GéoLabs SARL
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Différents Systèmes GPS Historique Principe de fonctionnement DGPS GPS analyse de phase GLONASS ENSS Précision GPS GPS + GLONASS DGPS GPS analyse de phase Applications Conclusion Différents systèmesLes solutions de positionnements par satellites comprennent plusieurs systèmes d'origine et de technologies différentes. Le plus connu étant certe le système GPS américain. GPSHistoriqueLe système GPS (Global Positionning System) est issu d'un programme militaire Américain débuté en 1958 (un an après le lancement du premier satellite) ; ce programme visait à obtenir la position d'un mobile terrestre à partir d'émissions radio en provenance d'un satellite. En 1960 les ingénieurs de l'US Navy mettent au point le système Transit. Celui-ci basé sur l'éffet Doppler (utilisé par les radars) permet de positionner un point fixe avec une précision métrique, cependant des contraintes fortes le rendent inutilisable : des temps de mesures importants et deux survols du récepteur sont nécessaire. Dans les années 1970 le Département of Défense des États-Unis met en place ce qui deviendra le système GPS. Dans un premier temps réservé aux militaires qui envisageaient d'en crypter les émissions celui-ci sera ouvert à une utilisation civile sous la pression du marché (plusieurs milliards de dollars par an). L'ouverture au marché civil s'accompagne toutefois d'une dégradation des performances introduite par les militaires. Nommée Sélective Aviability ce système peut dégrader, en fonction des tensions géopolitiques, la précisions du GPS à 100m dans 95% des mesures. Les constructeurs civils se sont ingéniés à trouver des solutions permettant de disposer d'une précision de l'ordre du centimètre. Principe de FonctionnementLe système GPS se base sur une constellation de 24 satellites regroupés sur six plans orbitaux inclinés de 59°. Il est ainsi possible de voir entre 4 et 10 satellites de n'importe quel point du globe. Ces satellites émettent continuellement un flux d'information comportant des données concernant leur orbite (position du satellite) et des informations temporelles (référence temps). La fréquence d'émission en SHF est de 1 575,42MHz. Les satellites du réseau GPS embarquent chacun une horloge atomique d'une précision meilleure que 10-9 seconde. A un instant t un satellite émet un signal horaire vers les récepteurs GPS qui le reçoivent à un instant t1 (le temps d'arriver au récepteur). Ce signal se déplaçant à la vitesse de la lumière (300 000km/s) il est aisé de connaître la distance (d1) séparant le récepteur GPS du satellite ayant émis le signal : ( t1 - t ) /300 000 = d1 Le récepteur se trouvera donc sur le pourtour de la sphère de diamètre d1 centrée sur ce premier satellite. En reproduisant au même instant cette opération les signaux en provenance de trois autres satellites (donc un total de quatre) on obtient la distance séparant le récepteur de ces quatre satellites, par recoupement il est alors aisé d'obtenir la position du récepteur. Cependant ce système présente ses limites : si les satellites embarquent chacun une horloge atomique de grande précision ce n'est pas le cas des récepteurs GPS, il s'ensuit donc des erreurs de mesures pouvant influencer le calcul. Le récepteur GPS recevant les signaux des satellites va calculer, comme indiqué plus haut, les distances d1, d2, d3 et d4 qui devraient se recouper en même point. Ce qui ne sera pas le cas du fait des erreurs de mesures, le récepteur GPS cherchera alors les valeurs les plus proches de t1, t2, t3 et t4 pour lesquelles les quatre sphères centrées sur leurs satellites respectifs se recoupent en un même point. Il s'ensuit une marge d'erreur dans le calcul du positionnement (pouvant varier suivant différents paramètres explicités au paragraphe Précision). DGPSDevant les performances variables des systèmes GPS traditionnels et les dégradations (Sélective Aviability) introduites par le Département Of Défense des USA les constructeurs de matériels ont cherché une solution pour améliorer la précision. C'est ainsi qu'est né le système Differential GPS qui repose sur une base fixe (composée d'un récepteur GPS et d'un ordinateur équipé du logiciel adéquat) dont la position est connue et qui va comparer sa position effective (connue) et les données fournies par le GPS qui lui est connecté, de la différence des deux positions (effective et GPS) des algorithmes complexes vont déduire le niveau de dégradation des signaux émis par les satellites. La base pourra ainsi transmettre aux GPS de terrains les corrections à apporter aux données reçues des satellites. Il existe deux solutions pour appliquer les corrections DGPS :
