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Les GNSS et l’ionosphère. R. Warnant. Chargé de cours Université de Liège Unité de Géomatique. Chef de section ff. Institut royal météorologique. Principe de la mesure. Mesure du temps mis par le signal pour parcourir la distance satellite–récepteur - PowerPoint PPT Presentation
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Les GNSS et l’ionosphèreR. Warnant
Chargé de coursUniversité de Liège
Unité de Géomatique
Chef de section ff.Institut royal
météorologique
Principe de la mesure
Mesure du temps mis par le signal pour parcourir la distance satellite–récepteur
En multipliant par la vitesse des ondes radio, on obtient la distance satellite-récepteur.
Principales sources d’erreurs
Mes_Code = Distance (Sat-Rec) + Erreurs
Mes_phase = Distance (Sat-Rec) + Erreurs + Ambi
Erreur de synchronisation des horloges
Erreur de multi-trajets
Erreur d’orbite
Erreur due à l’atmosphère
Erreur atmosphérique
L’atmosphère affecte la propagation des signaux GNSS (modification de la vitesse de propagation)
Effet de l’atmosphère ionisée erreur ionosphérique
Effet de l’atmosphère neutre erreur troposphérique
Erreur atmosphérique
Erreur ionosphérique: dépend du Total Electron Content ou TEC (intégrale de la concentration en e- libres)
Erreur troposphérique: dépend du profil de la concentration en vapeur d’eau
Techniques de positionnement (1/2)
Absolu: Mesure de la position absolue à l’aide d’un seul récepteur
Différentiel: Mesure de la position absolue à l’aide d’1 seul récepteur mais utilisation de corrections émises par une station de référence
Techniques de positionnement (2/2)
Relatif: Mesure de la position relative en combinant des mesures brutes collectées par 2 récepteurs différents (dont un de position connue)
Principe du positionnement différentiel
Mes(ref) = Distance (ref-sat) + Erreurs (ref)
Mes(user) = Distance(user-sat) + Erreurs(user)
La position de la station de référence est connue
Distance (ref-sat) connue
CorrDiff = Mes(ref) – Distance (ref-sat)
CorrDiff = Erreurs (ref) correction de
Erreurs(user)
Principe du positionnement différentiel
Validité de la correction différentielle:
Erreurs (ref) ?=? Erreurs (user)
Essentiellement :
Iono (ref) ? = ? Iono (user) Tropo (ref) ? = ? Tropo (user)
Real Time Kinematic (RTK)
- Mesure positions en temps réel avec un précision centimétrique
-- Utilisation de mesures de phase et de correction différentielles
-- La distance entre la station de référence et l’utilisateur ne devrait pas dépasser 10 - 20 km (dépend essentiellement de l’activité ionosphérique).
STATION REFERENCE position connue
Utilisateur RTK position inconnue
10-20 kmAABB
Hypothèse de travail (1/2)
Les erreurs atmosphériques subies par la station de référence et par l’utilisateur sont les mêmes :
Iono(ref) = Iono(user)
TEC(ref) = TEC(user)
Tropo(ref) = Tropo (user)
Vapeur d’eau(ref) = Vapeur d’eau(user)
Hypothèse de travail (2/2)
D’une manière générale, cette hypothèse est valide
Présence de structures locales dans l’ionosphère (TEC) ou dans la vapeur d’eau
Hypothèse pas valide Erreur sur la position
Variabilité locale dans l’ionosphère (1/2)
Quels sont le phénomènes qui peuvent provoquer une variabilité locale qui pose problème en RTK ?
Deux types de phénomènes:
Tempêtes géomagnétiquesTravelling Ionospheric Disturbances (TID’s)
Tempêtes géomagnétiques (1/2)
Eruptions solaires Tempêtes géomagnétiques Variabilité locale du TEC
Tempêtes géomagnétiques (2/2)
Tempête du 20/11/2003
0.00 4.00 8.00 12.00 16.00 20.00 24.00U T T im e (hours)
-4.00
-2.00
0.00
2.00
TE
C v
ari
atio
n w
ith t
ime
(T
EC
U/m
in)
Travelling Ionospheric Disturbances (TID’s)
Ondes qui se propagent dans l’ionosphère Variations locales (quelques km) du TEC
Détection de structures locale dans l’ionosphère
Développement d’une technique qui permet de « détecter » la présence de structures locales dans l’ionosphère
Statistiques d’occurrence (à Bruxelles) depuis 1993
La présence de ces structures dépend très fort de l’activité solaire mais il y en a aussi lorsque l’activité solaire est faible
Cycle d’activité solaire
Occurrence de perturbations
Comportement saisonnier
Effet sur les positions
Lorsque structure est détectée Risque pour les mesures de positions
Risque est fonction de l’amplitude des variations du TEC
Quel sera l’effet réel sur les résultats du RTK ?
Logiciel RTK
Développement d’un logiciel qui « reproduit » les conditions de travail d’un utilisateur du RTK sur le terrain
Utilisation des stations des réseaux FLEPOS et WALCORS pour simuler « station de référence » et « user »
Permet une estimation quantitative de l’effet de l’ionosphère
Erreur sur la position (ionosphère calme)
Erreur sur la position (tempête du 20/11/2003)
! Ambiguïtés résolues !
Erreur sur la position (forte TID’s)
Erreur sur la position (TID’s moyennes)
Perspectives: activité solaire
Services utilisateurs GNSS
Site web http://gpsweather.meteo.be
Site momentanément plus opérationnel mais sera complètement transformé avant la fin 2008
Estimation et prévision des effets de l’ionosphère sur le RTK
envoi de SMS, emails si fortes dégradations en cours ou prévues
Estimation des effets sur le RTK
Détection de perturbations effet « qualitatif » sur RTK
Dans le futur, implémentation d’une estimation plus quantitative
Prévision des effets sur le RTK
Forte activité géomagnétique prévue
risque de dégradations du RTK
Indice K = mesure de l’activité géomagnétique
Prévision de K à Dourbes
Si K ≥ 7 risque de problèmes
Conclusions (1/2)
Dans la majorité des cas, les corrections différentielles permettent de corriger l’effet de l’ionosphère sur le RTK
Des structures locales peuvent dégrader de manière très importante le RTK
Les effets les plus importants sont observés lors de fortes tempêtes géomagnétiques mais, en général, l’utilisateur peut être « averti »
Conclusions (2/2)
De fortes TID’s peuvent provoquer d’importantes erreurs à l’insu de l’utilisateur (même sur quelques km)
Les TID’s sont aussi observées lorsque l’activité solaire est très faible
IRM et ULg développent des services pour les utilisateurs des GNSS:
Estimation qualitative et quantitative des effetsPrévisions de l’occurrence de tempêtes géomagnétiques
Perspectives
Implémentation d’une estimation quantitative des effets ionosphériques sur le site web
Développement d’un système de prévision des effets ionosphériques à court terme
Etude de l’influence de petites structures dans la vapeur d’eau (orages, fortes pluies, …)