Global Positioning System

Le (GPS) (en français "Système mondial de positionnement" [littéralement] ou "Géo-positionnement par satellite"), aussi connu sous le nom de Navstar est un système de géolocalisation fonctionnant au niveau mondial et reposant sur l'exploitation de signaux radio émis par des satellites dédiés. En 2011, il est avec GLONASS, un système de positionnement par satellites entièrement opérationnel et accessible au grand public.
Ce système est mis en place par le département de la Défense des États-Unis à des fins militaires. Il est très rapidement apparu que des signaux transmis par les satellites pouvaient être librement reçus et exploités, et qu'ainsi un récepteur pouvait connaître sa position sur la surface de la Terre, avec une précision sans précédent, dès l'instant qu'il était équipé des circuits électroniques et du logiciel nécessaires au traitement des informations reçues. Une personne munie de ce récepteur peut ainsi se localiser et s'orienter sur terre, sur mer, dans l'air ou dans l'espace au voisinage proche de la Terre.
Le GPS a connu un grand succès dans le domaine civil et engendré un énorme développement commercial dans de nombreux domaines : navigation maritime, sur route, localisation de camions, randonnée, etc. De même, le milieu scientifique a su développer et exploiter des propriétés des signaux transmis pour de nombreuses applications : géodésie, transfert de temps entre horloges atomiques, étude de l'atmosphère, etc.
Le GPS utilise le système géodésique WGS 84, auquel se réfèrent les coordonnées calculées grâce au système. Le premier satellite expérimental fut lancé en 1978, mais la constellation de 24 satellites ne fut opérationnelle qu'en 1995.
Le GPS comprend au moins 24 satellites orbitant à d'altitude. Ces satellites émettent en permanence sur deux fréquences L1 () et L2 () modulées en phase (BPSK) par un ou plusieurs codes pseudo-aléatoires, datés précisément grâce à leur horloge atomique, et par un message de navigation. Ce message, transmis à , inclut en particulier les éphémérides permettant le calcul de la position des satellites, ainsi que des informations sur leur horloge interne. Les codes sont un code C/A (acronyme de « "" », en français : « acquisition brute ») de débit et de période , et un code P (pour « précis ») de débit et de période . Le premier est librement accessible, le second est réservé aux utilisateurs autorisés car il est le plus souvent chiffré : on parle alors de code Y. Les récepteurs commercialisés dans le domaine civil utilisent le code C/A. Quelques récepteurs pour des applications de haute précision, comme la géodésie, mettent en œuvre des techniques permettant d'utiliser le code P malgré son chiffrage en code Y.
Ainsi, un récepteur GPS qui capte les signaux d'au moins quatre satellites équipés de plusieurs horloges atomiques peut, en calculant les temps de propagation de ces signaux entre les satellites et lui, connaître sa distance par rapport à ceux-ci et, par trilatération, situer précisément en trois dimensions n'importe quel point placé en visibilité des satellites GPS, avec une précision de pour le système standard. Le GPS est ainsi utilisé pour localiser des véhicules roulants, des navires, des avions, des missiles et même des satellites évoluant en orbite basse.
Concernant la précision, il est courant d'avoir une position horizontale à près.
Le GPS étant un système développé pour les militaires américains, une disponibilité sélective a été prévue : certaines informations, en particulier celles concernant l'horloge des satellites, peuvent être volontairement dégradées et priver les récepteurs qui ne disposent pas des codes correspondants de la précision maximale. Pendant quelques années, les civils n'avaient ainsi accès qu'à une faible précision (environ ). Le , le président Bill Clinton a annoncé qu'il mettait fin à cette dégradation volontaire du service.
Certains systèmes GPS conçus pour des usages très particuliers peuvent fournir une localisation à quelques millimètres près. Le GPS différentiel (DGPS) corrige ainsi la position obtenue par GPS conventionnel par les données envoyées par une station terrestre de référence localisée très précisément. D'autres systèmes autonomes, affinant leur localisation au cours de huit heures d'exposition parviennent à des résultats équivalents.
