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SEXTANT, GPS et SORTIE NMEA 183
Sextant, GPS, SOS et sortie "NMEA 183"

Le sextantSchéma d'un sextant
Depuis très longtemps, l'astrolabe était utilisé pour calculer la position des navires dès qu'ils naviguaient hors de vision des côtes.
A partir de 1730, le sextant moderne fut inventé par deux personnes indépendamment l’une de l’autre : John Hadley (1682-1744), un mathématicien et astronome britannique, et Thomas Godfrey (1704-1749), un inventeur américain.

Son avantage par rapport à l’astrolabe est que les deux directions dont on veut mesurer l’angle sont observées en même temps, ce qui rend la mesure à peu près indépendante des mouvements du navire.
Autre spécificité : le sextant se tient à hauteur des yeux, alors que l’astrolabe nécessitait un point de suspension d’autant plus élevé que l’on visait un astre de site élevé.

utilisation
Pour les mesures de jour, on utilisera les deux jeux de filtres associés aux miroirs.
Celui du petit miroir permet d'éviter d'être ébloui par l'horizon tandis que celui du grand miroir protége l'œil de la lumière du soleil.
L’observation consiste à « faire descendre » l’image réfléchie de l’astre sur l’horizon et la faire tangenter l’horizon (d’où le mouvement de balancier de la main qui tient le sextant) :
- S’il s’agit du soleil ou de la lune, on fait tangenter son bord inférieur ou supérieur.
- Pour les étoiles et les planètes, il est conseillé de « monter l’horizon » au voisinage de l’astre en retournant le sextant, puis d’observer normalement.

Pour plus de précision, la hauteur mesurée au sextant doit être corrigée des erreurs instrumentales et d’un certain nombre de paramètres propres à la hauteur de l’observateur au-dessus de l’eau, à la réfraction astronomique et à l’astre visé.

Le GPS
Le positionnement des navires est aujourd'hui assuré par ce système utilisant la triangulation satellitaire.
Quelques rappels utiles pour mieux se servir de son GPS :
Le GPS est un récepteur qui convertit des signaux émis par des satellites pour les transformer en une position géographique.
Le système s'appuie sur un ensemble de 30 satellites positionnés en orbite basse (entre 20 000 et 20 500 km) qu'ils parcourent en un peu moins de 12 heures. Ce maillage qui couvre la totalité du globe (pôles compris) et permet d'avoir en permanence une dizaine de satellites au dessus de soi.

Calcul de votre position :
Elle est obtenue à partir du calcul de la distance qui sépare le récepteur à bord du bateau et le satellite de référence, calcul répété sur plusieurs autres satellites.
En fait, les satellites envoient à votre récepteur GPS l'heure d'émission par ondes (micro ondes se déplaçant à la vitesse de la lumière) ; comme cette vitesse est constante, c'est le décalage entre l'heure d'émission et de réception, qui détermine automatiquement la distance entre le récepteur et le satellite.
Cette information multipliée sur plusieurs satellites détermine une position précise par "triangulation".
La précision du GPS est annoncée à 10 et 20 m près (même si elle est souvent meilleure).
Il convient cependant de choisir (ou paramétrer) votre GPS selon des "différenciels" *(DGPS), propres à chaque grande zone de navigation.

* Le différentiel permet d'affiner la position du GPS et d'éviter les fluctuations de précision pour assurer une qualité supérieure de géolocalisation.

GPS en panne
Votre GPS n'est plus fonctionnel ou vous voulez confirmer votre position ?
Déjà, vous devez trouver vos informations longitude/ latitude affichés sur votre VHF,
Autrement, utilisez votre smartphone, sur la fonction compas ; vous obtiendrez immédiatement et de façon plutôt fiable votre position même en plein milieu de l'Atlantique.

petit lexique :
GPS : Global Positioning System (américain)
GLONASS : Système global de navigation satellitaire (russe)
GALILEO : Système de positionnement européen
DGPS : GPS différentiel
WAAS : Différentiel américain
EGNOS : Différentiel européen
MTSAT : Différentiel japonais

A savoir :
Le 196 est l'unique numéro de téléphone pour joindre gratuitement, en cas d'urgence uniquement, les CROSS (Centres Régionaux Opérationnels de Surveillance et de Sauvetage en mer.
Le 196 permet de contacter les secours, depuis n'importe quel téléphone portable et hors zone de couverture. Il a été choisi pour rappeler le canal 16 de la VHF et l'ancien numéro de secours 1616.

