Comprendre les constellations GNSS : comparaison GPS, GLONASS, Galileo et BeiDou

Que sont les constellations GNSS ?

Les constellations GNSS sont les groupes de satellites qui composent chaque système mondial de navigation satellitaire. Le GNSS désigne le service complet : satellites, segment sol qui les surveille et actualise, et spécification des signaux utilisés pour calculer le positionnement, la navigation et le temps (PNT).

Quatre constellations couvrent aujourd'hui le monde : GPS, GLONASS, Galileo et BeiDou. QZSS et NavIC desservent des régions précises, et les systèmes d'augmentation satellitaire SBAS ajoutent corrections et intégrité. On utilise souvent « GPS » pour l'ensemble, mais GPS n'est que le système américain ; notre article GNSS ou GPS explique ces termes. Cet article compare les constellations elles-mêmes.

Chaque satellite diffuse son orbite, les éphémérides, et une heure précise. Le récepteur mesure les temps de trajet d'au moins quatre satellites pour déterminer ses trois coordonnées et l'erreur de sa propre horloge.

Comment comparer GPS, GLONASS, Galileo et BeiDou ?

Les quatre constellations mondiales diffèrent surtout par l'altitude orbitale, le nombre de plans, les signaux et l'opérateur, mais offrent toutes une précision autonome similaire de quelques mètres.

La constellation GPS nominale compte 24 positions orbitales et environ 30 satellites sont généralement opérationnels. GLONASS est conçu pour 24 satellites, Galileo pour 24 plus des réserves actives, et BeiDou-3 utilise 24 satellites en orbite moyenne ainsi que des satellites géosynchrones inclinés (IGSO) et géostationnaires (GEO), renforçant la couverture Asie-Pacifique. Les effectifs changent avec les lancements et retraits : consultez les pages d'état des opérateurs pour les chiffres actuels.

Qu'est-ce que GPS et quand a-t-il été inventé ?

GPS, Global Positioning System, est le système satellitaire du gouvernement américain exploité par l'US Space Force. Son développement a commencé en 1973, le premier satellite a été lancé en 1978 et la pleine capacité opérationnelle déclarée en 1995.

Deux étapes comptent pour les géomètres. En mai 2000, les États-Unis ont désactivé la disponibilité sélective, dégradation volontaire de la précision civile : les récepteurs sont alors passés d'environ 100 m à 10 m en autonome. Les signaux civils modernisés L2C et L5 ont ensuite été ajoutés ; les satellites GPS III diffusent le nouveau L1C conçu pour l'interopérabilité avec Galileo.

Les usages GPS dépassent désormais la navigation : topographie, guidage d'engins, agriculture de précision, synchronisation des télécommunications et réseaux électriques, recherche. Le site officiel américain est gps.gov. Pour les signaux, consultez notre guide des fréquences GPS L1, L2 et L5.

Qu'est-ce que le système GLONASS ?

GLONASS est le système mondial de navigation satellitaire russe, conçu pour 24 satellites répartis sur trois plans orbitaux vers 19 100 km, inclinés à 64,8°.

Cette inclinaison supérieure améliore la géométrie aux hautes latitudes, d'où l'intérêt de GLONASS en Scandinavie, au Canada et en Russie. La constellation a atteint son effectif complet en 1995, décliné durant la décennie suivante, puis retrouvé une couverture mondiale complète en 2011.

La principale différence technique est le signal. Les satellites GLONASS traditionnels utilisent la division en fréquence (FDMA) : chaque satellite émet à une fréquence légèrement différente autour de 1602 MHz (L1) et 1246 MHz (L2). Cela crée des biais intercanaux que les moteurs RTK doivent traiter, surtout lorsque base et mobile sont de fabricants différents. Les satellites récents émettent aussi des signaux à division en code (CDMA), comme L3OC vers 1202 MHz, similaires aux autres systèmes.

La précision autonome de GPS et GLONASS est globalement similaire. L'intérêt de GLONASS pour les géomètres est sa géométrie supplémentaire, pas une autre classe de précision.

Qu'est-ce que le système Galileo ?

Galileo est le système civil mondial de navigation satellitaire de l'Union européenne, sur trois plans orbitaux vers 23 200 km et inclinés à 56°. Parfois appelé « GPS européen » ou « GPS Galileo », il reste indépendant, avec ses satellites, segment sol et échelle de temps.

Le projet européen Galileo a été conduit par la Commission européenne, avec l'Agence spatiale européenne (ESA) chargée de la conception et des acquisitions. L'Agence de l'Union européenne pour le programme spatial (EUSPA) gère aujourd'hui les services et publie leur état sur euspa.europa.eu. Les services initiaux ont commencé en décembre 2016.