Dans certains cas, seuls trois satellites peuvent suffire. La localisation en altitude (axe des Z) n'est pas d'emblée correcte alors que la longitude et la latitude (axe des X et des Y) sont encore bonnes. On peut donc se contenter de trois satellites lorsque l'on évolue au-dessus d'une surface « plane » (océan, mer). Ce type d'exception est surtout utile au positionnement d'engins volants (tels les avions) qui ne peuvent pas se reposer sur le seul GPS, trop imprécis pour leur donner leur altitude. Mais il existe néanmoins un modèle de géoïde mondial nommé « "Earth Gravity Model 1996" » ou EGM96 associé au WGS 84 qui permet, à partir des coordonnées WGS 84, de déterminer des altitudes rapportées au niveau moyen des mers avec une précision d'environ . Des récepteurs GPS évolués incluent ce modèle pour fournir des altitudes plus conformes à la réalité.
À l'origine, le GPS était un projet de recherche de l'armée américaine. Il a été lancé dans les années 1960 à la demande du président Richard Nixon. La réalisation a été confiée à Ivan A. Getting qui a conçu le principe d'un groupe de satellites gravitant en orbite et émettant des ondes radio UHF captées par des récepteurs GPS.
Le premier satellite est lancé en 1978 par une fusée Delta IV. En 1995, le déploiement des 24 satellites opérationnels (plus 4 en réserve) est achevé. Le système devient alors fonctionnel.
En 1983, le président Ronald Reagan, à la suite de la mort des 269 passagers du vol 007 Korean Airlines, propose que la technologie GPS soit disponible gratuitement aux civils, une fois opérationnelle. Une seconde série de satellites est lancée à partir de 1989 en vue de constituer une flotte suffisante. 
En 1995, le nombre de satellites disponibles permet de rendre le GPS opérationnel en permanence sur l'ensemble de la planète, avec une précision limitée à une centaine de mètres pour un usage civil. En 2000, le président Bill Clinton confirme l'intérêt de la technologie à des fins civiles et autorise une diffusion non restreinte des signaux GPS, permettant une précision d'une dizaine de mètres et une démocratisation de la technologie au grand public à partir du milieu des années 2000.
Les États-Unis continuent de développer leur système par le remplacement et l'ajout de satellites ainsi que par la mise à disposition de signaux GPS complémentaires, plus précis et demandant moins de puissance aux appareils de réception. Un accord d'interopérabilité a également été confirmé entre les systèmes GPS et Galileo afin que les deux systèmes puissent utiliser les mêmes fréquences et assurer une compatibilité entre eux.
Deux autres systèmes ont été mis au point par la Russie, le GLONASS à partir de 1980, et par la Chine, le Beidou initié en 2000.
Le GPS est composé de trois parties distinctes, appelées encore segments :
Le segment spatial est constitué d'une constellation de 31 satellites en fonctionnement, mais le nombre de satellites en service à une date précise peut varier (cf. tableau) selon les opérations décidées par le segment de contrôle. La constellation est organisée autour de 24 satellites principaux qui assurent la disponibilité mondiale du GPS, ce qui suppose d'avoir au moins quatre satellites visibles du sol partout dans le monde. Il y a toujours plus de satellites en orbite afin de maintenir ces 24 emplacements complets même en cas de panne. Depuis 2011, la configuration de la constellation principale est augmentée à 27 emplacements afin de fournir une meilleure couverture mondiale. Les satellites évoluent sur six plans orbitaux ayant une inclinaison d'environ 55° sur l'équateur. Ils suivent une orbite quasi-circulaire de rayon environ (soit une altitude de ) qu'ils parcourent en 11 h 58 min 2 s, soit un demi-jour sidéral. Ainsi, les satellites, vus du sol, reprennent la même position dans le ciel au bout d'un jour sidéral.
