Le GPS pour les pilotes de loisirs

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Le GPS pour les pilotes de loisirs

• Par Thierry COUDERC
• Président de la commission sécurité de la FFPLUM
• Editorialiste du magazine Volez!

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Le GPS pour les pilotes de loisirs
Son principe Ses performances Ses limitations Ses
règles pratiques dutilisation
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Le GPSquest ce que cest ?

• Le point de départ est une demande des militaires
  américains datant de 1981, pour disposer dun
  système de positionnement
• Précis ( à 300 pieds près)
• Continu ( actualisant en permanence la position)
• Global (utilisable partout dans le monde)
• Elle porte le nom de projet NavStar, car on se
  propose dutiliser des satellites.

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• Il existe déjà à lépoque un système presque
  global le Transit.
• Mais il nest ni précis, ni continu.
• Il ne donne quune position toutes les 20 minutes
  en moyenne, à environ 2 Km près.
• Son principe est calqué sur celui de la
  navigation astronomique solaire la réception de
  signaux successifs émis par un satellite unique
  pour recaler une estime.

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Le Principe du GPS est différent

• Lidée du projet NavStar est de se positionner
  non pas comme avec un sextant, mais plutôt comme
  les marins en vue des côtes
• cest à dire par rapport à plusieurs balises que
  lon voit en permanence.

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Le principe est simple
- On mesure la distance qui nous sépare dun
satellite qui émet vers nous sa position exacte
en permanence.

- Cette mesure définit une sphère sur laquelle on
se trouve
- En le faisant 3 fois, on a une position précise
La position du récepteur est à lintersection des
trois sphères
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La mise en uvre est plus complexe

• Chaque satellite il y en a 26 - émet en
  permanence un signal codé qui peut grossièrement
  se décrire
• je suis le satellite N XX - au prochain top je
  serai à telle position et il sera telle heure
  pour moi - TOP
• La mesure de distance se fait en chronométrant le
  temps que met lémission dun signal par le
  satellite pour être capté par lutilisateur.
• Cest pour cela que la réception dun quatrième
  satellite est indispensable pour servir de
  référence chronométrique à cette mesure de temps.

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• Pour résumer, le GPS doit donc
• Connaître en permanence la position exacte de
  chaque satellite
• Avoir un calage horaire très précis et commun
  avec les satellites
• Mesurer des durées très courtes avec précision
• Exploiter ces données plusieurs dizaines de fois
  par seconde pour calculer sa position.

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• Grâce à la vulgarisation des horloges à quartz et
  aux progrès de linformatique, en 1982, il est
  désormais possible de réussir une telle suite de
  calculs.

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Aujourdhui, le GPS fait même bien plus que cela.

• Les immenses possibilités de lélectronique lui
  permettent dêtre un outil complet et polyvalent
  de navigation
• Il donne en permanence une position qui peut
  être précise à quelques mètres près,
• Il évalue de manière continue laltitude (mais
  pas aussi précisément que les déplacement
  horizontaux /- 150 à 250 pieds suivant la
  région),
• Il a en mémoire une base de donnée géographique
  complète qui dépend de lactivité (voiture avion,
  bateau..),

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• Le GPS est devenu un véritable ordinateur
• - il peut afficher la carte et la faire dérouler
  sous la trajectoire
• Il peut guider lutilisateur suivant un trajet
  programmé
• Il peut alerter lutilisateur à propos des zones
  traversées
• Il peut fournir des informations complémentaires
  (statut des zones, limites verticales, fréquences
  radio, caractéristiques des pistes, par exemple)
• Certains modèles peuvent même être à la fois
  routier, aéronautiques, maritimes ou randonneurs
  en montagne au gré de leur propriétaire.

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En démontrant ses performances exceptionnelles,
puis en se vulgarisant, le GPS a modifié la
perception du positionnement et de la navigation
au sein même de la société.

