TPE G.P.S

Présenté par :Alexis PINET

Thomas BAUD

Vanessa BONI

Global Positioning System

- Comment s’orienter ? Du petit poucet au GPS ...

- Le NAVSTAR (NAVigation System with Time And Ranging),

nom officiel du GPS

- Objectifs

- Principes

Applications :

Le GPS dans les transports aériens

Le GPS dans les transports maritimes

Le GPS dans les transports routiers

Les applications militaires du GPS

Un certain nombre de facteurs limitent encore, et ce de façon systématique, la précision du GPS... Mais alors, comment nos récepteurs permettent-ils de fournir des coordonnées comprenant une erreur de seulement quelques mètres...

En effet, nous pouvons alors nous interroger sur la véracité des coordonnées indiquées par le récepteur et

sur la manière dont celles-ci sont perturbées ?Ainsi, quels sont les moyens existants qui permettent

d ’inhiber ces erreurs ?

PLANPLANINTRODUCTION : qu ’est-ce réellement que le G.P.S ? Quelle est son utilité ?

Problématique de la précision du positionnement

I. Explication générale du principe de triangulation

II. Imprécisions introduites par les paramètres suivants :

1. Déplacement de l’observateur (rotation de la Terre) pendant le trajet de l’onde

2. Physique : Freinage des ondes électromagnétiques

3. Technique: Non synchronisation des horloges des satellites et celles de l ’ observateur

4. Calcul. Lors de la conversion des coordonnées X,Y,Z (ECEF) en coordonnées terrestres (ENU)

5. Répartition des satellites est non homogène

III. Comment remédier à cette imprécision ?

1. Utilisation mathématique

2. Utilisation 4 satellites création d’une horloge atomique pour le récepteur

3. Utilisation de données météorologiques et physiques

4. Utilisation du G.P.S différentiel

CONCLUSION : Quel futur pour le G.P.S? Sera t-il concurrencé ?

Le G.P.S utilise le principe dit de la triangulation :

A) utilisation de trois satellites :

Avec un satellite :

Rayon de balayage

du satellite

Regardons donc l’évolution des renseignements suite à l’ajout d’un second satellite :

Modélisons donc la présence d’un troisième satellite !

B) Mesure de la distance

Nous connaissons maintenant notre position, après avoir mesuré la distance qui nous sépare de trois satellites.

Mais comment peut-on mesurer cette distance ?

Il suffit de calculer le temps que l'on met pour recevoir le signal. En effet, distance (m) = vitesse (m.s-1) x durée (s).

Or, on connaît la vitesse de transmission du signal - c'est celle de la lumière dans le vide, soit 3.108m.s-1.

La variation de l’observateur durant la transmission du message

Durant l’émission du signal, aussi court soit-il, la terre va évoluer à une certaine vitesse, différente de celle décrite par les satellites.

70 ms = décalage émission/réception

La terre aura alors bougé de (70.10^-3s)x(450m/s)=31 m !!!

On constate alors que même si le décalage est minime, il influe énormément sur la position donnée.

II. Imprécisions introduites par les paramètres suivants :

1. Déplacement de l’observateur (rotation de la Terre) pendant le trajet de l’onde

II. Imprécisions introduites par les paramètres suivants :

A) Imprécisions physiques

Ionosphère(200km)

Satellite situéà 20 000 kmd’altitude

Troposphère(50 km)

Les signaux traversent l ’atmosphère :

Evolution de la couche Ionosphérique dans le temps

Matérialisation de la vapeur d ’eau caractérisant la troposphére

Mais les problèmes pour le signal G.P.S continuent ...

Le signal peut être réfléchi plusieurs fois avant d'atteindre le récepteur

Influence sur la distance parcourue

Géométrie satellitaire :Configuration conduisant à une mauvaise précision

( grande valeur DOP=dilution géométrique de la précision )

Configuration conduisant à une bonne précision

(faibles valeurs DOP)

Évolution de la répartition des satellites en fonction du temps

latitude Nord de l'observateur

longitude Ouest de l'observateur

altitude de l'observateur indicateur de dilution de la précision générale

indicateur de dilution de la précision horizontale

indicateur de dilution de la précision de position

indicateur de dilution de la précision verticale

Figure 1

Faible valeur GDOP = répartition homogène des satellites

Figure 2

Les satellites se rapprochent les uns des autres = valeur GDOP croît

Figure 3

La position des satellites se chevauche = valeur GDOP à son maximum

C) Imprécision introduite par la non synchronisation des horloges

Horloge Satellite

Horloge Récepteur

Précision 10^-9 Précision 10^-6

Non Synchronisation

Coordonnées Géodésiques

C) Erreurs introduites par le calcul des coordonnées localesC) Erreurs introduites par le calcul des coordonnées locales

Le système de coordonnées X , Y, Z

(système de coordonnées géocentriques ECEF)

le système ENU (East, North, Up)

Longitude

Latitude

Altitude

Valeurs Aléatoires suivant le milieu topographique

variation topographique

La terre n ’est pas une sphère

Les valeurs f et N, dépendantes du milieu ne sont pas des constantes

La conversion entre les deux systèmes

est donc source d ’erreur

III ) Comment appréhender ces imprécisions ?

1. Utilisation mathématique

.

Nous pouvons établir une équation prenant en compte ces différentes erreurs :

L’équation fondamentale devient alors :

Inconnues

Aucune Correction

2. Utilisation des horloges atomiques et des données météorologiques et physiques :

a) Ionosphère a) Ionosphère a) Ionosphère a) Ionosphère a) Ionosphère a) Ionosphère a) Ionosphère a) Ionosphère a) Ionosphère

a) Ionosphère

résultat pour la solution exempte de retard ionosphérique

b) Les horloges

B) Les horloges

schéma exempt de retard ionosphérique et d’une synchronisation des horloges quasi-parfaite.

C) La troposphère

logiciels scientifiques de traitement

estimer numériquement le retard

améliorer la précision des mesures GPS verticales

4. Le mode différentiel ou pseudo-différentiel

le mode différentiel

Ci dessous un tableau comparatif normal différentiel en mode SPS pour l'erreur RMS :

 Mode absolu (m)

0 km

à 100km

à 200km

à 500km

à 1000km

à 1500km

erreur RMS

33m2m

2 à 4m

3 à 6 m

10 m

19.7m

23.5m

Dans le futur : G.P.S III et GALILÉO :

• Améliorer la visibilité

• Renforcer la fiabilité du système

• Améliorer les horloges