cours_GPS

8/8/2019 cours_GPS

http://slidepdf.com/reader/full/coursgps 1/19

Module : Système de Communication Mobile et Satellitaire

Global Positioning System (GPS)

Réalisé par :Bouita MohammedEL Omrani Noureddine

Encadré par :M. R. Britel

Année Universitaire 2002/2003

8/8/2019 cours_GPS


Avant-propos ................................................................................................................ 1

1. Définition ...................................................................................................................... 2

2. Historique ..................................................................................................................... 2Organisation ....................................................................................................................... 2Historique ........................................................................................................................... 2

Objectifs .............................................................................................................................. 3

3. Structure physique ...................................................................................................... 3Le Segment Spatial ............................................................................................................ 3Le Segment de Contrôle ................................................................................................... 4Le Segment Utilisateur ..................................................................................................... 5

4. Principe de fonctionnement ....................................................................................... 6La triangulation ................................................................................................................. 7La mesure de distance ...................................................................................................... 8

La mesure précise du temps ............................................................................................ 9Le positionnement des satellites ................................................................................... 10La correction d’erreurs ................................................................................................... 11

5. GPS différentiel .......................................................................................................... 11Principes de base ............................................................................................................. 11Les différentes sortes de DGPS...................................................................................... 12

6. La navigation GPS ..................................................................................................... 13Les paramètres de navigation ........................................................................................ 13

Les outils de navigation .................................................................................................. 14Les conseils pour une bonne navigation ...................................................................... 15

7. Applications ............................................................................................................... 16

Conclusion................................................................................................................... 17

8/8/2019 cours_GPS


e plus en plus nombreuses sont les personnes qui ressentent la nécessité, dans leurvie professionnelle ou dans leurs loisirs, de connaître leur position géographique

en temps réel. La précision exigée quant à la détermination de cet emplacement varieconsidérablement en fonction de l'objectif recherché, pouvant passer de quelquesdizaines de mètres à quelques millimètres. Ainsi, le transporteur routier ou aérien, lenavigateur, le randonneur, le géomètre ou le forestier n'auront pas les mêmesattentes car leur tolérance quant à l'exactitude de l'information fournie peut différerde manière importante.

Pour répondre aux divers besoins émanants de la multitude des utilisateurs, il existedepuis quelques années un outil capable de leur fournir les indications nécessaires enles situant dans l'espace et dans le temps. Il s'agit de la méthode GPS (GlobalPositioning System), déjà accessible à un large public par le biais de récepteursrelativement bon marchés.Cependant, même si le nombre d'utilisateurs ne cesse de croître, les informations de

base relatives au fonctionnement du système et aux limites d'utilisation sont enrevanche peu connues, pouvant engendrer des risques d'erreur de positionnement.Le but de ce mini projet est donc de présenter brièvement la méthode GPS et sonprincipe de fonctionnement, afin de mieux faire connaître ses atouts mais aussi seslimites.

Ainsi, dans le paragraphe 1 et 2 nous allons nous efforcer d'expliquer le système GPS,son origine, son organisation et ses objectifs, le troisième paragraphe décrit lastructure physique du GPS, le quatrième paragraphe donne le principe defonctionnement du GPS qui est basé sur la méthode de triangulation, le cinquièmeparagraphe est consacré au GPS différentiel, le sixième paragraphe illustre l’apportconsidérable du GPS dans la navigation actuelle. Enfin le septième paragraphe nousabordera plus spécifiquement les utilisations possibles de ce système.

8/8/2019 cours_GPS


Global Positioning System

Mini projet – ENSA de Tanger 2

Le Global Positioning System peut se traduire par Système de Positionnement Général,c'est un système de positionnement par satellites créé par l'armée américaine dans le contextede la Guerre Froide, mais qui très rapidement est apparu sur le marché des civils.Afin de comprendre le contexte de son développement, il faut bien rappeler que c'est une

propriété américaine accessible au monde entier. Actuellement, en utilisant certainestechniques particulières, la précision peut atteindre le mètre, mais dans son utilisationcourante par des non-professionnels, elle est de l'ordre de 50 mètres.

