

Le seul but de cette opération est d’accélérer l’obtention d’une position (appelée FIX). Hélas cela ne sert qu’au démarrage du récepteur et n’améliore en rien la sensibilité de l’appareil.

Pour bien comprendre la valeur ajoutée de ce A-GPS, il est nécessaire de retenir que le pire ennemi de votre GPS est la mise hors tension…

Chaque fois qu’un GPS est remis sous tension il se pose la question suivante ? Oui suis-je ?

Le temps qui lui est nécessaire pour répondre est appelé TTFF ou Time To First Fix.

Cette latence quant à sa première localisation peut atteindre plusieurs minutes en fonction des critères suivants :

Période de temps depuis son précédent calcul de positionnement (combien de temps il fût éteint)
Puissance de réception des signaux GPS
Validité de son almanach et de son éphéméride
Positionnement actuel éloigné de plus de 50 kms de son positionnement précédent.

L’almanach contient la position orbitale à une date donnée des divers satellites / par zones, ce qui permet au GPS de directement essayer de joindre ceux de sa précédente zone en priorité afin de diminuer le TTFF – Sauf si vous avez pris l’avion…

L’éphéméride contient des informations de corrections temporelles, permettant d’affiner les données de l’almanach, afin de déterminer quels sont les satellites candidats optimaux en terne de puissance de signal. Il faut au moins 15 minutes de connexion « géolocalisée » à un GPS pour construire seul une éphéméride complète. Cette dernière est valide 6 heures au plus.

C’est donc uniquement pour réduire le TTFF que naquit l’idée d’utiliser une connexion toujours disponible au sein des mobiles… la liaison radio, afin de transmettre la position des satellites…du A-GPS, ou Assisted-GPS.

Autre fonctionnalité et non des moindre du A-GPS, être à même d’établir un premier positionnement depuis non pas les signaux GPS mais grâce aux données de positionnement des antennes radio cellulaires.

Un logiciel embarqué sera souvent nécessaire pour interpréter ces données, et quoiqu’il arrive une puce GPS restera indispensable pour rendre ce positionnement exploitable.

Galileo l’Européen.

L’Europe s’est on le sait décidée à lancer son service concurrent. Galileo profitera des avancées technologiques pour offrir des services beaucoup plus complets et surtout offrir une précision inférieure à 10 mètres pouvant atteindre 1 mètre avec des systèmes de correction intégrés. Enfin Galileo sera sous contrôle civil, contrairement à GPS encore aujourd’hui, sous contrôle militaire. Du coup, les restrictions stratégiques de couverture ne devraient pas être… sauf cas exceptionnel.
Des premiers tests ont eu lieu, mais la couverture se limite à quelques zones terrestres. L’ensemble des 30 satellites assurant une couverture mondiale devrait être opérationnel à partir de 2011.

Appelles moi je te dirai ou tu es

Les réseaux cellulaires permettent eux aussi, et de façon totalement indépendante au réseau GPS, d’obtenir un positionnement relativement précis. Le principe est simple, et d’ores et déjà actif pour tous les opérateurs de téléphonie : l’utilisation du CELL-ID, numéro d’identification unique – tous opérateurs confondues, et sur toute la planète – de la cellule radio actuellement utilisée par un portable dès qu’il est sous tension.

Le « truc » c’est que pour choisir cette cellule à un moment donné (un portable est en itinérance permanente) le téléphone a interrogé les six antennes les plus proches, de ces six antennes, il en choisira une, la plus puissante en terme de signal car se sera celle qui lui permettra d’optimiser sa batterie. C’est sur cette antenne qu’il se verrouillera occupant une cellule, prête à initier toute communication.

Le téléphone garde en mémoire toutes ces informations, toujours à des fins d’économie d’énergie, malmenée par une interrogation en direct des antennes, au moment où sa CELL-ID actuelle deviendra trop faible (taux d’erreurs), il interrogera l’une des cinq autres antennes, la meilleure candidate précédente, qui à son tour complètera la liste des 6 antennes en communiquant en direct avec ses congénères (les antennes sont alimentées en permanence), permettant au téléphone de choisir une autre antenne, et une autre CELL-ID, et ainsi de suite pendant que nous bougeons, jusqu’à ce que le téléphone soit de nouveau mis hors tension.

La précision de la localisation effectuée, est directement fonction du nombre d’antennes disponibles, elles même fonction de la densité urbaine de l’endroit où se trouve le téléphone. Si en agglomération on peut descendre sous le seuil des 300 mètres –dans une ville comme Paris – cette précision se dégrade de 600 à 2500 mètres pour les zones péri-urbaines et rurales.

Envoies moi un email, je te retrouverai

Nous finirons par le moins précis, et néanmoins le plus médiatisé des moyens de géolocalisation : l’adresse IP.

Le principe est simple, dès que l’on envoie des données sur Internet, ces dernières sont rattachées à une adresse IP unique. Cette adresse IP peut être fixe – à sa savoir toujours la même depuis un même point de connexion – ou variable, c’est-à-dire que depuis ce point de connexions l’adresse IP qui sera dédiée à notre communication ne sera valable que durant quelques heures à quelques jours avant d’être renouvelée – Toutes ces adresses sont reliées à un fournisseur unique. Ce fournisseur délivre les précieux identifiants depuis des points d’accès, tous répertoriés (ce sont les fameux DSLAMs), et tous localisés avec précision, tant pour des raisons légales que de maintenance.

La précision est certes mauvaise, de l’ordre de 1000 à 5000 mètres, mais il est trivial de déterminer depuis quelle zone géographique les données sont parties…

Il sera impossible donc impossible de faire croire à ses camarades de bureau avertis, que le beau bronzage arboré cette rentrée, est le fruit d’une villégiature au sein d’un coin de paradis, si vous leur avez envoyé un email décrivant un ciel azur, depuis le point d’accès WiFi du fast food de votre quartier.

Voila, vous savez tout ou presque, reste maintenant à être prudent sur la route !
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