Embed Size (px)
Citation preview
Global Global PositionningPositionning SystemSystem
Régis Fouquet LP AII Le 23 octobre 2002 Page 1
Le GPS est un système de radio positionnement et de Le GPS est un système de radio positionnement et de navigation par satellite.navigation par satellite.
Développé par Le « Développé par Le « DepartmentDepartment ofof DefenseDefense », pour », pour une exploitation militaire américaine.une exploitation militaire américaine.
Rapidement étendu aux domaines civils mondiauxRapidement étendu aux domaines civils mondiaux
Un récepteur calcule et affiche une positionUn récepteur calcule et affiche une positionL’altitudeL’altitudeLa latitudeLa latitudeLa longitudeLa longitudeLes déplacementsLes déplacements
Avec une certaine précisionAvec une certaine précision
PrésentationPrésentation
Global Positionning System - 23 octobre 2002 Page 2
Description du systèmeDescription du systèmeUn fonctionnement à 3 segmentsUn fonctionnement à 3 segments
SpatialSpatial
ContrôleContrôle
UtilisateurUtilisateur
Global Positionning System - 23 octobre 2002 Page 3
Le segment spatialLe segment spatialConstellation de 24 satellites Constellation de 24 satellites -- dont 4 par orbitedont 4 par orbiteAltitude de 20200 KmAltitude de 20200 Km6 plans d’orbites différents6 plans d’orbites différents55° d’inclinaison sur l’équateur55° d’inclinaison sur l’équateurPériode orbitale de 12hPériode orbitale de 12h
3 Classes de Satellites lancés3 Classes de Satellites lancésBloc I 11 Bloc I 11 satsat. de 1978 à 1985. de 1978 à 1985Bloc II 24 Bloc II 24 satsat. de 1989 à 1993. de 1989 à 1993Bloc IIR + performants depuis 1996Bloc IIR + performants depuis 1996
5 à 8 satellites sont visibles en tout point du globe par le réc5 à 8 satellites sont visibles en tout point du globe par le récepteur GPSepteur GPS
Page 4Global Positionning System - 23 octobre 2002
Le segment spatialLe segment spatialRépartition simplifiée de la constellation GPSRépartition simplifiée de la constellation GPS
Page 5Global Positionning System - 23 octobre 2002
Le segment spatialLe segment spatialLes signaux radios des satellitesLes signaux radios des satellites
Unidirectionnels vers les récepteurs Unidirectionnels vers les récepteurs GPSGPS. . Bidirectionnels pour les stations terrestres.Bidirectionnels pour les stations terrestres.
Global Positionning System - 23 octobre 2002 Page 6
L2 : 1227,6 MhzL2 : 1227,6 Mhzlambda=24cmlambda=24cm
Code C/A (L1) ; f =1.023 MHz (SPS)Code C/A (L1) ; f =1.023 MHz (SPS)Code P (L1 et L2) ; f =10.23 MHz (PPS)Code P (L1 et L2) ; f =10.23 MHz (PPS)
Contenu du message NAVDATA (L1 et L2)Contenu du message NAVDATA (L1 et L2)Temps GPS, Heure d’envoi de l’onde Temps GPS, Heure d’envoi de l’onde Ephémérides des satellites Ephémérides des satellites Informations sur l’état des satellites Informations sur l’état des satellites Modèle de paramètres ionosphériques Modèle de paramètres ionosphériques URA (User Range URA (User Range AccuracyAccuracy), calcul de la ), calcul de la position optimaleposition optimale
L1 : 1575,42 MhzL1 : 1575,42 Mhzlambda=19cmlambda=19cm
Modulations Code Distance Modulations Code Distance & message de navigation NAVDATA& message de navigation NAVDATA
FréquencesFréquences
Le segment de contrôleLe segment de contrôleLes stations terrestresLes stations terrestres
Permettent la surveillance des satellites Permettent la surveillance des satellites Sont réparties en 5 stationsSont réparties en 5 stations
Le rôle des stationsLe rôle des stationsEnregistrer les signaux émis par les satellitesEnregistrer les signaux émis par les satellitesCalculer et envoyer les éphéméridesCalculer et envoyer les éphéméridesCorriger les trajectoiresCorriger les trajectoiresRégler les horloges atomiquesRégler les horloges atomiquesCorriger les erreursCorriger les erreurs
Les stations assurent la maintenance, et améliorent la Les stations assurent la maintenance, et améliorent la précision et la fiabilité du systèmeprécision et la fiabilité du système
Page 7Global Positionning System - 23 octobre 2002
Le segment utilisateurLe segment utilisateur
