Comprendre le système de géolocalisation GLONASS

Aujourd'hui, chacun d'entre nous peut utiliser son smartphone pour déterminer sa position. Pourtant, nous oublions que chaque modification des données de déplacement est l'œuvre de dizaines de satellites situés à des centaines de kilomètres de la Terre, de stations terrestres et de nombreux spécialistes. Tout cela pour que l'on entende : « Il reste encore du chemin à parcourir… Vous êtes arrivés. » En Russie, c'est le système satellitaire GLONASS qui est responsable de tout cela (et pas seulement).

Nous reproduisons ci-dessous un article de Mikhaïl Kotov paru le 4 juillet sur le site de l'agence TASS.

Aux origines

L'histoire du système russe débute en décembre 1976 par une résolution spéciale du Comité central du PCUS et du Conseil des ministres de l'URSS.

Le projet de système de navigation Ouragan (militaire et confidentiel) s'inscrivait dans la continuité du développement du programme Cyclone. Le premier satellite Ouragan, 11F654, fut mis en orbite le 12 octobre 1982. Il y a 40 ans [1985], le satellite Kosmos-1413 était lancé en orbite terrestre basse. L'assemblage de satellites n'étant pas un processus rapide, 12 objets opérationnels du système général étaient en orbite seulement en avril 1991. En 1993, le système de navigation russe fut mis en service et le processus de réapprovisionnement s'accéléra : les 24 satellites nécessaires à son exploitation complète furent atteints en trois ans.

Cependant, dans la seconde moitié des années 1990, les difficultés de financement n'ont pas permis de reconstituer le groupe de satellites - au début des années 2000, seuls six engins spatiaux restaient en orbite depuis Ouragan, ce qui n'était pas suffisant pour un fonctionnement normal.

En 2001, le programme fédéral « Système mondial de navigation » a été adopté, prévoyant la restauration complète du système de navigation national. Depuis 2003, les lancements de satellites « Glonass-M » ont commencé et, en 2010, le groupe était entièrement déployé pour couvrir l'ensemble de la Terre.

Il y a actuellement 27 satellites GLONASS opérationnels en orbite terrestre : 24 sont en service, deux sont en réserve orbitale et un est en cours de test. Ainsi, le 10 octobre 2022, le satellite de navigation Glonass-K a été lancé par la fusée Soyouz-2.1b – une version améliorée du satellite, où les composants nationaux prédominent. Le dernier satellite (pour l'instant !) a été lancé le 7 août 2023 – Glonass-K2 n° 13L – depuis le cosmodrome de Plesetsk. Il s'agit d'une nouvelle génération de satellites de navigation GLONASS.

En outre, à partir de 2026, il est prévu de remplacer progressivement les engins spatiaux existants par des appareils encore plus modernes - GLONASS-V et GLONASS-KM ; des canaux de transmission de signaux supplémentaires pour les utilisateurs civils de GLONASS seront mis en service, ce qui réduira considérablement l'erreur de géolocalisation du signal de positionnement global.

D'après ce que l'on sait déjà du projet spatial national russe et les déclarations du directeur de Roscosmos, Dmitry Bakanov, lors de la conférence TsIPR, la constellation de satellites Internet Rassvyet de la société Bureau 1440 sera utilisée pour améliorer la précision. Comme prévu, la précision de la géolocalisation atteindra plusieurs dizaines de centimètres, contre environ trois mètres actuellement.

Fonctionnement

Les engins spatiaux sont en orbite à plusieurs centaines, voire milliers de kilomètres d'altitude. GLONASS possède une orbite optimisée pour les hautes latitudes (altitude orbitale de 19 400 km), ce qui est important compte tenu de la situation géographique de la Russie. Depuis n'importe quelle région de Russie (à condition que le ciel soit dégagé), il est possible de voir simultanément au moins quatre satellites (généralement plus).

Chacun d'eux transmet des signaux reçus par la puce de votre smartphone, vous permettant ainsi de déterminer sa position (et, par conséquent, la vôtre). Plus précisément, connaissant la position de chaque satellite du système de navigation, les coordonnées de la position actuelle du smartphone sont calculées. Plus la position du satellite en orbite est connue avec précision, plus le calcul sera précis. Ce calcul est effectué par les services terrestres. En effet, les satellites changent constamment de position (tout comme vous sur Terre), et en matière de géolocalisation, chaque mètre compte.

