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Le système Galileo

Des fréquences pour se positionner : le système GALILEO

Le système Galileo est le système européen de positionnement et de navigation par satellite. Opérationnel depuis 2016, Galileo fournit les mêmes services que ses homologues américain (le fameux GPS), russe (GLONASS) ou encore chinois (BEIDOU). Le système Galileo sera  composé à terme d’une constellation de 30 satellites en orbite moyenne à 23 222 km d’altitude. Avec les quatre nouveaux satellites lancés le 25 juillet 2018, la constellation comptera désormais 26 satellites opérationnels. Elle atteint sa pleine capacité opérationnelle et améliore encore la précision et couverture mondiale.

Tous ces systèmes fournissent aux récepteurs qui reçoivent leurs signaux de quoi reconstituer deux informations : leur propre position et l’heure exacte. A partir de ces deux données, de multiples applications ont été développées allant du calcul d’itinéraire sur les smartphones à l’agriculture de précision où les champs sont cartographiés pour mieux les exploiter. Ces informations permettent aussi de gérer des flottes de véhicules au plus près des besoins de l’entreprise, ce qui réduit la consommation de carburant. N’oublions pas enfin les applications dans les autres domaines du transport : trains, bateaux ou avions utilisent tous des récepteurs satellitaires pour connaître leur position, faciliter leurs manœuvres, optimiser leurs trajets.

Bien que l’objectif principal des systèmes de navigation par satellite soit de permettre de calculer la position du récepteur, le fait que tous les satellites d’un système diffusent pour cela une échelle de temps synchrone a conduit à l’apparition d’applications qui n’utilisent que cette fonction. C’est par exemple le cas de la synchronisation des réseaux de distribution électrique, des réseaux de communications (téléphonie mobile, Internet) ou de ceux qui diffusent la télévision ( TNT ). Ces systèmes autorisent également la datation précise de messages, ce qui revêt une importance cruciale pour la fiabilité des échanges financiers.

Tous ces systèmes partagent trois bandes de fréquences : 1559 – 1610 MHz (bande cœur attribuée dès l’origine), 1215 – 1300 MHz (bande d’extension) et 1164 – 1215 MHz (nouvelle bande d’extension).

Le système Galileo est déployé sous l’égide de la Commission européenne par l’Agence spatiale européenne (ASE/ESA) et l’Agence européenne des systèmes mondiaux de navigation par satellite (GSA). A la différence de ses cousins américains, russes ou chinois, Galileo a été conçu pour être exploité par des entités civiles afin de répondre à des besoins essentiellement civils. Dans le contexte géopolitique que nous connaissons, personne ne peut douter qu’il est important pour l’Europe d’avoir une autonomie de moyens lui permettant d’assurer des services de positionnement et de navigation par satellite.

En pratique, comment ces systèmes fonctionnent-ils ?

Le principe de base des systèmes de positionnement par satellite est la triangulation.

Les satellites diffusent en permanence des données précises sur leurs positions en orbite. Le récepteur utilisateur (celui intégré dans les voitures par exemple) reçoit et décode ces signaux, qui lui permettent de connaître la position exacte des satellites.

Comme le récepteur contient aussi une horloge, il peut déterminer le temps qu’a mis le signal de chaque satellite pour lui parvenir, donc sa distance par rapport à lui. Avec les trois positions des satellites et les trois distances ainsi calculées, le récepteur déduit sa position.

Trois satellites seraient suffisants pour connaître la position si toutes les horloges étaient parfaitement synchronisées. Mais, en pratique, les récepteurs ne disposent pas d’une horloge aussi précise que celle des satellites. Un quatrième satellite est donc nécessaire pour déterminer la position exacte.

Certaines conditions doivent donc être réunies pour pouvoir utiliser les systèmes de navigation par satellite : un nombre suffisant de satellites doit être capté par le récepteur (au moins quatre), et les signaux ne sont exploitables que si des obstacles ne s’interposent pas entre le récepteur et les satellites. C’est ce qui explique que ces systèmes fonctionnent mal à l’intérieur des habitations, mais aussi entre des immeubles ou dans des forêts denses.

Il reste toutefois à révéler comment les satellites déterminent leur position précise sur leur orbite ! Ils la calculent à partir de leur trajectoire, mais des dérives sont inévitables. Pour éviter cela, les satellites sont recalés grâce à un réseau de stations de référence installées au sol. La position de ces stations est connue avec précision. Elles reçoivent le signal contenant la position que chaque satellite pense occuper, elles calculent alors, comme un récepteur classique, leur position, et la comparent avec leurs coordonnées réelles. L’écart est alors diffusé vers les satellites, pour qu’ils la rediffusent vers les récepteurs, qui l’intègreront dans leurs calculs. Le système peut ainsi corriger les imprécisions en permanence.