Principales caractéristiques de Galileo pour les professionnels :

• Quatre bandes : E1 (1575,42 MHz, partagée avec GPS L1), E5a (1176,45 MHz, partagée avec GPS L5), E5b (1207,14 MHz) et E6 (1278,75 MHz). E5a et E5b forment ensemble le signal large bande E5 AltBOC, réputé pour son faible bruit et sa résistance aux multitrajets.
• High Accuracy Service (HAS) : corrections précises gratuites d'orbites et d'horloges diffusées sur E6 et en ligne, service initial déclaré en 2023 et objectif de précision horizontale décimétrique.
• Horloges précises : maser à hydrogène passif et horloges au rubidium sur chaque satellite.

Les signaux Galileo sont modernes dès l'origine, tandis que GPS remplace encore ses anciens satellites. Pour une équipe de topographie, l'intérêt pratique de Galileo est simplement d'avoir davantage de satellites de qualité en vue.

Qu'est-ce que BeiDou et comment se compare-t-il à GPS ?

BeiDou (BDS) est le système mondial de navigation satellitaire chinois. Sa troisième génération, BDS-3, a lancé son service mondial en 2020 et associe des satellites en orbite moyenne à des satellites IGSO et GEO.

Les satellites GEO et IGSO restent au-dessus de l'Asie et du Pacifique occidental, où BeiDou fournit souvent le plus grand nombre de satellites visibles. Ailleurs, il contribue avec ses satellites MEO mondiaux. BDS-3 diffuse les anciens signaux B1I et B3I ainsi que B1C (1575,42 MHz) et B2a (1176,45 MHz), qui partagent les fréquences centrales de GPS L1 et L5. BeiDou propose aussi des services spécifiques, comme les messages courts et les corrections de positionnement précis PPP-B2b en Asie-Pacifique.

La précision autonome de BeiDou et GPS est similaire à l'échelle mondiale. L'acheteur doit moins choisir l'un ou l'autre que vérifier le suivi des deux : ensemble, GPS et BeiDou offrent une bien meilleure géométrie en Asie orientale.

Quels systèmes régionaux et augmentations complètent le GNSS ?

Outre les quatre systèmes mondiaux, les constellations régionales et le SBAS améliorent disponibilité et précision dans certaines zones.

Un récepteur toutes bandes peut exploiter ces systèmes. Notre antenne intelligente S20 pour véhicules prend par exemple en charge GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou, QZSS, NavIC et SBAS.

Pourquoi les récepteurs multiconstellations sont-ils importants en topographie ?

Davantage de satellites dans davantage de directions permettent une initialisation RTK plus rapide, des solutions fixées plus fiables et des résultats utilisables là où un récepteur GPS seul échoue.

Sous ciel dégagé, un récepteur GPS seul voit généralement 8 à 12 satellites. Avec les quatre constellations mondiales, un récepteur de topographie en suit couramment 30 à 40 ou plus. Nos ingénieurs constatent surtout le gain dans quatre situations :

• Canyons urbains et angles de bâtiments, où la moitié du ciel est masquée.
• Couvert arboré et bordures de champs, où les signaux sont affaiblis et réfléchis.
• Mines à ciel ouvert et vallées, où le relief masque les satellites bas.
• Longues journées, pendant lesquelles la géométrie d'un seul système connaît des périodes faibles.

Les satellites supplémentaires ne remplacent pas les corrections. Le multi-GNSS autonome reste métrique ; le centimètre nécessite RTK, RTK réseau par NTRIP ou post-traitement, comme l'explique notre guide NTRIP et CORS. Le suivi multiconstellation améliore aussi la disponibilité du GNSS pour l'aide à la conduite ADAS, les drones et les récepteurs de synchronisation.

Choisir des récepteurs et antennes pour toutes les constellations

Choisissez un récepteur et une antenne suivant les quatre constellations mondiales sur au moins deux bandes, de préférence trois, et vérifiez que le moteur RTK utilise réellement chaque système dans la solution.

1. Vérifier constellations et signaux. Recherchez GPS, GLONASS, Galileo et BeiDou avec les signaux modernes L5, E5a/E5b et B2a, pas seulement L1/L2.
2. Vérifier l'antenne. Bases et stations CORS nécessitent une antenne toutes bandes avec centre de phase stable et bon rejet des multitrajets.
3. Vérifier les formats de correction. Base ou réseau doivent diffuser des messages RTCM 3 MSM multiconstellations, sinon le mobile ne peut pas utiliser tous les satellites.
4. Tester sur vos terrains. Comparez le délai et le taux de fixation sous les arbres ou près des bâtiments, pas seulement dans un parking dégagé.

Notre récepteur GNSS RTK E1 utilise un moteur toutes constellations de 1408 canaux et fonctionne en base, mobile radio ou mobile réseau. Pour les bases fixes, l'antenne GNSS géodésique SA102 suit GPS, BDS, GLONASS, Galileo, QZSS, SBAS et la bande L, dont Galileo E1, E5a, E5b et AltBOC. Sous couverture CORS, les équipes peuvent utiliser le mobile RTK réseau Mini de 409 g avec le même moteur. Notre guide d'achat des récepteurs GNSS RTK détaille les autres critères ; vous pouvez demander un devis pour un kit complet.

Questions fréquentes