Les générations successives de satellites sont désignées sous le nom de « Blocs » :
C'est la partie qui permet de piloter et de surveiller le système. Il est composé de cinq stations au sol du "50th Space Wing" de l'Air Force Space Command, basé à la "Schriever Air Force Base" dans le Colorado (la station maîtresse est basée à Colorado Springs) dans la base de Cheyenne Mountain. Leur rôle est de mettre à jour les informations transmises par les satellites (éphémérides, paramètres d'horloge) et contrôler leur bon fonctionnement.
Le segment utilisateur regroupe l'ensemble des récepteurs GPS militaires et civils qui reçoivent et exploitent les signaux des satellites GPS pour calculer des données de position, de vitesse ou de temps. Comme les utilisateurs ne font que recevoir (ils n'émettent pas vers les satellites), le système ne peut être saturé et le nombre maximum d'utilisateurs GPS est illimité.
En 2014, le nombre total de récepteur GPS est estimé à . Les smartphones avec GPS intégré sont les plus nombreux avec , suivi par les 260 millions d'assistants de navigation pour des applications routières. Le nombre restant d'appareils est réparti entre des applications variées : autres transports (aviation, ferroviaire, maritime), topographie, agriculture, infrastructure critique.
Le GPS fonctionne grâce au calcul de la distance qui sépare un récepteur GPS de plusieurs satellites. Les informations nécessaires au calcul de la position des satellites étant transmises régulièrement au récepteur, celui-ci peut, grâce à la connaissance de la distance qui le sépare des satellites, connaître ses coordonnées.
La technologie informatique a pu améliorer le fonctionnement technique des GPS à partir de l'utilisation de plusieurs concepts mathématiques tel que les graphes qui sont principalement utilisés dans l'implémentation de bases de données et de systèmes de fichiers. En effet, plusieurs algorithmes comme celui du "Gps-less location", l'algorithme de Floyd-Warshall, l'algorithme de Dijkstra, ou bien l'algorithme de parcours en largeur sont utilisés pour veiller au bon fonctionnement du système. Par contre, en ce qui concerne l'identification du plus court chemin, l'algorithme le plus utilisé pour les GPS est celui de Dijkstra qui, généralement, sert à résoudre ce problème dans plusieurs domaines.
Les satellites GPS émettent plusieurs signaux codés, à destination civile ou militaire. Le signal civil pour l'utilisation libre correspond au code C/A, émis sur la porteuse de .
Sur cette porteuse, le signal de modulation est une séquence résultant de l'addition modulo 2 du code pseudo-aléatoire C/A à et des données à contenant les éphémérides des satellites et d'autres informations de navigation. C'est le code C/A qui sert dans les récepteurs par corrélation avec le signal reçu à déterminer l'instant exact d'émission de celui-ci.
Cet instant d'émission de référence du code C/A peut être modulé, à nouveau par un code pseudo-aléatoire, pour dégrader la détermination de position au sol. Ce chiffrement est appelé « "" » (SA), faisant passer la précision du système de environ à . Il a été abandonné en 2000 sous la pression des utilisateurs civils, et en raison du développement du DGPS qui le compensait en grande partie. Cette possibilité est cependant toujours présente à bord des satellites. La SA comporte aussi la possibilité de dégrader les informations permettant de calculer la position des satellites sur leur orbite ; elle n'a jamais été utilisée.
Les satellites envoient des ondes électromagnétiques (micro-ondes) qui se propagent à la vitesse de la lumière. Connaissant celle-ci, on peut alors calculer la distance qui sépare le satellite du récepteur en connaissant le temps que l'onde a mis pour parcourir ce trajet.
Pour mesurer le temps mis par l'onde pour lui parvenir, le récepteur GPS compare l'heure d'émission - incluse dans le signal - à l'heure de réception de l'onde par le récepteur. Cette mesure, après multiplication par la vitesse du signal, fournit une pseudo-distance, assimilable à une distance, mais entachée d'une erreur de synchronisation des horloges du satellite et du récepteur, et de dégradations comme celles dues à la traversée de l'atmosphère. L'erreur d'horloge peut être modélisée sur une période assez courte à partir des mesures sur plusieurs satellites.