Le format de sortie NMEA 183
La majorité des GPS possède une sortie au format "NMEA 183".
Il transmet à la vitesse de 4800 bauds, avec niveaux logiques TTL (0 et 5 Volts).
Autre particularité, il faut inverser le sens des signaux pour passer en +/- 8 Volts, afin d'être compatible avec la norme "RS-232" ; cependant, beaucoup de logiciels de terminaux sont tolérants en acceptant un signal de phase inversé.

A noter :
Certains appareils de la marque « Garmin » (mais pas le 175) peuvent aussi déclarer un format de sortie propriétaire.
En passant en mode « Garmin/Garmin », la sortie est en pur RS-232 et ne demande aucune conversion (fonctionne en câblage fil à fil, à 9600 Bauds).
Possibilité intéressante lorsqu'on développe une application PC ou microcontrôleur ; cela simplifie l'interfaçage.
Par contre, si votre application est plus générale, pensez à paramétrer le choix 4800/9600 Bauds pour bénéficier de la double compatibilité (avec le bon câble).

Restriction :
La trame est très longue à 4800 Bauds, elle occupe la moitié du temps disponible sur le bus, ce qui est pénalisant sur la réactivité d'éventuels autres appareils branchés sur le bus NMEA 183.
Dans le cas d'un branchement multi-appareils, des collisions peuvent bloquer le bus.
La solution est alors de créer des sous-bus qui filtrent en ne laissant passer que l'information nécessaire.

Pour soulager ces transmissions, il faut savoir que plusieurs informations (12 lignes sur les 13 transmises), sont généralement inutiles (routes, way-points, type de cartes...) et peuvent être bloquées sans aucun problème.

Exemple de message transmis par le port NMEA 183
$GPRMC,140851,A,4321.359,N,00524.421,E,000.0,360.0,260500,000.5,W*63
$GPRMB,A,1.61,L,T001,T002,4317.626,N,00522.212,E,004.1,203.4,,V*1A
$GPGGA,140851,4321.359,N,00524.421,E,1,07,1.0,254.6,M,49.1,M,,*4B
$GPGSA,A,3,,02,03,11,15,16,,25,29,,,,1.8,1.0,1.5*30
$GPGSV,3,1,10,01,06,188,00,02,13,289,37,03,02,154,43,11,80,011,45*74
$GPGSV,3,2,10,15,31,093,30,16,16,238,40,21,06,056,00,25,03,106,38*75
$GPGSV,3,3,10,29,22,044,38,31,34,168,00,,,,,,,,*72
$PGRME,5.1,M,6.4,M,8.1,M*21
$GPGLL,4321.359,N,00524.421,E,140852,A*2F
$PGRMZ,836,f,3*16
$PGRMM,WGS 84*06
$GPBOD,011.4,T,011.9,M,T002,T001*49
$GPWPL,4317.626,N,00522.212,E,T002*2A
(Beaucoup de trames sont propriétaires Garmin, d'autres marques auront une présentation différente.)

Interprétation
Sans entrer dans les détails d'interprétation (disponibles dans la faq Bennet), voici 2 données importantes à exploiter :
- L'heure G.M.T : <14 Heures 08 min 51 sec>
- La position instantanée : <Latitude 43°21.359 Nord> <Longitude 005°24.421 Est>

A partir des ces seules données, tout peut être calculé
Pour améliorer la performance du bus, il suffit donc de ne conserver que la première ligne en éliminant le reste.
Cette opération élémentaire se fait avec un seul composant, un PIC par exemple et quelques lignes de programme (les formats des données sont toujours constants grâce à l'adjonction de zéros).
Il est possible d'exploiter également la date <26 Mai 2000>, l'heure, le cap, les caps et distances au waypoint actif, la tension batterie, la S.O.G (Speed Over Ground)...
Ces informations alimentent aussi des répétiteurs à la table à cartes.
Voici un autre exemple d'une sortie beaucoup plus légère d'un GPS Fortuna (Bluetooth).
En mouvement, il y a plus d'indications, mais le format reste le même.

$GPGGA,131321.871,4321.0098,N,00524.3385,E,0,00,50.0,268.8,M,,,228.1,0000*1E
$GPGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,50.0,50.0,50.0*05
$GPRMC,131321.871,V,4321.0098,N,00524.3385,E,0.00,,280904,,*0B
$GPVTG,,T,,M,,N,,K*4E


Forum
Bien que d'une autre époque pas si ancienne et tombé en désuétude depuis les GPS bon marché, son usage reste intéressant ; il ne s'improvise pourtant pas puisqu'il demande un minimum de connaissances en astronomie de position.
Mais comment apprendre aujourd'hui à s'en servir si ce n'est en suivant les cours dans une école de navigation encore capable de maîtriser le sujet.

R.L

Autres liens connexes
- radio marine



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