Le récepteur GPSLe récepteur GPSCapte les signaux émis par les satellites Capte les signaux émis par les satellites Calcule et indique Position Calcule et indique Position -- Vitesse Vitesse -- TempsTempsAccessible au grand publicAccessible au grand public
Les domaines d’utilisationsLes domaines d’utilisationsTerrestre (cartographie, randonnée, navigation auto...)Terrestre (cartographie, randonnée, navigation auto...)Navigation Maritime, accès aux portsNavigation Maritime, accès aux portsNavigation Aérienne, phases d’approchesNavigation Aérienne, phases d’approchesPrécision en fonction du domaine d’utilisationPrécision en fonction du domaine d’utilisation
Page 8Global Positionning System - 23 octobre 2002
Principe du positionnementPrincipe du positionnement
Calcul de la distanceCalcul de la distance
La triangulationLa triangulation
Calcul de la positionCalcul de la position
Global Positionning System - 23 octobre 2002 Page 9
Calcul de la distanceCalcul de la distance
Calcul de la Pseudo Distance par déphasageCalcul de la Pseudo Distance par déphasage
Global Positionning System - 23 octobre 2002 Page 10
dt tt
∆t
dt est l’offset de l’horloge du récepteur
La Pseudo distance = ∆t x Vitesse de la lumière
La triangulationLa triangulation
Global Positionning System - 23 octobre 2002 Page 11
2 satellites : 1 cercle
La triangulationLa triangulation
Global Positionning System - 23 octobre 2002 Page 12
2 satellites : 1 cercle 3 satellites : 2 points
La triangulationLa triangulation
Global Positionning System - 23 octobre 2002 Page 13
2 satellites : 1 cercle 3 satellites : 2 points 4 satellites : 1 point
Une mesure de distance par satelliteUne mesure de distance par satelliteLa longitude, latitude et l’altitudeLa longitude, latitude et l’altitudeUne mesure de l’heure exacte par le 4eme satelliteUne mesure de l’heure exacte par le 4eme satellite
Calcul de la positionCalcul de la position4 observations4 observations
Global Positionning System - 23 octobre 2002 Page 14
4 équations4 équations La position et La position et l’heurel’heure
Quelle Précision ?Quelle Précision ?
Les codagesLes codagesLes perturbations atmosphériquesLes perturbations atmosphériquesLa dilution géométriqueLa dilution géométriqueLe trajet multipleLe trajet multipleBilan de précision du GPSBilan de précision du GPS
De nombreux paramètres influent sur la précision de calcul, les erreurs s’accumulent
Global Positionning System - 23 octobre 2002 Page 15
La Précision du GPSLa Précision du GPSDifférents Code, différentes précisionsDifférents Code, différentes précisions
Les calculs sont effectués par identification des codesLes calculs sont effectués par identification des codes
La S/A (La S/A (SelectiveSelective AvailibilityAvailibility) était une dégradation volontaire ) était une dégradation volontaire qui modifiait l’horloge atomique des satellites donnant une qui modifiait l’horloge atomique des satellites donnant une précision > 100m (Arrêtée depuis mai 2000)précision > 100m (Arrêtée depuis mai 2000)
Code C/A (Code C/A (CoarseCoarse Acquisition) précision de 50m Acquisition) précision de 50m (SPS) (SPS) StandartStandart PositionningPositionning ServiceService
Code P (Code P (PrecisionPrecision) précision < 10m ) précision < 10m (PPS) (PPS) PrecisionPrecision PositionningPositionning ServiceService
Global Positionning System - 23 octobre 2002 Page 16
La Précision du GPSLa Précision du GPS
La dilution géométrique de la précision (GDOP)La dilution géométrique de la précision (GDOP)
En fonction de la géométrie des satellites par rapport au réceptEn fonction de la géométrie des satellites par rapport au récepteureur
GDOP élevéeGDOP élevée GDOP FaibleGDOP Faible
Global Positionning System - 23 octobre 2002 Page 17
La Précision du GPSLa Précision du GPSLes perturbations atmosphériquesLes perturbations atmosphériques
Retard dans le calcul de la distanceRetard dans le calcul de la distanceTraversée des ondes dans la Ionosphère puis troposphèreTraversée des ondes dans la Ionosphère puis troposphère
Le trajet MultipleLe trajet Multiple
Il peut y avoir des rebonds du signal sur un obstacle proche avaIl peut y avoir des rebonds du signal sur un obstacle proche avantntd’arriver au récepteur, influant sur la précision.d’arriver au récepteur, influant sur la précision.