Connaissant les positions des satellites à l'heure d'émission des signaux, et les pseudo-distances mesurées (éventuellement corrigées de divers facteurs liés notamment à la propagation des ondes), le calculateur du récepteur est en mesure de résoudre un système d'équations dont les quatre inconnues sont la position du récepteur (trois inconnues) et le décalage de son horloge par rapport au temps GPS. Ce calcul est possible dès que l'on dispose des mesures relatives à quatre satellites ; un calcul en mode dégradé est possible avec trois satellites seulement si l'on connaît l'altitude ; lorsque plus de quatre satellites sont visibles (ce qui est très souvent le cas), le système d'équations à résoudre est surabondant : la précision du calcul est améliorée, et on peut estimer les erreurs sur la position et le temps.
La précision de la position obtenue dépend, toutes choses égales par ailleurs, de la géométrie du système : si les satellites visibles se trouvent tous dans un cône d'observation de faible ouverture angulaire, la précision sera moins bonne que s'ils sont répartis régulièrement dans un large cône. Les effets de la géométrie du système de mesure sur la précision sont décrits par un paramètre : le DOP (pour « "Dilution of Precision" », en français « atténuation » ou « diminution de la précision ») : le HDOP se réfère à la précision horizontale, le TDOP à la précision sur le temps, le VDOP à la précision sur l'altitude. La précision espérée est d'autant meilleure que le DOP est petit.
La résolution de l'équation de navigation peut se faire par la méthode des moindres carrés et la méthode de Bancroft. Elle nécessite quatre équations (4 satellites).
Chaque signal satellite donne au récepteur l'équation suivante :
formula_1
avec :
En passant au carré, on obtient :
formula_13
Puis en développant :
formula_14
On peut alors introduire formula_15, formula_16 et le pseudo-produit scalaire de Lorentz défini pour tout quadrivecteur formula_17 et formula_18 par formula_19. L'équation précédente se réécrit en :
formula_20
En mettant sous forme matricielle tous les signaux dont on dispose, on obtient :
formula_21
avec :
Remarque : le nombre de lignes de formula_26, formula_27 et formula_28 doit être le même et supérieur ou égal à 4.
En considérant formula_29 comme une constante, on peut résoudre l'équation précédente par la méthode des moindres carrés qui donne pour solution :
formula_30 avec formula_31.
On peut ensuite utiliser formula_32 et résoudre l'équation ainsi définie dont les solutions sont les racines d'un polynôme du second degré : 
formula_33
La difficulté est de synchroniser les horloges des satellites et celle du récepteur. Une erreur d'un millionième de seconde provoque une erreur de sur la position. Le récepteur ne peut bien entendu pas bénéficier d'une horloge atomique comme les satellites ; il doit néanmoins disposer d'une horloge assez stable, mais dont l'heure n'est "a priori" pas synchronisée avec celle des satellites. Les signaux de quatre satellites au moins sont nécessaires pour déterminer ce décalage, puisqu'il faut résoudre un système d'au moins quatre équations mathématiques à quatre inconnues qui sont la position dans les trois dimensions plus le décalage de l'horloge du récepteur avec l'heure GPS (voir ci-dessus).
La plupart des récepteurs sont capables d'affiner leurs calculs en utilisant plus de quatre satellites (ce qui rend les résultats des calculs plus précis) tout en ôtant les sources qui semblent peu fiables, ou trop proches l'une de l'autre pour fournir une mesure correcte, comme précisé ci-dessus.
