1 G.P.S. Global Positioning System. 2 GPS Objectif: Savoir utiliser le GPS et comprendre le fonctionnement

1

G.P.S.G.P.S.Global Positioning SystemGlobal Positioning System

22

GPSGPS

ObjectifObjectif: Savoir utiliser le GPS et : Savoir utiliser le GPS et comprendre le fonctionnement.comprendre le fonctionnement.

33

GPSGPS

UtilitéUtilité: Se servir du GPS à bon escient.: Se servir du GPS à bon escient.

4

GPS GPS PLANPLAN

1)Introduction1)Introduction

2)Présentation2)Présentation GénéralitésGénéralités Segment spatialSegment spatial Segment de contrôleSegment de contrôle Segment utilisateurSegment utilisateur

3) Fonctionnement du système GPS3) Fonctionnement du système GPS

4) Utilisation du GPS en VFR4) Utilisation du GPS en VFR

5) Évolutions et projets en cours5) Évolutions et projets en cours

6) Conclusion6) Conclusion

55

INTRODUCTIONINTRODUCTION

66

GPSGPSINTRODUCTIONINTRODUCTION

Ces dernières années; on assiste à Ces dernières années; on assiste à l’arrivée des systèmes de navigation l’arrivée des systèmes de navigation par satellites G.N.S.S.par satellites G.N.S.S.

Global Navigation Satellite SystemGlobal Navigation Satellite System

77


A l’heure actuelle; il existe deux A l’heure actuelle; il existe deux systèmes en fonctionnement et un systèmes en fonctionnement et un autre système en création.autre système en création.

88


>Système militaire Américain>Système militaire AméricainNAV STAR-GPSNAV STAR-GPSNAVigation System Time And Ranging- Global Positioning SystemNAVigation System Time And Ranging- Global Positioning System

>Système Soviétique>Système SoviétiqueGLONASSGLONASSGLObal NAvigation Satellite SystemGLObal NAvigation Satellite System

>Système Européen (en création)>Système Européen (en création)GALILEOGALILEO

99


Depuis la mise en place des systèmes Depuis la mise en place des systèmes satellites, de nombreuses satellites, de nombreuses applications se sont développées applications se sont développées surtout pour le programme NAV surtout pour le programme NAV STAR opérationnel depuis le 17 Juillet STAR opérationnel depuis le 17 Juillet 1995 et appelé de nos jour GPS.1995 et appelé de nos jour GPS.

1010

PRESENTATIONPRESENTATION

1111

GPSGPSPRESENTATIONPRESENTATION

SatellitesSatellites::

Ils sont au nombre de 24, leurs orbites sont Ils sont au nombre de 24, leurs orbites sont inclinées à 55° par rapport au plan de l’équateur.inclinées à 55° par rapport au plan de l’équateur.

Ils Ils connaissent leur position dans l’espaceconnaissent leur position dans l’espace et et l’heure précise à chaque instantl’heure précise à chaque instant..

1212


En mesurant le temps mis par une En mesurant le temps mis par une onde pour aller d’un point à un autre onde pour aller d’un point à un autre on obtient une distance car:on obtient une distance car:

D=T*VD=T*V

Avec V: vitesse de la lumière(300000Km/s) Avec V: vitesse de la lumière(300000Km/s) et T=heure d’arrivée – heure d’envoiet T=heure d’arrivée – heure d’envoi

1313


Le satellite émet continuellement des Le satellite émet continuellement des ondes électromagnétiques qui ondes électromagnétiques qui donnent les informations suivantes:donnent les informations suivantes:

-sa position exacte dans l’espace-sa position exacte dans l’espace

-l’heure exacte de l’envoi de son message-l’heure exacte de l’envoi de son message

1414


Le satellite émet de façon omnidirectionnelle.Le satellite émet de façon omnidirectionnelle.

1515


Cercle de position sur la terre

1616


Un satellite avec une horloge de grande précisionUn satellite avec une horloge de grande précision

Des horloges atomiques fournissent une Des horloges atomiques fournissent une base de temps avec une grande précision.base de temps avec une grande précision.