Afin d'éviter de devoir rechercher des satellites et de recevoir des informations à chaque fois lors d'une utilisation constante et lors de déplacements de quelques mètres, il existe des systèmes dits de démarrage à chaud.

Les satellites de navigation transmettent des informations sur leur propre position avec le signal ; ces données sont divisées en deux types : l'almanach et les éphémérides. L'almanach contient les paramètres orbitaux de tous les satellites, et chaque satellite transmet un almanach pour tous les satellites. Les données de l'almanach ne sont pas très précises mais sont valables plusieurs mois.

Chaque satellite envoie uniquement ses propres éphémérides : ces données contiennent des ajustements très précis des paramètres orbitaux et des horloges de chaque appareil, nécessaires à la détermination précise des coordonnées. Les éphémérides sont transmises toutes les 30 secondes. Avez-vous remarqué que votre smartphone ne détermine pas toujours précisément la position dans les premières secondes suivant la mise en marche du navigateur, et qu'il n'affiche des coordonnées de plus en plus précises qu'après un certain temps ? C'est pendant ces secondes que les informations reçues des éphémérides sont chargées.

En cas de démarrage à froid, c'est-à-dire après une longue pause ou un déplacement de plusieurs centaines de kilomètres, le smartphone se lance dans la recherche de satellites comme s'il partait de zéro : il détecte les signaux, reçoit l'almanach du premier satellite, puis les éphémérides de chaque satellite visible. Il poursuit ensuite la détermination stable et précise des coordonnées.

Actuellement, pour un démarrage plus rapide et un meilleur fonctionnement dans des conditions de faible visibilité des satellites (par exemple, à l'intérieur ou à proximité de grands bâtiments obscurcissant le ciel), on utilise le système A-GPS (à ne pas confondre avec le système GPS américain ; A-GPS est le nom générique de systèmes similaires destinés à accélérer le géopositionnement ; utilisé pour tous les groupes de satellites). Dans ce cas, une partie des informations nécessaires aux calculs et à la détermination de la position (almanach, éphémérides, estimation approximative du décalage Doppler) est transmise au récepteur GPS via un canal supplémentaire, via Internet. Cela a considérablement accéléré la mise en service du navigateur.

Commodité et sécurité

GLONASS n'est pas seulement un outil pratique au quotidien pour les utilisateurs ordinaires, un assistant de voyage et un allié indispensable pour les chauffeurs de taxi, mais avant tout un outil pour la sécurité du pays. Aujourd'hui, les smartphones sont configurés pour utiliser la plupart des systèmes de navigation internationaux : le GPS américain, le Galileo européen et le Beidou chinois. Mais ne pas disposer de son propre système dans ce domaine, surtout pour la Russie, serait, à mon avis, tout simplement inacceptable.

Il serait tout à fait possible que si la Russie ne disposait pas d'un système aussi efficace (GLONASS est à égalité avec ses concurrents étrangers), on s'attendrait, dans l'environnement politique actuel, à des discussions actives (et à des menaces) sur la déconnexion de la Russie de la navigation par satellite d'autres pays ou au moins à une réduction de la précision du signal (comme cela a été fait dans le GPS américain pour les appareils civils avant 2000).

Il est aujourd'hui difficile de calculer combien de services différents utilisent la navigation par satellite, qui améliorent considérablement la qualité de vie : transports sans pilote, géodésie, voire jeux pour appareils mobiles, etc. Imaginez que vous deviez vous orienter à l'aide de cartes papier !

Je m'attarderai également sur le système d'information automatisé russe pour les interventions d'urgence en cas d'accident, « ERA-GLONASS ».

Ce mécanisme démontre de plus en plus son efficacité : il sauve des vies en transmettant les coordonnées exactes du véhicule aux services de secours en cas d'accident. Parallèlement, selon les informations du directeur général de JSC « GLONASS », Alexeï Raïkevitch, et les données du projet spatial national russe, le système sera modernisé. Il est notamment prévu qu'en utilisant conjointement des satellites sur différentes orbites, GLONASS affichera non seulement les coordonnées du véhicule en cas d'accident, mais permettra également de communiquer avec lui et ainsi de fournir une assistance dans les plus brefs délais.

Ce service ne serait pas accessible aux personnes sans satellites, sans GLONASS - un système fiable, pratique et unique.

Source: Mikhaïl Kotov pour TASS; Crédit photographique: Valery Sharifouline/TASS