Cependant, le GPS n'est pas utilisable dans toutes les situations, le signal émis par les satellites NAVSTAR étant assez faible et différents facteurs peuvent affecter la précision de la localisation : la traversée des couches de l'atmosphère avec entre autres la présence de gouttes d'eau, les simples feuilles des arbres peuvent absorber tout ou partie du signal, et l'« effet canyon » particulièrement sensible dans les gorges, en montagne (d’où son nom) ou en milieu urbain (phénomène de ). Il consiste en l'occultation d'un satellite par le relief (un bâtiment par exemple) ; ou pire encore, en un écho du signal contre une surface qui n'empêchera pas la localisation mais fournira une localisation fausse : c'est le problème des multi-trajets des signaux GPS. 
D'autres erreurs, n'ayant pas de corrélation avec le milieu de prise de mesure ni la nature atmosphérique, peuvent être présentes. Ce sont des erreurs systématiques, telles les décalages orbitaux ou encore un retard dans l'horloge atomique qui calcule le temps auquel la mesure est prise. Un mauvais étalonnage du récepteur (ou autres appareils électroniques du système) peut aussi produire une erreur de mesure.
En l'absence d'obstacles, il reste cependant des facteurs de perturbation importants nécessitant une correction des résultats de calcul. Le premier est la traversée des couches basses de l'atmosphère, la troposphère. La présence d'humidité et les modifications de pression de la troposphère modifient l'indice de réfraction "n" et donc la vitesse et la direction de propagation du signal radio. Si le terme hydrostatique est actuellement bien connu, les perturbations dues à l'humidité nécessitent, pour être corrigées, la mesure du profil exact de vapeur d'eau en fonction de l'altitude, une information difficilement collectable, sauf par des moyens extrêmement onéreux comme les lidars, qui ne donnent que des résultats parcellaires. Les récepteurs courants intègrent un modèle de correction.
Le deuxième facteur de perturbation est l'ionosphère. Cette couche ionisée par le rayonnement solaire modifie la vitesse de propagation du signal. La plupart des récepteurs intègrent un algorithme de correction, mais en période de forte activité solaire, cette correction n'est plus assez précise. Pour corriger plus finement cet effet, certains récepteurs bi-fréquences utilisent le fait que les deux fréquences L1 et L2 du signal GPS ne sont pas affectées de la même façon et recalculent ainsi la perturbation réelle.
Le GPS différentiel ("Differential global positioning system" : DGPS) permet d'améliorer la précision du GPS en réduisant la marge d'erreur du système.
Des systèmes complémentaires d'amélioration de la précision et de l'intégrité ont été déployés (SBAS, "Satellite based augmentation system") comme WAAS en Amérique du Nord, MSAS au Japon, EGNOS en Europe ou GAGAN en Inde. Ils reposent tous sur le même principe : un réseau régional ou continental de stations au sol, une ou plusieurs stations maîtres qui centralisent les données des stations et transmettent aux satellites géostationnaires qui rediffusent vers le sol les informations permettant d'améliorer la fiabilité et la précision des données du GPS et d'alerter l'utilisateur en cas de défaillance d'un des satellites.
D'autres pays préparent le déploiement d'un système SBAS : le SDCM pour la Fédération de Russie, le BDSBAS pour la Chine et le K-SBAS pour la Corée du Sud. 
Le positionnement 3D donne ainsi les coordonnées du récepteur dans l'espace, dans un repère à trois axes et qui a pour origine le centre de gravité des masses terrestres (système géodésique). Pour que ces données soient exploitables, il faut convertir les données (X, Y, Z) en un ensemble plus parlant pour l'utilisateur : « latitude, longitude, altitude » (voir les systèmes de coordonnées).