Pour finir, que fait l’ANFR dans tout cela ?

En appui au déploiement du système Galileo, l’ANFR agit principalement selon deux axes.

Au niveau national, l’Agence garantit le bon fonctionnement du système Galileo en mobilisant des moyens de lutte contre les brouillages des récepteurs et en s’assurant de la protection radioélectrique des sites des stations de référence du système Galileo qui sont installées sur le territoire français (notamment outre-mer). Les stations de référence doivent en effet rester protégées contre les émissions brouilleuses, qui pourraient fausser leurs estimations de la position des satellites. Par ailleurs, l’Agence mène des actions de surveillance et d’élimination des brouilleurs de systèmes de radionavigation par satellite, ainsi que des actions de communication rappelant leurs effets néfastes (sur la radionavigation et sur l’horodatage) et leur interdiction sur le territoire français.

Au niveau international, l’ANFR a, dans les années 2000, agi de concert avec ses homologues européens pour que de nouvelles ressources spectrales soient attribuées lors de la Conférence Mondiale des Radiocommunications de 2000 ( CMR -2000) aux systèmes de navigation par satellite, afin de permettre le développement de Galileo. Les conditions techniques d’utilisation de ces attributions ont été précisées lors de la CMR -2003. Depuis, l’Agence s’assure que ces ressources ne soient pas réaffectées à d’autres usages, ou partagées avec des applications perturbatrices.

Seuls des Etats peuvent adhérer à l’Union internationale des télécommunications (UIT) ; or, Galileo est géré par la Commission européenne, qui n’est pas un Etat. De ce fait, l’Agence a été chargée par le Gouvernement français de déposer des demandes de fréquences pour permettre le développement et la conception des satellites Galileo, et plusieurs autres pays membres de l’UE ont fait de même. L’administration française est l’administration « notificatrice » du groupe des administrations F/GLS pour le système Galileo au niveau de l’ UIT . Mi-2014, la France, l’Allemagne et l’Italie ont signé, avec la Commission européenne, un accord équivalent à une licence d’exploitation pour les satellites Galileo. Dans ce cadre, l’Agence soutient également la Commission européenne dans ses négociations de coordination avec les autres systèmes de navigation par satellite.

Les actions que mène l’Agence dans le cadre du programme Galileo offrent ainsi un bon exemple de la complémentarité de ses tâches, allant des négociations internationales à la protection du spectre national.

Dates-clés du programme Galileo

Mai 2000 ( CMR -2000) : attribution des nouvelles fréquences à la radionavigation par satellite lors de la CMR -2000. La France bénéficie de l’antériorité des demandes dans ces nouvelles bandes

Juin 2003 ( CMR -2003) : confirmation des conditions techniques d’utilisation des nouvelles bandes

28 décembre 2005 et 27 avril 2008 : lancements respectifs des satellites GIOVE-A et GIOVE-B (tests des composants en orbite, notamment les horloges atomiques qui équipent les satellites)

21 octobre 2011 et 12 octobre 2012 : les quatre premiers satellites Galileo sont lancés par grappe de deux et permettent de valider en orbite la conception du système

12 mars 2013 : première détermination autonome de la position d’un récepteur Galileo, en utilisant les quatre premiers satellites (voir figure). 

Première détermination autonome d’une position d’un récepteur Galileo

22 août 2014 : lancement de deux satellites Galileo avec la fusée Soyouz, qui les injecte sur une orbite anormale, sans que leurs capacités de fonctionnement ne soient atteintes

27 mars 2015 : lancement de satellites Galileo (7ème et 8ème de la constellation) sur Soyouz depuis Kourou

Vue d’artiste de la séparation de deux satellites Galileo de l’étage supérieur de la fusée Soyuz, c’est ce qui doit se passer le 27 mars !

 

11 septembre 2015 (9ième et 10ième), 17 décembre 2015 (11ième et 12ième), 24 mai 2016 (13ième et 14ième) : lancements de nouveaux satellites Galileo deux par deux.  

17 novembre 2016 (15ième, 16ième, 17ième et 18ième), 12 décembre 2017 (19ième, 20ième, 21ième et 22ième), 25 juillet 2018 (23ième, 24ième, 25ième et 26ième) : lancements de nouveaux satellites Galileo par grappes de quatre.

2021 : constellation complète de 30 satellites, services complètement opérationnels

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