Comment fonctionne la précision du GPS

Satellites, horloges et trilatération

Le GPS est une constellation d'environ 31 satellites (rejointe par Galileo en Europe, GLONASS en Russie et BeiDou en Chine, ainsi que par des systèmes régionaux comme NavIC en Inde et QZSS au Japon — les téléphones récents utilisent tout ce qu'ils captent) en orbite à environ 20 200 km d'altitude, sur six plans orbitaux inclinés à 55° par rapport à l'équateur, chaque satellite effectuant une révolution complète autour de la Terre en 11 heures 58 minutes. Chacun diffuse un horodatage extrêmement précis issu d'une horloge atomique embarquée — une horloge qui a besoin d'Einstein pour rester utile : une gravité plus faible et la vitesse orbitale la font avancer d'environ 38 microsecondes par jour, ce qui, sans correction, s'accumulerait en kilomètres d'erreur de position chaque jour. Votre téléphone mesure le temps qu'a mis chaque signal à arriver ; multiplié par la vitesse de la lumière, cela donne une distance jusqu'à chaque satellite. Une distance vous place sur une sphère, deux sur un cercle, trois sur deux points — et un quatrième satellite tranche à la fois le point final et l'erreur d'horloge de votre propre récepteur. C'est pourquoi une « fixation » demande au moins quatre satellites, et pourquoi la première fixation après un passage en intérieur est la plus longue : le récepteur télécharge encore les données orbitales de chaque satellite.

D'où vient l'erreur

Chaque mètre d'erreur est un problème de mesure du temps à l'échelle de la nanoseconde. Le signal ralentit de façon imprévisible en traversant l'ionosphère et la troposphère (2–5 m d'erreur), les horloges et les orbites des satellites dérivent légèrement (±2 m) et — le gros morceau en ville — les signaux rebondissent sur le verre et le béton avant de vous atteindre. Cet effet de multitrajet fait que votre téléphone mesure le temps d'un reflet au lieu du rayon direct, et c'est pourquoi la précision dans un canyon urbain peut tomber à 30–50 m alors qu'un champ dégagé donne 3 m. Le couvert des arbres, votre propre corps et même le fait de tenir le téléphone bas ajoutent des versions plus discrètes du même problème.

L'altitude se mesure de la même manière, mais souffre d'environ 1,5 à 3 fois l'erreur horizontale, parce que tous les satellites sont au-dessus de vous — rien ne retient la solution par en dessous. C'est pourquoi notre outil d'altitude propose une lecture issue d'un modèle de terrain à côté de celle du GPS.

Ce que signifie vraiment le cercle de précision

Le cercle autour de votre point est une affirmation statistique, pas une frontière : on le trace en général pour qu'il y ait environ 68 % de chances que la position réelle soit à l'intérieur. Un cercle de 20 m ne veut pas dire que vous êtes décalé de 20 m — il veut dire que l'estimation d'erreur du récepteur lui-même, déduite de la qualité du signal et de la géométrie des satellites, est de 20 m. La géométrie compte autant que la puissance du signal : si les satellites visibles se regroupent dans une seule partie du ciel (on parle alors de forte dilution de la précision), de petites erreurs de temps deviennent de grandes erreurs de position, comme deux droites presque parallèles qui se coupent de façon imprécise.

Les téléphones trichent — dans le bon sens

La fixation d'un téléphone n'est presque jamais du GPS pur. Le GPS assisté (A-GPS) télécharge les orbites des satellites par le réseau pour que le récepteur saute la lente recherche dans le ciel ; le positionnement Wi-Fi confronte les points d'accès voisins à des cartes collaboratives (≈15–40 m en intérieur) ; les antennes-relais donnent instantanément une estimation grossière de 100 m–3 km. Votre système fusionne tout cela avec l'accéléromètre, le gyroscope et le magnétomètre, et c'est pourquoi le point saute parfois à une nouvelle position : le moteur de fusion a changé d'avis sur la source à croire. Quand vous consultez votre position sur ce site, le navigateur nous transmet ce qu'a produit la fusion du système — nous affichons honnêtement la précision annoncée plutôt que de feindre une exactitude qu'elle n'a pas.

La dernière astuce en date est une seconde fréquence. Les téléphones récents — la plupart des Android haut de gamme depuis ~2018, les iPhone depuis l'iPhone 15 — captent le signal L5 moderne aux côtés du signal L1 d'origine. En comparant les deux fréquences, le récepteur peut mesurer le retard ionosphérique au lieu de le modéliser, et la structure plus fine et plus robuste du L5 résiste mieux aux trajets multiples, ce qui permet à un téléphone bifréquence de maintenir 1–2 m dans un canyon urbain qui en impliquait 20 auparavant. La majeure partie de la constellation diffuse déjà le L5 (il atteint sa pleine puissance officielle à mesure que les derniers satellites d'avant 2010 sont retirés du service), et les récepteurs L5 dédiés approchent les ~30 cm.

Obtenir une meilleure fixation

Les gestes utiles, par ordre d'efficacité : trouvez du ciel dégagé (s'écarter de quelques mètres d'une façade aide plus que tout le reste) ; laissez 30–60 secondes à la fixation pour se stabiliser au lieu de lire la première estimation ; désactivez les modes de localisation en économie d'énergie, qui basculent en douce vers des sources grossières ; et sur les longs enregistrements, comme avec notre compteur de vitesse GPS, gardez l'écran allumé et le téléphone dégagé — beaucoup de téléphones brident le GPS une fois verrouillés. Si deux appareils ne sont pas d'accord, fiez-vous à celui qui affiche le plus petit cercle de précision, et rappelez-vous qu'ils peuvent avoir raison tous les deux dans les limites qu'ils annoncent. Pour partager un lieu avec précision malgré le bruit du GPS, utilisez les formats de coordonnées de la page des coordonnées GPS — un Plus Code ou une référence MGRS ne dérive pas.