C'est le récepteur GPS qui effectue cette conversion par défaut dans le système géodésique WGS 84 ("World Geodetic System 84"), le système le plus utilisé au monde qui est une référence globale répondant aux objectifs d'un système mondial de navigation. L'altitude généralement fournie n'est pas toujours directement exploitable, du fait qu'il s'agit le plus souvent de l'altitude par rapport à l'ellipsoïde du système géodésique WGS 84, dont le géoïde peut localement s'écarter sensiblement, parfois de plusieurs dizaines de mètres ; les récepteurs les plus élaborés disposent d'un modèle de géoïde, et indiquent une altitude comparable à celle des cartes. Les coordonnées obtenues peuvent naturellement être exprimées dans un autre système géodésique propre à une région ou un pays, et dans un autre système de projection. En France, le système de référence est encore souvent la NTF, bien que le système géodésique officiel soit désormais le RGF93, qui diffère très peu du WGS 84.
Comme le calcul des coordonnées géographiques du récepteur intègre obligatoirement le calcul du décalage de l'horloge (ou oscillateur interne) du récepteur par rapport au temps GPS et donc à l'UTC, l'heure indiquée par cette horloge est donc précisément soit le temps UTC, soit le temps légal en usage à l'emplacement du récepteur. La fréquence de l'oscillateur peut être utilisée pour asservir précisément un système extérieur en fréquence ou synchroniser des horloges éloignées. C'est le cas par exemple des réseaux de télécommunications dont les équipements nécessitent une fréquence avec une stabilité spécifiée pour fonctionner correctement. Beaucoup de réseaux à travers le monde sont ainsi synchronisés par des récepteurs GPS.
Ainsi, le GPS s'avère accessible aux transporteurs routiers, avions, navigateurs, randonneurs, géomètres, forestiers, automobilistes, etc.
Le GPS est l'application concrète la plus courante, dont le fonctionnement est lié avec la théorie de la relativité. Si ses effets n'étaient pas pris en compte, la navigation par GPS serait entachée d'erreurs trop importantes.
Deux effets principaux de la relativité sont à considérer : la dilatation du temps issue de la relativité restreinte affirme que le temps s'écoule plus lentement pour un objet se déplaçant à grande vitesse, tandis que la relativité générale stipule que le temps s'écoule plus rapidement pour un objet subissant un champ de gravité plus faible. Ces deux effets expliquent que la même horloge atomique n'a pas la même fréquence au sol ou en orbite. Pour l'horloge d'un satellite GPS, les deux effets sont contraires : se déplaçant à une grande vitesse son temps est ralenti de 7 μs () par jour, soumise à un champ gravitationnel plus faible son temps est accéléré de 45 μs () par jour. La somme des deux fait que le temps de l'horloge d'un satellite GPS vue du sol avance de 38 μs () par jour. 
Historiquement, en 1977, lors de la première mise en orbite d'une horloge atomique au Césium dans le satellite NTS-2, les effets de la relativité avaient été calculés, mais certains doutaient de la véracité des effets relativistes. Les premières émissions du satellite n'incorporait pas les corrections relativistes, mais il avait été prévu un synthétiseur de fréquence activable à distance qui pourrait le faire. Après vingt jours en orbite, l'horloge atomique en orbite a été mesurée dérivant de par rapport au sol, ce qui était proche du calcul théorique de l'époque donnant . Par la suite, le synthétiseur a été activé de manière permanente. La valeur de la dérive peut paraître faible, mais elle est bien plus importante que la précision d'une horloge atomique au Césium qui est de l'ordre de .
Ce décalage est depuis pris en compte dans toutes les horloges atomiques des satellites GPS sous différentes formes. Pour les horloges au Césium, la correction est réalisée au sol avant la mise en orbite. Le cas des horloges atomiques au Rubidium est plus complexe, car elles peuvent subir des sauts de fréquence imprédictibles pendant le lancement. La fréquence est mesurée une fois en orbite, mais elle n'est plus corrigée directement : les corrections nécessaires sont incluses dans le message de navigation. D'autres effets relativistes existent dans le GPS. Certains sont négligeables au vu de la précision recherchée pour les applications de positionnement, d'autres doivent être pris en compte : par exemple, les récepteurs GPS corrigent l'effet Sagnac dû à la rotation de la Terre.