Pourquoi les USA ont ils conçus un tel système ? Le GPS a été développé dans le contexte de la Guerre Froide, et a donc à la base uneutilisation militaire. Les missiles téléguidés avaient parfaitement à l'époque la capacité desuivre exactement un itinéraire précis, cependant pour connaître le point d'impact exact, ilfallait connaître précisément le point de tir.

Or, souvent lancés d'un sous-marin, les missiles ne connaissait pas les coordonnées du pointde départ : le GPS permettait donc de repérer le positionnement du sous-marin et ainsi

augmentait de beaucoup la précision des missiles.Evidemment le GPS pouvait servir également à positionner les installations ennemies,ou à coordonner des déplacements d'armée.

Mais très vite, les américains ont compris l'importance de cet outil pour des applicationsciviles, et ont su intelligemment allier leurs intérêts militaires à leurs intérêts économiques. Cefût le départ de deux orientations: la version militaire et la version civile du GPS.

2.1. OrganisationLe GPS est le résultat d'un projet lancé au début des années 60 aux Etats-Unis appeléNAVSTAR.

Le projet NAVSTAR est coordonné par un bureau interarmée. Le "Joint Programm Office"(JPO) dont le siège est situé à LOS ANGELES dans les locaux de la "Space Division". Cedernier dépend du "System Command" de l'armée de l'air des Etats Unis.

Le JPO est composé des représentants :

– Des armées et agence participant au programme, soit l'US NAVY, l'US ARMY, l'US AIRFORC, les corps des Marines, l'US COEAST GUARDS, l'agence cartographique de ladéfense et le département des transports. Ce dernier est chargé de s'assurer que les intérêts desfuturs utilisateurs civils sont pris en considération.

– Des pays de l'organisation de L'OTAN

Les Etats Unis et l'OTAN ont signé un accord en avril 1978 puis en 1983 un accord decoopération. Il prévoit, entre autre, l'adjonction au JPO d'une équipe de 12 représentants issusdes 9 pays membre de l'organisation occidentale dont la France.

2.2. HistoriqueLe concept NAVSTAR est le résultat d'études entreprises en 1965 par l'armée de l'air et lamarine américaines.Les dates qui ont marquées la réalisation :

1965 Premier concept suite aux recherches du Department of Defense1972 Etudes préliminaires de faisabilité1974 - 79 Validation du modèle

8/8/2019 cours_GPS




1978 - 86 Mise en place de la première constellation de satellites BLOCK I

L'explosion de la navette Chalenger survenue en janvier 1986 a interrompue la procédure delancement, ce qui a entraîné une remise en cause du projet et la décision d'utiliser un lanceurspécifique (DELTA II) pour les prochains satellites.Les lancements ont repris en 1989.

1989 - 94 Mise en place de la deuxième constellation et de ses variantes BLOCK II/IIA/IIR

2.3. ObjectifsA l'origine le GPS a été conçue afin de fournir aux forces armées un système de repérageglobale et de très bonne précision. Les systèmes similaires de l'époque (SATNAV, etc.)n'avait pas la disponibilité et la sécurité requise pour leur exploitation opérationnelle dans lesforces armées.

Cependant s'est très rapidement posé le problème de l'accessibilité du service, en effet denombreuses applications civiles pouvaient vouloir recourir à ce système et il n'était pas

imaginable de laisser le service en libre accès a tout le monde, n'importe quel pays agresseurpouvant alors l'utiliser a son profit. Dés le début les USA voulait s'assurer la maîtrise totalequand a l'exploitation du système GPS, mais ne voulait pas exclure les applications civiles, ona alors imaginer le compromis suivant :

– un service de grande précision réservé au militaire c'est le mode PPS (Precise PositioningSystem)

– un second service aux possibilités dégradées (env. 100M) auquel aurait accès toutepersonne munis d'un récepteur, c'est le mode SPS (Standard Positioning System).

Le succès scientifique et opérationnel du GPS est universel, mais la tutelle du gouvernementdes États-Unis rend le monde entier dépendant d'un seul état.

