Système de positionnement par satellite (GPS)

Le système GPS est un système de positionnement par satellites, accessible au grand public, qui permet de localiser un point à tout moment et n'importe où sur Terre et ceci avec une précision qui varie de la centaine de mètres au millimètre suivant le type de matériel et la technique utilisés.
La Terre se déplace sur l'écliptique autour du Soleil à la vitesse moyenne de 107 218,8 km/h (entre 29,291 km/s et 30,287 km/s). En même temps la Terre tourne sur elle même autour d'un axe à la vitesse (à l'équateur) de 1674,364 km/h (465 m/s).
Nos satellites naturel (Lune) et artificiels tournent à des vitesses différentes, 1,17 km/s pour la Lune,  3,88 km/s pour les satellites GPS ou 7,68 km/s pour ISS.
Dans une valse orbitale, les satellites GPS mesurent avec une grande précision la géolocalisation d'un point sur Terre. Une personne munie d'un récepteur GPS peut se localiser et s'orienter sur terre, sur mer, dans l'air ou dans l'espace proche de la Terre. Pour cela on utilise le Système de positionnement global par satellite (GPS) ou en anglais Global Positioning System. Les 31 satellites GPS gravitent sur 6 orbites pratiquement circulaires à une altitude moyenne de 20 200 km, à une vitesse de 14 000 km/h (3,88 km/s).
Sur chaque orbite il y a 5 ou 6 satellites qui font le tour de la Terre en 11 h 58 min 2 s, soit un demi-jour sidéral, chaque satellite reprend la même position tous les 2 tours, vu du sol terrestre.
La répartition des 31 satellites NAVSTAR a été optimisée pour obtenir un nombre suffisant (quatre) de satellites visibles en chaque point du globe.

Trois stations terrestres contrôlent les horloges atomiques des satellites.
Einstein avait prédit que, plus la gravité est forte, plus le temps se déroule lentement et plus la gravité est faible, plus le temps passe vite.
Plus on s'éloigne de la Terre, plus la gravité est faible, la gravité à 20 000 km d'altitude est donc différente de la gravité sur Terre. Comme la gravité déforme le temps, dans l'espace le temps passe un peu plus vite que sur Terre.
Cela a un impact sur les satellites GPS.
Le fonctionnement du GPS décrit très exactement cette courbure de l'espace-temps. Pour que le GPS fonctionne correctement, les horloges des satellites GPS, doivent être parfaitement synchrones avec le temps sur Terre. A 20 200 km d'altitude, si les horloges de ces satellites ne sont pas synchronisées, les valeurs données par le GPS dérivent de 10 à 12 km par jour.
Les horloges des satellites avancent de 38 µs par jour par rapport à une horloge placée sur terre. Une correction du temps est donc faite pour adapter le GPS aux effets de la gravitation.
Les satellites GPS transmettent à la Terre des signaux portés sur 2 fréquences (1 227,6 et 1 575,42 MHz) qui sont modulés par un ou plusieurs codes pseudo-aléatoires.
Le GPS utilise le système géodésique WGS 84 (World Geodetic System 1984), une référence pour la cartographie. Lorsque quatre satellites sont en vue, l'utilisateur a suffisamment d'informations pour trouver sa position sur Terre.