L’onde parcourt une grande distance L’onde parcourt une grande distance (20000km) et tous retard entraîne de (20000km) et tous retard entraîne de grande imprécision de distance.grande imprécision de distance.

1 micro seconde représente 300 m1 micro seconde représente 300 m

1717

GPSGPS

Les trois segments du système :Les trois segments du système :

Le segment spatialLe segment spatial Le segment de contrôleLe segment de contrôle Le segment utilisateurLe segment utilisateur

1818

LE SEGMENT SPATIALLE SEGMENT SPATIAL

1919

GPSGPSLE SEGMENT SPATIALLE SEGMENT SPATIAL

Le système utilise donc un Le système utilise donc un

réseau de réseau de 24 satellites24 satellites

Il existe Il existe 6 orbites de 4 6 orbites de 4 satellites.satellites.

Chaque orbite fait un angle Chaque orbite fait un angle de 55° avec l’équateur.de 55° avec l’équateur.

La La distance terre-satellitedistance terre-satellite est est sensiblement de sensiblement de 20200 Km.20200 Km.

2020

Si l’on considère le Si l’on considère le cercle formé par cercle formé par l'équateur comme l'équateur comme un plan, un plan, les six les six orbites circulaires orbites circulaires forment un angle forment un angle de 55° avec ce de 55° avec ce plan.plan.


2121

Ces six orbites Ces six orbites circulaires sont circulaires sont espacées de 60°.espacées de 60°.

La disposition de ces 24 La disposition de ces 24 satellites permet aux satellites permet aux récepteurs G.P.S de récepteurs G.P.S de toujours capter entre toujours capter entre 5 et 8 satellites en 5 et 8 satellites en tout point du globe.tout point du globe.


2222


Que contiennent les ondes envoyées par les satellites ?Que contiennent les ondes envoyées par les satellites ?

L'heure d'envoi de l'onde.L'heure d'envoi de l'onde.

La position du satellite.La position du satellite.

L' éphéméride de l'orbite suivie, cette dernière L' éphéméride de l'orbite suivie, cette dernière permettant au récepteur d'identifier le satellite permettant au récepteur d'identifier le satellite reçu ainsi que les données de son orbite.reçu ainsi que les données de son orbite.

Des codes qui permettrons la mesure de Des codes qui permettrons la mesure de distance.distance.

2323

LE SEGMENT DE CONTROLELE SEGMENT DE CONTROLE

2424

GPSGPSLE SEGMENT DE CONTROLELE SEGMENT DE CONTROLE

5 stations de surveillance5 stations de surveillance réparties autour réparties autour de la terre permettent de suivre les de la terre permettent de suivre les satellites, de calculer leur position et de satellites, de calculer leur position et de recaler leurs horloges atomiques.recaler leurs horloges atomiques.

Ils se situent à Ils se situent à HawaiiHawaii, dans les , dans les Îles MarshallÎles Marshall, , dans dans l’Île d’Ascensionl’Île d’Ascension, à , à Diego GarciaDiego Garcia et à et à Colorado SpringsColorado Springs..

2525


5 stations de contrôle5 stations de contrôle

2626


Stations de contrôleStations de contrôle Ces stations de contrôles ont pour but de Ces stations de contrôles ont pour but de

suivre les 24 satellites.suivre les 24 satellites. Calculer leurs positions( éphémérides).Calculer leurs positions( éphémérides). Recaler leurs horloges atomiques.Recaler leurs horloges atomiques.

2727

LE SEGMENT UTILISATEURLE SEGMENT UTILISATEUR

2828

GPSGPSLE SEGMENT UTILISATEURLE SEGMENT UTILISATEUR

Ce segment comprend l’antenne de Ce segment comprend l’antenne de réception et le récepteur/calculateur GPS.réception et le récepteur/calculateur GPS.

Ce segment nous fournit des Ce segment nous fournit des informations informations nécessaires a la navigation.nécessaires a la navigation.

2929

GPSGPSLE SEGMENT UTILISATEURLE SEGMENT UTILISATEUR

3030

FONCTIONNEMENTFONCTIONNEMENT

3131

GPSGPSFONCTIONNEMENTFONCTIONNEMENT

Calcul de la position:Calcul de la position:

GrGrâce aux mesures de distance du récepteur au satellite, on peut âce aux mesures de distance du récepteur au satellite, on peut tracer une sphère imaginaire sur laquelle se trouve le tracer une sphère imaginaire sur laquelle se trouve le récepteur.récepteur.

