Attaque contre les GPS

Bienvenue au 21e siècle où le cyber-crime est au stade des crimes les plus importants et avec le plus de répercussion sur notre société. En Décembre passé,  l'Université de Carnegie Mellon a trouvé quelque chose qui pourrait déclancher un arrêt chez au moins 30% des Satellites GPS en orbite aujourd'hui.

Cet article reste cependant très bref, car il touche un côté très sensible de l'intelligence américaine.

www.space.com/GPSendanger

Par Myles Grenon

Outil de base

J'ai trouvé un guide de positionnement GPS sur le web. Il est assez vieux, il date effectivement de 1998, mais il peut tout de même comporter quelques informations de base sur le fonctionnement d'un GPS.

Par Renée-Anne Bédard

Lexique (suite)

Philippe a publié plus tôt dans la journée un début de lexique sur les acronymes utilisés dans le monde de la géolocalisation. Sur ce site internet, il y a un lexique qui complète très bien celui de mon collègue.

Par Renée-Anne Bédard

Localiser les satellites

Voici un site internet qui permet la localisation de tous les satellites en orbite à ce jour. On peut voir qu'il y en a 17 316 incluant les débris de fusée. Le dernier satellite qui a été envoyé est un satellite américain infrarouge qui fait la surveillance de missile. Ce satellite a été envoyé le 19 Mars 2013.

Vous pouvez le localiser :Localisez le SBIRS GÉO-2

Satellite-Catégories

Décollage du SBIRS GÉO-2 de Cape Canaveral

par Myles Grenon

Lexique GPS

Voici un esquisse du Lexique GPS que nous sommes présentement en train de former. Voici quelques termes des plus importants:

AM: Amplitude Modulation
bps: Bits per second
C/A-Code: Coarse/Acquisition Code
CORS: Continuously Operated Reference Station
DGPS: Differential Global Positioning System
GLONASS: GLObal NAvigation Satellite System (Russe: GLObal'naya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistema)
GPS: Global Positioning System
NAD: North American Datum
WGS: World Geodetic System

Par Philippe Desjardins

Triangulation Versus Trilatération

Bonjour,

Je me disais que ma dernière publication n'était peut-être pas assez claire sur la différence entre la triangulation et la trilatération. Effectivement, avec recherches supplémentaires, j'ai réalisé que la différence était considérable. J'ai aussi compris pourquoi lorsque l'on parle de GPS il est impératif d'utiliser le terme trilatération.

Lorsque le GPS calcule sa position à partir d'au moins trois satellite, il détermine cette dernière grâce aux distances le séparant des trois satellites. C'est la trilatération.

Si le GPS avait calculé les angles qu'il formait avec les satellites et aurait ainsi trouvé sa position par rapport aux satellites, cela aurait été la triangulation.

Donc la triangulation est une méthode de calcul à partir d'angle, alors que la trilatération est une méthode de calcul à partir de distances.

Voici deux photos provenant du même site et qui décrivent bien la différence entre les deux techniques. Ces exemples sont basés sur des calculs terrestres et non spatiaux.

Trilatération

Triangulation

La raison pour laquelle la triangulation n'est pas utilisée dans le calcul de position par des GPS est que lors de la traversé de la ionosphère, une couche atmoshpérique pleine de particule chargée, le signal envoyé par le satellite est dévié, ce qui peut, dans certaines conditions, affecter de façon importante l'angle reçu par le GPS et l'angle initial d'envoi.
Un exemple de ces situations particulières est par exemples: lorsque le satellite tends vers l'horizon.
Dans ce cas, la traversé de la ionosphère est plus longue, ce qui explique l'impact défavorable. 

Par Philippe Desjardins

Ce qu'est la trilatération

Bonjour, cet article servira à démystifier ce qu'est la trilatération. Jusqu'à présent, nous avons employé le terme triangulation pour désigner cette méthode de calcul de position, mais suite à quelques recherches, et après une rencontre très enrichissante avec une responsable de projet de recherche à la faculté de Géomatie à l'Université Laval, nous avons appris qu'il serait probablement plus approprié d'utiliser le terme trilatération. La signification est similaire, mais j'ai pu comprendre que la trilatération est une forme plus complexe de Triangulation

La trilatération, est une technique qui permet à un GPS de se connecté à trois satellite pour définir sa position.

Source: http://www.mio.com/technology-trilateration.htm

Trois satellite envoie leurs informations de positions à un récepteur GPS. Ce récepteur connaissant leur distance par rapport à lui même définie une sphère imaginaire ayant comme rayon cette distance autour de chacun des satellites. L'intersection de trois sphère donne deux points. Un qui est aberrant considérant qu'il est incroyablement loin dans l'espace, et un près de la surface de la terre.
La donnée aberrant est retirée et on connait la position du GPS.