Le GPS est un système conçu par et pour l'armée des États-Unis et sous son contrôle. Le signal pourrait être dégradé, occasionnant ainsi une perte importante de sa précision, si le gouvernement des États-Unis le désirait. C'est un des arguments en faveur de la mise en place du système européen Galileo qui est, lui, civil et dont la précision théorique est supérieure. La qualité du signal du GPS a été dégradée volontairement par les États-Unis jusqu'au mois de mai 2000, la précision d'un GPS en mode autonome était alors d'environ . Depuis l'arrêt de ce brouillage volontaire, supprimé par le président Bill Clinton, la précision est de l'ordre de 5 à .
Le système GPS est fréquemment utilisé pour la synchronisation de l'heure entre les différents composants des réseaux de téléphonie mobile GSM, UMTS et LTE ; les conséquences d'une dégradation du signal se répercuterait sur une infrastructure critique.
En démontrant ses performances exceptionnelles, puis en se vulgarisant, le GPS a modifié la perception du positionnement et de la navigation au sein même de la société. De ce fait les institutions et les pouvoirs publics admettent de plus en plus difficilement qu’il soit possible de « ne pas savoir où l’on est » et dans les applications tant professionnelles que pour les loisirs, il est si facile à exploiter qu’il semble pouvoir décharger complètement les pratiquants des tâches de positionnement et navigation, c’est peut-être le principal défaut du GPS.
Les récepteurs GPS qui affichent la position sur un fond de carte affichent également la direction du déplacement sous forme d'une petite flèche. Dans le cas d'un objet mobile qui se déplace lentement cette information est imprécise. Notamment, lorsqu'il s'agit d'une personne humaine qui se déplace soit en marchant, ou en courant, la direction doit être considérée avec beaucoup de prudence. Les récepteurs GPS conçus pour l'utilisation grand public des randonneurs et qui affichent la position sur un fond de carte disposent souvent d'une boussole magnétique incorporée. Même si l'affichage est numérique à l'écran, il s'agit bien d'un azimut magnétique. C'est cette information qui doit être utilisée pour s'orienter sur le terrain.
Son usage est aux risques et périls de l'utilisateur et il n'offre, "a priori", aucune garantie, ni aucune responsabilité en cas d'incident. En effet, en dépit de sa fiabilité et de sa précision, un tel système ne peut être fiable à 100 %. En outre, sa précision peut être mise en défaut car la continuité du calcul reste fragile et peut être interrompue ou perturbée par :
Le Bureau d'enquêtes et d'analyses pour la sécurité de l'aviation civile a réalisé une étude sur les accidents et incidents pour lesquels l'usage du GPS est identifié comme facteur déclenchant ou contributif de l'événement et il s'avère que dans nombre de cas, c'est une trop grande confiance en cet outil qui a participé à l'accident ou incident. Ainsi, il est fortement suggéré que les usagers des GPS et en particulier les professionnels l'utilisant, soient clairement informés des limites de cet outil qui ne doit être qu'une aide et non un moyen de navigation primaire.
L'utilisation du GPS a aussi été mise en cause dans des accidents terrestres, dont celui du car polonais le 22 juillet 2007 survenu sur la rampe de Laffrey, ayant fait au moins 26 victimes. Le jeune conducteur aurait suivi les indications de son appareil de navigation, bravant onze panneaux d'interdiction de circulation aux autocars, ce qui semble assez étonnant, la plupart des GPS du commerce disposant d'une possibilité de trajet alternatif.
En cas de perte des signaux GPS notamment à l'intérieur de bâtiments ou tunnels, on peut utiliser un LPS (), système propriétaire sans interopérabilité (pas de normalisation en décembre 2014).
Des problèmes cartographiques peuvent également entrer en jeu, car la position calculée par un récepteur GPS se réfère au système géodésique WGS 84, qui n'est pas généralement le système de référence pour les cartes terrestres nationales.