3232


Calcul de la position:Calcul de la position:

En procédant de mEn procédant de même avec un deuxième satellite, on obtient un ême avec un deuxième satellite, on obtient un cercle de position sur lequel se trouve le récepteur.cercle de position sur lequel se trouve le récepteur.

3333


En faisant une projection sur le sol :Deux satellites donnent deux positions possibles

3434


Avec Avec trois satellitestrois satellites on obtient une on obtient une position par le position par le recoupement des recoupement des trois cercles.trois cercles.

C’est une C’est une position position en 2 dimensions.en 2 dimensions.

3535


Avec Avec quatre satellitesquatre satellites on obtient une position dans on obtient une position dans le plan vertical donc une le plan vertical donc une position en 3D.position en 3D.

De plus celui ci permet de lever le doute et de De plus celui ci permet de lever le doute et de confirmer les informations.confirmer les informations.

Enfin celui ci permet de recaler l’horloge du Enfin celui ci permet de recaler l’horloge du récepteur lors de la synchronisation des signaux.récepteur lors de la synchronisation des signaux.

3636


Calcul de la positionCalcul de la position::

La position déterminée a pour référence le centre de la Terre.La position déterminée a pour référence le centre de la Terre.Référence ECEF (Earth - Centered, Earth - Fixed)Référence ECEF (Earth - Centered, Earth - Fixed)La position déterminée a pour référence le centre de la Terre.La position déterminée a pour référence le centre de la Terre.Référence ECEF (Earth - Centered, Earth - Fixed)Référence ECEF (Earth - Centered, Earth - Fixed)

3737


Ellipsoïde de référenceEllipsoïde de référence::

Le récepteur effectue automatiquement les conversions vers uneLe récepteur effectue automatiquement les conversions vers uneEllipsoïde en suivant le système Ellipsoïde en suivant le système WGS 84WGS 84 (World geodesic System). (World geodesic System).

WGS-84

Il en résulte des écarts entre cet ellipsoïde et le niveau moyenIl en résulte des écarts entre cet ellipsoïde et le niveau moyendes océans.des océans.Il en résulte des écarts entre cet ellipsoïde et le niveau moyenIl en résulte des écarts entre cet ellipsoïde et le niveau moyendes océans.des océans.

3838


Ellipsoïde de référenceEllipsoïde de référence::

L’altitude fournie par le GPS utilise donc l'ellipsoïde pour L’altitude fournie par le GPS utilise donc l'ellipsoïde pour référence.référence.

3939


Recalage de l’horloge du récepteurRecalage de l’horloge du récepteur : :

Si Si l’horloge du récepteurl’horloge du récepteur est est en avanceen avance, le temps de propagation , le temps de propagation du signal pour aller du récepteur au satellite apparadu signal pour aller du récepteur au satellite apparaîtra îtra plus long. Les plus long. Les cercles de positioncercles de position seront donc tous seront donc tous plus plus grand qu’ils ne le devraient.grand qu’ils ne le devraient.

Le récepteur ne pourra donc pas déterminer avec exactitude sa Le récepteur ne pourra donc pas déterminer avec exactitude sa position.position.

Il retardera alors son horloge jusqu’à ce que les cercles se Il retardera alors son horloge jusqu’à ce que les cercles se chevauchent.chevauchent.

4040


Recalage de l’horloge du récepteurRecalage de l’horloge du récepteur : :

Horloge en retard

Horloge réglée

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Sources d’erreursSources d’erreurs::

- Mauvais fonctionnement d’un satellite.- Mauvais fonctionnement d’un satellite.- Arr- Arrêt d’un satellite.êt d’un satellite.- Dégradation volontaire des signaux par l’armée - Dégradation volontaire des signaux par l’armée

américaine.américaine.

Précision:Précision:• SA (Selective availability): Erreur introduite SA (Selective availability): Erreur introduite

volontairement par la défense US.volontairement par la défense US.Elle a été supprimée en 2000.Elle a été supprimée en 2000.