• Lopinion, les institutions, les pouvoirs publics
  admettent de plus en plus difficilement quil
  soit possible de ne pas savoir ou lon est
• En aviation de loisir, il est si facile à
  exploiter quil semble pouvoir décharger le
  pilote des tâches de navigation en vol.
• Cest le principal danger du GPS. En dépit de sa
  fiabilité et de sa précision, il faut garder à
  lesprit quun tel appareil ne peut être fiable à
  100.
• En outre, sa précision peut être mise en défaut.

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Il faut avoir conscience que le GPS a aussi des
défauts Certaines contraintes sont bien connues
des utilisateurs

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• - Le GPS a besoin dun certain temps pour
  sinitialiser.
• Pourquoi ?

• Il doit dabord recevoir au moins 4 satellites en
  même temps,
• Il doit télécharger puis tenir à jour leurs
  éphémérides (leurs positions et déplacements),
• Il doit caler son horloge sur lheure exacte du
  système GPS,
• Seulement alors, il peut commencer à calculer
  des positions et en déduire des déplacements.
• Individuellement, chaque calcul nest pas assez
  précis pour être exploité. Mais le système est
  capable de renouveler ce calcul très rapidement
  (jusquà plus de 200 fois par seconde), et den
  faire une moyenne qui peut devenir de plus en
  plus précise (principe du calcul par itérations)

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• Le GPS doit être placé à bord en situation de
• recevoir les signaux des satellites dans toutes
  les configurations du vol
• en mouvement
• en évolution
• au cours des émissions radio

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• Si la série de calculs sinterrompt pour une
  raison ou une autre, la réinitialisation est
  nécessaire.
• son aboutissement est dautant plus long et
  délicat à réaliser que le GPS est en déplacement
  rapide (cas général en vol)
• si lappareil doit manuvrer continuellement
  pendant linitialisation, le processus peut
  prendre jusquà 10 minutes.
• au pire, avec un GPS un peu ancien, elle peut
  ne pas aboutir du tout !

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• La continuité du calcul reste fragile elle peut
  être interrompue par
• Une cause extérieure de mauvaise réception
• parasitage, orage, forte humidité,
• Une manuvre au cours de laquelle la réception
  est masquée par la cellule,
• Lalignement conjoncturel des satellites qui
  empêche le calcul précis
• Cest lincertitude géométrique .

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Lincertitude géométrique
Parce que les seuls satellites captés sont trop
proches les uns des autres
Le calcul de la position ne converge pas vers une
donnée précise
Devenu assez rare grâce à laugmentation du
nombre de satellites que les récepteurs modernes
peuvent gérer en même temps, ce phénomène ne dure
pas mais peut susciter un recalage. Surtout, son
apparition peut provoquer laffichage dune
position fausse pendant plusieurs minutes.
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Cest, avec le parasitage et la précision
aléatoire de la mesure en altitude, lune des
raisons qui soppose à lutilisation du GPS comme
référence exclusive pour le vol IFR

• Le GPS reste tout de même un outil très
  performant. Il serait dommage de ne pas en tirer
  parti pour le vol et lapproche sans visibilité.
• Mais pour ce faire, il doit être un modèle
  fixe, interconnecté avec dautres moyens de
  navigation (centrale à inertie, ILS par exemple)
• On dit que les références de navigation doivent
  être hybridées
• Ainsi, aucun GPS portable ne peut être certifié.

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• A aucun prix, le pilote de loisir ne doit
  imaginer que la possession et la maîtrise dun
  GPS peut lui permettre de reculer les limites du
  vol VFR.

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Certaines autres lacunes et limitations sont
généralement ignorées des usagers

• Exemple Le problème cartographique
• Le GPS ne donne pas une position par rapport à
  des repères au sol.
• Il se place par rapport à des satellites sur une
  grille qui est une définition mathématique du
  globe terrestre
• la norme WGS 84.
• Il se peut quun obstacle, une
  destination - ou même tout le tracé dune carte -
  soient positionnés suivant une autre référence
  or il en existe près de 200 !

