Système de positionnement global (GPS)
La navigation par système de positionnement global (GPS) est le type de navigation qui connaît la croissance la plus rapide dans l'aviation. Il est accompli grâce à l'utilisation de satellites NAVSTAR placés et maintenus en orbite autour de la terre par le gouvernement américain. Les transmissions codées en continu des satellites permettent de localiser avec une extrême précision la position d'un aéronef équipé d'un récepteur GPS. Le GPS peut être utilisé seul pour la navigation en route, ou il peut être intégré à d'autres systèmes de navigation, tels que VOR/RNAV, référence inertielle ou systèmes de gestion de vol.
Il existe trois segments de GPS : le segment spatial, le segment de contrôle et le segment utilisateur. Les techniciens d'aéronefs ne sont impliqués que dans l'équipement du segment d'utilisateurs tels que les récepteurs GPS, les écrans et les antennes.
Vingt-quatre satellites (21 actifs, 3 de rechange) dans six plaines d'orbite distinctes à 12 625 milles au-dessus de la planète constituent ce que l'on appelle le segment spatial du système GPS. Les satellites sont positionnés de telle sorte qu'en tout lieu sur terre à tout moment, au moins quatre seront à un minimum de 15° au-dessus de l'horizon. Typiquement, entre 5 et 8 satellites sont en vue.
Deux signaux chargés d'informations codées numériquement sont transmis depuis chaque satellite. La transmission du canal L1 sur une fréquence porteuse de 1575,42 MHz est utilisée dans l'aviation civile. L'identification, la position et l'heure du satellite sont transmises au récepteur GPS de l'avion sur ce signal modulé numériquement avec l'état et d'autres informations. Une transmission de canal L2 1227,60 MHz est utilisée par les militaires.
Le temps nécessaire aux signaux pour atteindre le récepteur GPS de l'avion à partir des satellites émetteurs est combiné avec l'emplacement exact de chaque satellite pour calculer la position d'un avion. Le segment de contrôle du GPS surveille chaque satellite pour s'assurer que sa position et son heure sont précises. Ce contrôle est réalisé avec cinq stations de réception au sol, une station de contrôle principale et trois antennes d'émission. Les stations réceptrices transmettent les informations d'état reçues des satellites à la station de contrôle principale. Des calculs sont effectués et des instructions correctives sont envoyées aux satellites via les émetteurs.
Le segment utilisateur du GPS comprend les milliers de récepteurs installés dans les avions ainsi que tous les autres récepteurs qui utilisent les transmissions GPS. Plus précisément, pour le technicien d'aéronef, la section utilisateur se compose d'un panneau de commande/affichage, des circuits du récepteur GPS et d'une antenne. La commande, l'affichage et le récepteur sont généralement situés dans une seule unité qui peut également inclure des circuits VOR/ILS et un émetteur-récepteur de communications VHF. L'intelligence GPS est intégrée dans les écrans multifonctionnels des avions à cockpit en verre.
Le récepteur GPS mesure le temps qu'il faut pour qu'un signal arrive de trois satellites émetteurs. Étant donné que les ondes radio se déplacent à 186 000 miles par seconde, la distance à chaque satellite peut être calculée. L'intersection de ces plages fournit une position bidimensionnelle de l'aéronef. Elle est exprimée en coordonnées latitude/longitude. En incorporant la distance à un quatrième satellite, l'altitude au-dessus de la surface de la terre peut également être calculée. Il en résulte une solution tridimensionnelle. Des entrées satellite supplémentaires affinent la précision de la position.
Après avoir déchiffré la position de l'avion, l'unité GPS traite de nombreuses sorties de navigation utiles telles que la vitesse, la direction, le relèvement d'un waypoint, la distance parcourue, l'heure d'arrivée, etc. Celles-ci peuvent être sélectionnées pour être affichées en vue de leur utilisation. Les waypoints peuvent être entrés et stockés dans la mémoire de l'appareil. Les caractéristiques du terrain, les données d'aéroport, les informations VOR/RNAV et d'approche, les fréquences de communication, etc. peuvent également être chargées dans un appareil GPS. La plupart des unités modernes sont équipées d'une capacité d'affichage de carte mobile.
L'un des principaux avantages de l'utilisation du GPS est l'immunité contre les interruptions de service dues aux conditions météorologiques. Des erreurs sont introduites lorsque les ondes porteuses traversent l'ionosphère ; cependant, ceux-ci sont corrigés et réduits au minimum. Le GPS est également relativement peu coûteux. Les récepteurs GPS pour la navigation IFR dans les aéronefs doivent être construits selon TSO-129A. Cela augmente le prix au-dessus de celui des appareils portatifs utilisés pour la randonnée ou dans une automobile. Mais le coût global du GPS est faible en raison de sa petite infrastructure. La majeure partie de la précision inhérente est intégrée dans les segments d'espace et de contrôle permettant un positionnement fiable avec un équipement utilisateur peu coûteux.
La précision du GPS actuel est de 20 mètres horizontalement et un peu plus verticalement. Ceci est suffisant pour une navigation en route avec une précision supérieure à celle requise. Cependant, les départs et les approches nécessitent une précision plus stricte. L'intégration du système d'augmentation de zone étendue (WAAS) améliore la précision du GPS à moins de 7,6 mètres et est discutée ci-dessous. L'avenir du GPS exige une précision supplémentaire en ajoutant deux nouvelles transmissions à partir de chaque satellite. Un canal L2C sera destiné à une utilisation générale dans des applications non critiques pour la sécurité. Un canal L5 dédié à l'aviation fournira la précision requise pour les atterrissages de catégorie I, II et III. Il activera le plan NEXTGEN NAS avec ADS-B. Les premiers satellites NAVSTAR de remplacement dotés des capacités L2C et L5 ont déjà été lancés. La mise en œuvre complète est prévue d'ici 2015.