• La La précision est de 22m dans 95%précision est de 22m dans 95% des cas. des cas.

4242


PrécisionPrécision::

La précision dépend du La précision dépend du positionnement des satellitespositionnement des satellitesentre eux. (entre eux. (GDOPGDOP: Géometry Dilution Of Precision): Géometry Dilution Of Precision)

4343


Précision du systèmePrécision du système : :

Initialement les performances du service étaient:Initialement les performances du service étaient:

Position horizontale:100m dans 95% des cas et 300m dans Position horizontale:100m dans 95% des cas et 300m dans 99,99%.99,99%.

Position verticale:140m dans 95% des cas.Position verticale:140m dans 95% des cas.

De temps:340 nanosecondes dans 95% des cas.De temps:340 nanosecondes dans 95% des cas.

Depuis Mai 2000Depuis Mai 2000, une précision horizontale devrait être , une précision horizontale devrait être de 22m dans 95% du temps.de 22m dans 95% du temps.

4444

UTILISATIONUTILISATION

4545

GPSGPSUTILISATIONUTILISATION

Intégrité du systèmeIntégrité du système::

On appelle intégrité la On appelle intégrité la capacité du système à fournir une alarme au capacité du système à fournir une alarme au pilotepilote lorsque le système de navigation ne peut plus être utilisé avec lorsque le système de navigation ne peut plus être utilisé avec la précision requise.la précision requise.

Cette détermination de l'intégrité doit être Cette détermination de l'intégrité doit être faite à bord de l'aéronef:faite à bord de l'aéronef:

Soit par l'équipement lui même Soit par l'équipement lui même RAIMRAIM: Receiver Anonymous : Receiver Anonymous Integrity Monitoring.Integrity Monitoring.

Soit par Soit par comparaison avec d'autres systèmescomparaison avec d'autres systèmes de navigation. de navigation.

Soit Soit par le pilotepar le pilote en contrôlant lui-même sa navigation, par en contrôlant lui-même sa navigation, par repérage au sol.repérage au sol.

4646


Classes des G.P.S homologuésClasses des G.P.S homologués : :

Les Les classes Aclasses A possèdent: possèdent:o La partie calcul de navigation en plus de la La partie calcul de navigation en plus de la

partie réception GPS.partie réception GPS.o La fonction RAIM.La fonction RAIM.

Les Les classes Bclasses B correspondent à un équipement qui correspondent à un équipement qui envoie des informations vers un système de envoie des informations vers un système de navigation.navigation.

Les Les classes Cclasses C sont identiques à la classe B mais sont identiques à la classe B mais peuvent êtres couplés à un pilote automatique.peuvent êtres couplés à un pilote automatique.

4747

GPSGPS UTILISATIONUTILISATION

Les GPS qui disposent de la fonction RAIM peuvent Les GPS qui disposent de la fonction RAIM peuvent êtres utilisés pour les vols VFR:êtres utilisés pour les vols VFR:

Pour les vols sans visuel du sol ou de l'eau.Pour les vols sans visuel du sol ou de l'eau.

De jour pour les survols de l'eau, de régions De jour pour les survols de l'eau, de régions inhabitées ou sur certains itinéraires lorsqu'un inhabitées ou sur certains itinéraires lorsqu'un équipement de radionavigation est requis.équipement de radionavigation est requis.

De nuit.De nuit.

Les Les GPSGPS qui qui ne disposentne disposent pas pas de la de la fonction RAIMfonction RAIM, ne , ne doivent êtes utilisés doivent êtes utilisés qu'en vue du solqu'en vue du sol et et de jour de jour uniquementuniquement..

4848


Une Une base de donnéesbase de données est à jour lorsque l’on est à jour lorsque l’on a recyclé les informations contenues tous a recyclé les informations contenues tous les les 28 jours28 jours..

Toutefois il est admis en VFR que cette base Toutefois il est admis en VFR que cette base de données puisse ne pas être à jour.de données puisse ne pas être à jour.

AttentionAttention il est important de privilégier il est important de privilégier la la vérification des informationsvérification des informations par par une une documentation à jourdocumentation à jour. .