Global Positionning System - 23 octobre 2002 Page 18
La Précision du GPSLa Précision du GPSLe BilanLe Bilan
Global Positionning System - 23 octobre 2002 Page 19
Le GPS Différentiel : DGPSLe GPS Différentiel : DGPSUne variante du GPS civilUne variante du GPS civil
Nécessite une balise fixe dont la position est connueNécessite une balise fixe dont la position est connueUn récepteur GPS spécifiqueUn récepteur GPS spécifiquePour une résolution au mètre prèsPour une résolution au mètre près
Global Positionning System - 23 octobre 2002 Page 20
Le GPS Différentiel : DGPSLe GPS Différentiel : DGPSBilan de PrécisionBilan de Précision
Global Positionning System - 23 octobre 2002 Page 21
GaliléoGaliléo : le GPS de l’Europe: le GPS de l’Europe
Global Positionning System - 23 octobre 2002 Page 22
Une variante du GPS civilUne variante du GPS civilFiabilité totale du systèmeFiabilité totale du systèmeUn récepteur GNSSUn récepteur GNSS--2 2 Compatible Compatible GlonassGlonass et et GpsGps
Dates & ChiffresDates & ChiffresExpérimentations dès 2005Expérimentations dès 2005Opérationnel en 2008Opérationnel en 2008Coût : 3.4 milliardsCoût : 3.4 milliards80 milliards de revenus 80 milliards de revenus prévus entre 2008 et 2020prévus entre 2008 et 2020
Quelques Récepteurs GPSQuelques Récepteurs GPS
Global Positionning System - 23 octobre 2002 Page 23
Le GPS est devenu par ses améliorations un système de Le GPS est devenu par ses améliorations un système de précision sur le marché civilprécision sur le marché civil
Les applications de positionnement se multiplient dans de Les applications de positionnement se multiplient dans de nombreux domaines, localisation de personnes, de nombreux domaines, localisation de personnes, de véhicules, de colis…véhicules, de colis…
Avec le GPSAvec le GPS : : dede nombreux secteurs se retrouvent nombreux secteurs se retrouvent dépendants visdépendants vis--àà--vis du système militaire américain.vis du système militaire américain.
Un propre système européen de positionnement est lancé Un propre système européen de positionnement est lancé
GaliléoGaliléo
ConclusionConclusion
Global Positionning System - 23 octobre 2002 Page 24
BibliographieBibliographie
Global Positionning System - 23 octobre 2002 Page 25
Direction générale de l’Energie et Direction générale de l’Energie et des Transportsdes Transports Européen : Européen : le Projet le Projet GaliléoGaliléohttp://http://europa.eu.inteuropa.eu.int//commcomm//dgsdgs//energy_transportenergy_transport//galilegalileoo//index_fr.htmindex_fr.htm
Le Télégramme Le Télégramme du 08/01/2001du 08/01/2001
L’Europe veut son GPSL’Europe veut son GPS
Etude Initiale en vue du Etude Initiale en vue du développement d’un plan développement d’un plan d’exploitation du programme d’exploitation du programme GaliléoGaliléoDocument Préparé par Document Préparé par PricewaterhousecoopersPricewaterhousecoopersRevue Technologies Revue Technologies InternationnalesInternationnales Juin 96Juin 96
E. Calais E. Calais –– Le GPS, vers une technologie intégrée Le GPS, vers une technologie intégrée dans la vie quotidiennedans la vie quotidienne
GPS Localisation & NavigationGPS Localisation & NavigationSerge Botton Serge Botton -- EditionEdition HermesHermes
Les GPS Les GPS GarminGarminhttp://http://www.garmin.comwww.garmin.com//
Guide Pratique du GPSGuide Pratique du GPSPaul Paul Correia Correia -- Edition Edition EyrollesEyrolles
Sur l’Sur l’internetinternetLivres & ArticlesLivres & Articles