GPS par analyse de phase des fréquences porteusesBasé sur le principe du GPS ou couplé à un système DGPS les récepteurs équipés de ce dispositifs intègrent un algorithme analysant le signal provenant des satellites et connaissant la longueur d'onde de la porteuse utilisé par ceux-ci va en déduire les erreurs introduites dans le calcul du récepteur GPS voir DGPS. La précision de ce système est très importante, centimétrique ou millimétrique suivant le temps de mesure. Il n'est cependant que peu utilisé en raison du coût des équipements. GLONASSLe GLObal Navigation Satellite Système est un système d'origine Russe concurrent au système GPS. Certains récepteurs intègrent les systèmes GLONASS et GPS de manière à présenter une meilleure précision par obtention d'une valeur moyenne entre les deux systèmes. ENSSl'ENSS ou Européan Navigation Satellite System est l'équivalent Européen du système GPS. Il a subi une très forte concurrence de la part du système américain GPS et s'avère peu ou pas utilisé. PrécisionÉternelle question, souvent sans réponse, la précision des mesures effectuées avec un système de positionnement par satellite dépend de plusieurs facteurs et peut être très variable en fonction du matériel utilisé mais aussi des conditions d'exploitation. Système GPS "normal"Le signal subi des dégradations qui vont agir sur la précision des mesures. CEs paramètres sont variables en fonction de la qualité des récepteurs GPS, du gain des antennes, de la couverture nuageuse ou de la canopée, de la propagation (facilité des ondes radio à se déplacer), de la visibilité des satellites,...
Quelques tests sur des GPS grand public nous ont donnés les résultats suivants:
Il est possible de faire une moyenne des mesures prises en un même endroit afin d'afiner la position, généralement plus le temps de mesure est long plus la précision sera bonne (sans toutefois exeder un certain seuil). Ainsi après 5min de mesures l'écart moyen est de 35m, de 25m après 15min, de 20m après 15min et de 12m après 1 heure de mesures! Les récepteurs GPS grand publics donneront donc une précision approximative à la volée de 25 à 100m (45m en moyenne). Certains récepteurs GPS professionnels présentent une précision un peu plus importante de l'ordre de 10 à 15 m (ProMARK X ou GeoExplorer II par exemple). Le nombre de canaux (de satellites) suivis ainsi que la méthode de gestion de ceux-ci peut influer sur ces mesures, il vaut donc mieux acquérir un GPS gérant 12 canaux de manière parallèle. Lorsqu'un GPS est monté sur un véhicule il est parfois possible de lui adjoindre un gyroscope qui améliore quelque peu les performances (amélioration de 5 à 10m sur les performances moyennes). GPS + GLONASSLe système GLONASS seul présentant une précision variant de 8 à 25m (donc meilleure que le système GPS) il est possible de combiner ces deux systèmes afin d'obtenir une précision variant de 7 à 16m dans système DGPS ou de 35 à 75cm avec DGPS. Seuls des matériels professionnels comme le Magellan GG24 utilisent la combinaison de ces deux systèmes. DGPSTout comme pour le système GPS normal le système DGPS subi des perturbations influençant directement les performances, cependant celles-ci sont moins importantes :
Les performances des systèmes DGPS s'amenuisent à mesure que l'on s'éloigne de la base qui dispose d'une portée variable (10 à 1000km suivant matériel). La précision des mesures reste excellente : de 1 à 2m dans la plupart des cas en temps réel ou en post-processing. GPS Analyse de phaseCe système ne se trouve que sur certains matériels haut de gamme permet une précision très importante (1 à 1,5cm pour 20 et 30min de mesures, 35 à 75cm instantané). Ce système peut être utilisé seul ou couplé à un DGPS pour en améliorer les performances.
ApplicationsLes GPS ou leurs systèmes associés sont utilisés dans de très nombreux systèmes ayant des finalités diverses :
Cette liste n'est pas exhaustive et peut se compléter en fonction de vos besoins... ConclusionCe petit texte n'ayant pour vocation que de vulgariser le fonctionnement et les application du GPS et de ses produits dérivés ne peut en aucun cas être exhaustif. Plus de renseignements peuvent être trouvés sur Internet (cf. page Liens) ou dans la littérature spécialisée (cf. page Bibliographie). N'hésitez pas à nous contacter afin d'obtenir tout renseignement complémentaire, notre activité consiste aussi en une prestation de conseil (cf. page Services) |
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