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SOMMAIRE :

Qu'est ce que le GPS ?
     Les signaux émis par les satellites GPS
     Localisation par le GPS, la méthode
            La pseudo-distance
            La Mesure de la phase porteuse

Améliorer la précision
     DGPS
     GPS-RTK (Très Haute précision)
     DGPS Global de Haute précision : La solution STARFIRE

Qu'est ce que le GPS ?

Le GPS (Global Positionning System) est un système de positionnement par satellites (actuellement 29 opérationnels dans la constellation pour les applications civiles), conçu et mis en service en 1984 par le département de la défense des Etats-Unis (DoD).

Le positionnement par GPS repose sur le principe de base de la géodésie spatiale. Lorsque l'on recherche la position P d'un point du globe par rapport au centre de la Terre et que l'on connaît précisément la distance du point P à un satellite GPS par rapport au centre O de la terre, on en déduit la distance OP.
C'est le senseur (récepteur) GPS qui mesure le temps parcouru par le signal radio émis par le satellite et convertit le temps en distance.

Pour une localisation vectorielle dans l'espace il est nécessaire d'effectuer cette triangulation au moins avec 3 satellites, ce qui permet de déterminer la position et la vitesse d'un objet en temps réel avec une précision de 10 m pour les senseurs tout public du marché.

Le système GALILEO reposera sur le même principe avec la constellation des satellites GIOVE.

Les signaux émis par les satellites GPS

Les satellites GPS travaillent avec une fréquence de base fo de 10.23 Mhz. Le signal, reçu et traité par les récepteurs, est envoyé sur deux ondes porteuses dans la bande L :

    • 1575,42 Mhz, L1
    • 1227,60 Mhz, L2

Les satellites émettent ainsi, sur ces ondes porteuses, différents signaux codés PRN (Pseudo Random Noise), le premier signal est le Coarse Acquisition (C/A). Le deuxième code est le code P. Ce code P permet d'obtenir un positionnement de précision.

Trois types de signaux sont émis:

1. l'almanach du système: santé du satellite, identification, position, situation de la ionosphère, erreurs de synchronisation des horloges des satellites, (envoyé par chaque satellite)
2. le code C/A avec le code P qui modulent l'onde porteuse L1
3. l'onde porteuse L2 qui ne comporte que le code P.

Localisation par le GPS, la méthode

Un récepteur GPS exploite deux types de mesures:

    • les mesures de code,
    • les mesures de phase.

Ces deux types de mesures permettent de calculer la distance entre le récepteur et un satellite au moment de l'émission du signal. Grâce à la répartition dans l'espace des satellites GPS, il est possible, à tout instant, depuis n'importe quel endroit, de déterminer simultanément la distance qui nous sépare d'au moins quatre satellites. Une première mesure permet la synchronisation de l'horloge du récepteur avec le temps GPS, de sorte que les erreurs de synchronisation soient soustraites du temps de propagation des signaux. Les trois autres mesures permettent le positionnement en 3 dimensions. (X,Y,Z)

La pseudo-distance
Le récepteur mesure le décalage entre la date de réception du code C/A par rapport à sa date d'émission. Cela représente le temps de propagation du signal depuis le satellite jusqu'au récepteur.
Ce temps ainsi déterminé multiplié par la célérité de la lumière fournit la distance du satellite.
Si le code utilisé est le code C/A la précision obtenue est alors de 3 mètres, s'il s'agit du code P, on est alors en mesure d'obtenir 30 cm de précision.

La Mesure de la phase porteuse
Les récepteurs les plus perfectionnés permettent de mesurer la phase de la porteuse, en plus de la pseudo-distance obtenue par le délai du code binaire.
La mesure de la phase est la différence de phase entre la porteuse venant du satellite (L1 ou L2) et une porteuse générée à l'intérieur du récepteur.
Le calcul de la distance d'antenne-satellite est obtenu par l'expression N x λ ou λ est la longueur d'onde et N la partie entière de d / λ. La détermination de l'inconnue N est appelée " résolution d'ambiguïté " et est envisageable en mouvement avec un minimum de 5 satellites visibles et en utilisant les corrections transmises par une station fixe de référence de position connue située à moins de dix kilomètres de la station mobile. Les senseurs capable d'effectuer ce type de localisation en temps réel sont appelés Real-Time Kinematic GPS (GPS RTK).