La légende de chaque carte signale toujours le système géodésique de référence utilisé et la majorité des récepteurs GPS modernes peuvent être programmés pour exprimer la position calculée dans un système géodésique différent du WGS 84, et éventuellement dans la projection cartographique souhaitée (par exemple UTM ou Lambert), plutôt qu'en coordonnées géographiques.
Les récepteurs GPS civils sont limités afin qu'ils ne puissent pas être utilisés dans des systèmes d'armement rapides tels que les missiles balistiques. En pratique, un récepteur ne doit plus fournir de données de navigation au-delà d'un maximum de vitesse ou d'altitude.
Historiquement, ces limites étaient fixées à une vitesse maximale de () et une altitude maximale de ().
Elles étaient appelées "limites CoCom" du nom du "Coordinating Committee for Multilateral Export Controls" (CoCom), qui a été dissous après la chute du bloc soviétique en 1994. Par la suite, les réglementations sur les récepteurs GPS sont restées en vigueur aux États-Unis selon l"'International Traffic in Arms Regulations" (ITAR) qui régule les exportations de technologies sensibles américaines et internationalement selon le Régime de contrôle de la technologie des missiles (MTCR) créé en 1987.
Aujourd'hui, le MTCR ne limite plus le domaine d'utilisation des GPS civils en altitude et a augmenté la limite de vitesse à . Depuis 2014, les restrictions ITAR aux États-Unis appliquent la même limite.
Dans l'esprit du grand public, un lien direct est effectué entre GPS et surveillance, le terme familier péjoratif de « flicage » est généralement employé par les détracteurs de tels systèmes. Toutefois, ces outils de surveillance qui, parce qu'ils touchent à des questions de vie privée occasionnent des débats de société, n'incorporent le GPS que comme l'une des briques technologiques nécessaires à son fonctionnement.
Le dispositif de localisation GPS en lui-même est un système passif qui se contente de recevoir les signaux des satellites et d'en déduire une position. Le réseau des satellites GPS ne reçoit donc aucune information d'éventuels systèmes de surveillance au sol (ou embarqués dans un aéronef ou un navire) et demeure techniquement incapable d'effectuer la surveillance d'un territoire d'une quelconque façon.
En revanche, notamment dans le domaine des transports, des systèmes déployés dans les véhicules adjoignent un dispositif de transmission de l'information obtenue avec le GPS. Ce dispositif peut fonctionner en temps réel, il s'agit alors bien souvent d'une liaison de transmission de données par téléphonie mobile ; ou fonctionner en temps différé, les données sont alors déchargées "a posteriori" par un système physique ou de radio à courte portée.
Leur application est généralement réservée aux professionnels pour suivre une flotte de camions, véhicules de transports de passagers (y compris les taxis), de véhicules de commerciaux, de dépannage ou d'intervention. Les objectifs de ces outils de suivi de flotte sont pour un employeur de s'assurer que son salarié effectue effectivement ce qu'il est censé faire sur le terrain ou que le véhicule n'a pas été détourné, mais aussi d'améliorer la gestion d'une flotte de véhicules, notamment dans les transports.
Dans les applications de sécurisation de personne en cas d'urgence ou désorientation, il existe deux méthodes de collecte d’informations :
La première va identifier et remonter l’information à une période constante, par exemple toutes les deux ou cinq minutes. Tandis que la localisation sous demande consiste à n'envoyer l'information qu'en cas de demande du porteur du terminal ou de l'aidant. Dans tous les cas, le porteur du terminal doit être informé et d'accord sur la fonctionnalité de géolocalisation.
Les systèmes de localisation automatique de sécurité, comme l'AIS en navigation maritime et aérienne, combinent un récepteur GPS et un émetteur, améliorant la sécurité anti-collision et la recherche des naufragés. L'APRS utilise le même principe, il est géré par des radioamateurs bénévoles.
Il existe d'autres systèmes de positionnement par satellite, sans atteindre cependant la couverture ou la précision du GPS :