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En plus, bien sûr, il y a des erreurs dans les
bases de données des GPS et aussi sur les cartes

• Si en France on en a relevé ponctuellement
  jusquà 450 m décart, il y en a de plus
  systématiques à létranger, et ce nest pas
  toujours proportionnel à la modernité des
  équipements des pays concernés.
• MAIS LES ECARTS DE POSITION CONSTATES NE SONT PAS
  TOUJOURS DES ERREURS !
• Les positions de certaine pays de lEst, dAsie
  du Sud -Est ou dAfrique sont entièrement
  décalées, jusquà 7 Km parfois par rapport à WGS
  84.
• Or leur cartographie est pourtant juste le plus
  souvent, mais sur dautres références.

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En France, la cartographie a été levée et
dessinée par rapport aux références Clarke
puis Europe 50 jusque au milieu des années
1980.

• Les mesures nont pas été refaites
  systématiquement au moment du passage à la norme
  WGS 84

Sur le cartouche de la carte VFR région
Parisienne 2006 On lit Ellipsoïde de
Clarke (1880)
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A savoir et à exploiter

• La légende de chaque carte signale presque
  toujours la référence utilisée.
• La majorité des GPS modernes peut être programmée
  pour corriger ses calculs en fonction dune
  référence différente de la norme WGS 84
• Encore faut - il se poser la question !

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Le GPS en pratique

• Choisir son GPS en se posant les bonnes questions
• Apprendre à le manipuler sans hésitation.
• Adopter les meilleurs réglages

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• Choisir son GPS en se posant les bonnes questions
• Type dactivité ? Pilotage seulement ou
  polyvalent (routier, randonnée )
• Possibilité de le brancher sur le circuit de bord
  ?
• à savoir aucun GPS cartographique couleur na
  vraiment une autonomie confortable sur piles
• donc sil ny a pas de prise, choisir un modèle
  à batterie intégrée, voire N B
• - Possibilité de fixer son support à bord de
  lappareil ?
• Sinon, choisir un modèle compact que lon peut
  placer sur la planchette de cuisse ou garder
  autour du cou

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2) Apprendre à le manipuler sans hésitation.

Chaque fabricant adopte sa propre logique. Il
ny a guère que létude précise du mode demploi
pour apprendre à sen servir.
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3) Adopter les meilleurs réglages

• Quelques questions à se poser
• Le calcul de laltitude est-il indispensable?
• Il faut savoir quil diminue les performances
  globales du récepteur, surtout sur les GPS moins
  récents.
• Le rétro-éclairage est-il toujours en fonction ?
• Pratique si le GPS est alimenté par le circuit de
  bord, mais très défavorable à lautonomie en cas
  dutilisation des piles.

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3) Adopter des affichages pratiques

• Laffichage du maximum des données est- il
  judicieux?
• Un écran trop encombré est inexploitable en vol
  sans risque derreurs !

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Exemple
ici, il y a probablement trop de données !
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Là, le réglage des détails cartographiques est
adapté à la randonnées, sans doute beaucoup moins
au pilotage
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Sachant cela, comment utiliser avec rigueur
loutil quest le GPS ?

• Utiliser un récepteur GPS raisonnablement récent.
• pour sa vitesse de calcul
• pour le grand nombre de satellites quil peut
  exploiter en même temps
• pour sa bonne sensibilité de réception
• pour sa meilleure résistance aux parasitages
• Prendre le temps dapprendre à lutiliser AVANT
  de lemmener en vol.
• pour en maîtriser les réglages
• pour le manipuler sans erreur
• pour en appréhender les limites
• pour savoir le mettre à jour et le programmer.

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• Ne jamais abandonner la navigation classique
• ni dans sa formation
• ni dans son entraînement
• ni en cours de vol

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Pour conclure Profitez bien de votre GPS !MAIS

• Utilisez-le comme une aide,
• pas comme la référence unique
• Ne pas tirer argument de ses possibilités pour
  être tenté de sortir du domaine VFR