4949


Cas particulier des GPS portables:Cas particulier des GPS portables:

Les pilotes sont avisés que Les pilotes sont avisés que l'utilisation de tels systèmes est faite l'utilisation de tels systèmes est faite sous leur entière responsabilitésous leur entière responsabilité, et , et leur fonctionnement peut être à leur fonctionnement peut être à l'origine de l'origine de perturbations pour les perturbations pour les instrumentsinstruments tels que le compas ou le tels que le compas ou le fonctionnement des VOR, ADF etc.….fonctionnement des VOR, ADF etc.….

5050


De façon générale:De façon générale:

Préparation à long termePréparation à long terme : effacement des : effacement des Waypoints des autres utilisateurs et Waypoints des autres utilisateurs et programmation de la route.programmation de la route.

Préparation à court termePréparation à court terme : fonction GOTO : fonction GOTO (connaître les zones et leurs activités…)(connaître les zones et leurs activités…)

Fonction Fonction « nearest » « nearest » (connaître les (connaître les conditions météo, les limitations et les NOTAMS…)conditions météo, les limitations et les NOTAMS…)

5151

PROJETS EN COURSPROJETS EN COURS

5252

GPSGPSPROJETS EN COURSPROJETS EN COURS

GALILEO GALILEO Projet Européen lancé en 1999Projet Européen lancé en 1999 30 satellites30 satellites Intégrité du systèmeIntégrité du système Exploitation à partir de 2008Exploitation à partir de 2008

5353

GPSGPSPROJETS EN COURSPROJETS EN COURS

EGNOSEGNOS Première étape du projet GALILEO.Première étape du projet GALILEO. Devrais être disponible actuellement.Devrais être disponible actuellement. Donne une précision de 2,5 m en Donne une précision de 2,5 m en

horizontal et 4,5 M en vertical horizontal et 4,5 M en vertical compatible avec les approches de compatible avec les approches de CAT 1.CAT 1.

5454

CONCLUSIONCONCLUSION

5555

GPSGPSCONCLUSIONCONCLUSION

Avant toute utilisation d'un GPS il faut Avant toute utilisation d'un GPS il faut vérifier l'intégrité de la base de données.vérifier l'intégrité de la base de données.

L'utilisation d'un GPS ne vous dispense pas L'utilisation d'un GPS ne vous dispense pas d'effectuer une d'effectuer une préparation préparation consciencieuse de votre de navigation.consciencieuse de votre de navigation.

Enfin assurez-vous d'avoir une Enfin assurez-vous d'avoir une connaissance suffisanteconnaissance suffisante et approfondie et approfondie de de l'équipement utilisé.l'équipement utilisé.

5656


Exemple d’évènementExemple d’évènement

Les conditions météo obligent le pilote Les conditions météo obligent le pilote à des variations de trajectoires.il est à des variations de trajectoires.il est confronté a un vent fort. Le pilote est confronté a un vent fort. Le pilote est contraint d’atterrir en campagne à la contraint d’atterrir en campagne à la suite d’une panne d’essence.La suite d’une panne d’essence.La jauge était masquée par le récepteur jauge était masquée par le récepteur GPS.GPS.

5757


Le Le GPS ne remplace pas une bonne préparationGPS ne remplace pas une bonne préparation de la navigation à long terme et à court terme de la navigation à long terme et à court terme

Pendant le vol le GPS ne remplace pas une Pendant le vol le GPS ne remplace pas une bonne bonne tenue du log de navigationtenue du log de navigation

Le « pianotage » prolongé du GPS en vol Le « pianotage » prolongé du GPS en vol consomme beaucoup de ressourcesconsomme beaucoup de ressources

Le Le suivi d’une navigation avec la cartesuivi d’une navigation avec la carte permet de permet de

vérifier la vérifier la cohérence des informationscohérence des informations venant du venant du GPS et incite le pilote à appliquer la règle GPS et incite le pilote à appliquer la règle « voir « voir et éviter »et éviter »

5858

BON VOL ! ! !BON VOL ! ! !

Documents

1 G.P.S. Global Positioning System. 2 GPS Objectif: Savoir utiliser le GPS et comprendre le fonctionnement