Source: http://plus.maths.org/content/conic-section-hide-seek

Voici une dernière image qui représente la trilatération en 2D avec des cercles au lieu des sphères.

Par Philippe Desjardins

Les trois lois de Kepler

Envoyer un sattelite dans l'espace est une affaire, le garder en orbite est complètement differente. Les trois lois de Kepler sont les principales lois de la physique qui permettront au satellite de rester en orbite sans s'écraser sur la terre.

Regardez ces lois sur le site suivant : http://fr.wikipedia.org/wiki/Lois_de_Kepler

Schéma de la première loi de Kepler.

Par Myles Grenon

Un peu d'histoire!

Nous parlons souvent sur le comment fonctionne le GPS. Or, il est important de connaitre son origine et de quelle façon la géolocalisation s'est améliorée au cours des six dernières décennies.

Le lancement du Spoutnik en 1957 donne naissance au GPS en émettant des signaux permettant de connaitre la position, ceci prenait 1h30 pour envoyer et recevoir des résultats. Un peu plus tard l'erreur fut corrigée par les militaires avec des satellites plus complets. Encore quelques années plus tard ce service était disponible pour les civils. [les origines]

Une image virtuelle du Spoutnik de 1957 dans l'espace.

Par Myles Grenon

L'importance du temp dans les GPS

Ce qui est important de comprendre dans la relativité chez les GPS est que le temps varie selon l'altitude. Or, plus on est haut, moins l'attirance gravitationnelle est forte, ceci étant dit, le temps s'écoule plus rapidement au 30e étage qu'au 2e.

''Si le degré de précision que l’on cherche dans la mise à l’heure de deux horloges atteint la cent millionième de seconde, comme cela est le cas avec le GPS, il est indispensable de tenir compte de cet infime décalage temporel.'' Voici une citation du site: www.science.gouv.fr où l'on voit l'enjeux qu'a la relativité avec les GPS.

Par Myles Grenon 

La mise en orbite des satellites

Nous parlons beaucoup du rôle du satellite dans le fonctionnement des GPS, mais pas vraiment de la façon dont ils sont mis en orbite. Cette petite animation explique très clairement les différents types de satellites, le rôle des forces dans l'orbite, la trajectoire du satellite lorsqu'il tourne autour de la Terre et au lancement et les différentes altitudes d'orbite possibles.

https://www.youtube.com/watch?v=0dO7TpOGdcA

Par Dominic Fillion

Les erreurs lors de la transmission des données

Voici un autre document concernant ce qui peut avoir un effet sur la précision des GPS. Celui-ci parle des effets de la relativité, avec quelques calculs à l'appui, de la traversée de l'atmosphère et de la façon dont les signaux sont transmis des satellites aux GPS.

http://www-irma.u-strasbg.fr/~baumann/explis.pdf

Par Dominic Fillion

Les effets de l'ionosphère sur le GPS

La plus grande cause de perte de précision dans les calculs de position des GPS est l'effet de l'ionosphère. En effet, les ondes émises par les satellites sont perturbés en traversant ce nuage de particules chargées. La vitesse de propagation de l'onde dans l'ionosphère est alors plus lente que ce qu'elle serait dans le vide. Ce qui provoque un temps de propagation plus long et, en conséquence, un calcul de la distance satellite-GPS surestimé. Sur ce site internet, il est expliqué en détail les effets de l'ionosphère sur les GPS ainsi que les manière de corriger ces erreurs. 

Par Renée-Anne Bédard

Galileo a calculé son premier positionnement

L'Europe ont élaboré leur propre système de positionnement par satellite. Cette semaine, leur système Galileo a déterminé pour la première fois une position en trois dimensions avec leur quatre satellites en orbite.  La constellation atteindra 30 satellites d'ici 2019. D'ici là, les européens doivent patienter jusqu'en 2014 avant de profiter de ce système de positionnement par satellite. Pour les informations complètes, rendez vous sur ce site web.

Par Renée-Anne Bédard

L'Horloge atomique au coeur du GPS

Sans la précision des horloges atomiques, les GPS ne pourraient pas indiquer aux mètres nos positions.  En effet, le temps est un élément clef dans leur fonctionnement et il est primordial de le mesurer le plus précisément possible.  La technique développée par les scientifiques est l'utilisation de ces horloges très sophistiquées; voici donc un document qui vous permettra de tout connaître sur leur fonctionnement:
Les horloges atomiques,  créé par le physicien Noël Dimracq.

Par Arnaud Songa-Côté

Galileo désormais fonctionnel

L’Europe a désormais son propre système fonctionnel de GPS puisque c'est le 12 mars dernier, après 15 années de préparation, qu'une toute première position au sol a été fournie par les 4 satellites de son système Galileo.  Voici donc un article qui vous informera davantage sur cette avancée de l'Europe: Galileo, le GPS européen, a fonctionné pour la première fois

source: http://andrewjburgess-eu.blogspot.com/2010/06/guess-what-galileo-eus-gps-alternative.html

Par Arnaud Songa-Côté

Précision Militaire

Alors, la question avait été posée sur la dernière publication : Est-ce que les GPS militaires sont plus précis que ceux des civils? 