C'est dans cette dernière catégorie que s'inscrivent les équipements NAVCOM et les solutions communicantes en réseau de CORRELANE Technologies.

CORRELANE Technologies est le revendeur officiel en France, au Benelux, en Allemagne, en Algérie, au Maroc et en Tunisie, des équipements et solutions de NAVCOM technologies, filiale du Groupe John Deere.

Améliorer la précision

DGPS
La méthode appropriée pour augmenter la précision en temps réel consiste à envoyer depuis une station de référence, dont on connaît précisément sa position, les données de corrections au(x) senseurs. Ce mode de fonctionnement s'appelle le mode GPS différentiel: DGPS.
La précision alors atteinte est submétrique entre une base diffusant les corrections à un mobile, avec des senseurs GPS mono-fréquence.
La précision obtenue est d'autant plus grande que la station est proche du senseur mobile (rover).

CORRELANE Technologies, soutenue par OSEO/ANVAR en 2005, a développé une architecture innovante de diffusion des corrections (messages au standard international RTCM) via un réseau WiFi outdoor.

GPS-RTK (Très Haute précision)

Afin d'être en mesure d'effectuer des mesures de précision centimétrique, un rover doit nécessairement recevoir par radio les messages RTCM nécessaires à la correction des mesures.
3 solutions sont alors possibles:
    • contracter un abonnement à un service de réception des corrections via un modem GPRS (2 abonnements)
    • se doter d'une station communiquant les corrections par radio,
    • se doter d'une sation communiquant via un modem GPRS (abonnement GPRS nécessaire)

Les deux dernières solutions sont les seules qui permettent de garantir une précision centimétrique voire subcentimétrique avec une station à moins de 10km du senseur mobile.

Les solutions GPS-RTK de NAVCOM Technology utilise une radio interne de fréquence 2.4 Ghz, conforme en puissance d'émission (PIRE) à la réglementation de l'ARCEP et qui assure sur un chantier une relevé topographique centimétrique voir subcentimétrique en relatif.

D'une manière générale les solutions CORRELANE Technologies, notamment, avec l'architecture PLUS BOX, permettront de proposer une précision centimétrique ou subcentimétrique temps réel à bas coût, dès lors qu'il est nécessaire de disposer de plus de deux capteurs en réseaux intranet.

DGPS Global de Haute précision : La solution STARFIRE

Une solution intermédiaire entre les précision de 60 cm à 1m et le centimètre obtenu par GPS-RTK avec un système base + rover de précision centimétrique, consiste à utiliser un senseur GPS capable de recevoir des données de correction d'un système GPS différentiel global, à l'instar du système StarFire proposé par NAVCOM Technology.

Grâce à ce dispositif accessible en tout point du globe entre -75° et +75° de latitude, il est possible d'obtenir en temps réel depuis un seul senseur une précision de localisation décimétrique.
Ceci est rendu possible par un réseau de stations au sol communiquant les corrections DGPS par l'infrastructrure STARFIRE ®, basée sur les satellites de télécommunications Inmarsat.

Une telle précision est garantie quel que soit l'éloignement des stations de référence du réseau et ce grâce à l'extrême efficacité de l'algorithme de calcul élaboré par le Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA et NavCom Technology.
Ce dispositif permet de diffuser:
    • les corrections d'horloges et d'orbites pour chaque satellite GPS,
    • les corrections relatives aux perturbations troposphériques pour chaque site de référence

Pour bénéficier de ce service de corrections, il suffit de se doter des senseurs NAVCOM Technology intégrant un modem StarFire et d'opter pour un abonnement annuel ou adapté à la période d'utilisation.

L'abonnement au service StarFire permet de s'affranchir de l'usage d'une station de référence lorsque la précision centimétrique n'est pas requise et lorsqu'une précision de 60 cm n'est pas suffisante par des moyens DGPS classiques.