Oui et non, les signaux transmis par les satellites sont les mêmes pour les services militaires (PPS) et les services civils (SPS). Toutefois, voici la différence.

Pour les civiles : (SPS) les satellites émettent une fréquence qui sera reçu par le GPS sur terre.

Pour les militaires : (PPS) Les satellites émettent deux fréquences. L’utilisation de deux fréquences permet l’utilisation d’une technique appelée la réduction ionosphérique. Cette technique réduit la dégradation des signaux dans l’atmosphère permettant enfin une meilleure précision que les services SPS pour les civils. GPS MILITAIRE 

Utilisation des services PPS dans l'armé 

Par Myles Grenon

Précision pour les nuls

Le satellite, peu importe où on se trouve sur la planète, donne une précision de 7,8 mètres (minimum)  à un niveau de confiance de 95% (http://www.gps.gov/technical/ps/#spsps)

Il y a 3 niveaux de base à la précision d'un GPS

Niveau 1 : Dépendamment des conditions atmosphériques et de la puissance de votre receveur, la qualité de précision varie.

Niveau 2 : Pour améliorer cette situation, il y a des systèmes d’augmentation. Ces système d’augmentation aident en temps réelle pour se trouver à des centimètres près, et post-mission à des millimètres près. Ces systèmes d'augmentations sont des récepteur (antennes) distribués un peu partout sur la planète.

Niveau 3 : Pour améliorer les problèmes de précision du niveau 1 (ce qui veut dire sans système d’augmentation) il y a plusieurs solutions.  (http://www.gps.gov/systems/gps/modernization/) Ce qui est plus intéressant, c’est que l'on précise que le niveau 3 est pour aider les civils à avoir une meilleur précisions sans augmentation. Ce qui insinue que les militaires sont mieux équipés, et n'ont pas ces problèmes. On se questionne sur comment est-ce qu'ils sont en mesure de faire cela?

Les liens si dessus vous amèneront sur le site web du gouvernement américain sur les GPS, où ils expliquent le fonctionnement d'aujourd'hui et du futur des GPS et leurs précisions.

Rayon de 7,8 m

Par Myles Grenon

Le rôle de l'horloge atomique dans les GPS

La précision des GPS est en grande partie due aux horloges atomiques très précises qui se situent dans les satellites, dans les stations terrestres et dans les récepteurs. Celles-ci permettent d'empêcher que le temps constitue une cause d'erreur dans la transmission des données. Ce site explique très bien, mais de façon sommaire, comment ce type d'horloge fonctionne et est mis en application dans l'utilisation des GPS.

http://horlogeatomiquetpe.e-monsite.com/pages/le-fonctionnement-du-gps.html

Par Dominic Fillion

Animation de la localisation par GPS

J'ai fait une autre belle découverte sur internet de ma part cette semaine. C'est une animation pour mieux comprendre la localisation par satellite GPS. Il est possible de jouer avec les distances satellite-GPS et la position des satellites dans l'espace. Cela permet de visualiser le concept de triangulation plus facilement. Allez essayer pour voir en cliquant sur ce lien. 

Par Renée-Anne Bédard

Un document complet sur les GPS

Bonjour tout le monde! 

Cette semaine j'ai trouvé un document PDF sur le web créé par Thierry Dudok sur les GPS et la localisation par satellite. Ce document englobe de tout, entre autre l'histoire des GPS, leur principe de fonctionnement, l'amélioration possible, ce que c'est qu'une orbite, la relativité et plus encore! Ce site est très intéressant pour notre travail de recherche.

  https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEjYduy_6mt1FxPL3XQZUy1IiDrmcK9WJ1-rA3syr0ZF0EJzlHEuZ5YR9z1wko8xwAXlpn9I6duQw4o16JS4hDfsoQ-kvkduFkz88Hk2CG66NKnbW9KaDTFTAcscO6nMVrCnqFs6A-7y2eE/s1600/boussole.1262652386.jpg

«Le GPS permet de réaliser un vieux rêve : se repérer exactement dans le temps et dans l'espace.»

Par Renée-Anne Bédard 

Plus de détails sur la précision et les causes d'erreur

Voici un article de plus expliquant comment peut être influencé la précision des GPS. On y explique les différentes causes d'erreur, comment les corriger (ou du moins diminuer leurs effets), comment calculer la précision et le facteur DOP et la façon dont le signal est transmis.

http://www.trakgps.com/fr/index.php/information/articles-localisation-gps/65-precision-gps

Par Dominic Fillion