! ! ! !Le GPS est constitué de 3 parties (cf. figure 2.1) :

→→→→ Le Segment Spatial→→→→ Le Segment de Contrôle→→→→ Le Segment Utilisateur

Figure 2.1

3.1. Le Segment Spatial

Est constituée d'un ensemble de 24 satellites répartis sur 6 plans orbitaux : sur chaque orbitese situent 4 satellites répartis symétriquement. Ces satellites évoluent à une altitude d'environ20 000 Km et mettent environ 12 heures pour effectuer une rotation. Chaque satellite possède

8/8/2019 cours_GPS




un oscillateur qui fournit une fréquence fondamentale de 10,23 MHz calibrée sur des horlogesatomiques. L'émetteur génère deux ondes (L1 et L2) de fréquence respective 1575,42 MHz et1227,60 MHz. Il transmet régulièrement des signaux horaires, la description de l'orbite suivie(éphéméride) et diverses autres informations.

21 satellites + 3 de secours.En tout point de la terre toujours unminimum de 5 satellites visibles.

Position des satellites selon la latitude et longitude :

Répartition de la constellation au dessus de la Terre.

3.2. Le Segment de ContrôleIl s’agit de l’ensemble des bases de contrôle qui suivent chaque seconde la trajectoirede chaque satellite. Elles sont réparties sur différents pays afin qu’au moins une stationcontrôle un satellite donné. La station principale est située sur la Falcon Air Force Basedans le Colorado. Le rôle de ces stations est d’assurer le suivi des satellites, mais ausside leur envoyer les corrections d’erreurs de positionnement. Ceci permet d’augmenterla fiabilité du système en permettant à tout instant de vérifier que les informations généréespar chacun des satellites sont correctes.

8/8/2019 cours_GPS




3.3. Le Segment UtilisateurC’est le plus connu puisqu’il s’agit de l’ensemble des récepteurs GPS utilisés à travers lemonde.De grandes marques se sont spécialisées dans leur fabrication (Magellan, Garmin) dont voiciquelques modèles :

Les variétés sont très importantes car il existe un GPS pour chaque type d’utilisation(randonnée en montagne, suivi d’itinéraire en mer, …).

Un GPS fournit :- Une position- Une vitesse- Un temps

La position est fournit soit en données angulaires (latitude / longitude), soit en données

métriques (grille UTM).

8/8/2019 cours_GPS




Grille UTM (Universal Traverse Mercator) : c’est une projection permettant de mettre à platla surface terrestre en la découpant en carrés de 1 Km de côtés. Ces carrés sont rassemblés enzone, et on peut ainsi se repérer précisément.

Le GPS permet ainsi :- De connaître sa position- De prévoir un itinéraire- De suivre un itinéraire- De mémoriser des points sur une carte

"""" ####Le GPS utilise une technique de mesure de distance unidirectionnelle où le satellite est actif etenvoie continuellement un signal. Le paramètre fondamental de la mesure de distance est letemps, lequel est fourni avec une très grande précision par les oscillateurs des satellites quiassurent une précision de l'ordre de 10-14 seconde.

Du point de vue de sa structure, le signal émis par le satellite peut être séparé en trois parties :– Les ondes porteuses L1 et L2 dont la longueur est d'environ 20 cm ;

– Les codes C/A (Coarse Acquisition) et P (Precise) sont modulés sur les ondes porteusesselon une séquence binaire. Pour le code P, l'élément unitaire correspond environ à 30 m,alors que pour le code C/A, il correspond à environ 300 m ;

– Les informations nécessaires pour calculer la position des satellites.

Figure 4.1 - le signal GPS

En admettant une résolution proportionnelle à la longueur d'onde, ou à l'élément unitaire ducode, les indications ci-dessus montrent que les porteuses donnent des résultats plus précisque les codes. En pratique, on considère qu'un récepteur peut mesurer 1/100 de la longueurd'onde ou du code. Le code P est donc dix fois plus précis que le code C/A, mais il est réservéaux militaires américains.Selon ces caractéristiques, le système GPS offre deux services qui se différencient par laprécision obtenue dans les résultats :

8/8/2019 cours_GPS




– SPS (Standard Position Service) : il a été mis à disposition des utilisateurs civils parl'intermédiaire du code C/A. Il n'occasionnera aucun coût d'utilisation jusqu'en 2005 environ,mais sa précision dépend fortement de la disponibilité sélective (Selective Availability SA).

– PPS (Precise Position Service) : ce service est réservé aux militaires américains et àcertains utilisateurs autorisés par le DoD (Département Of Défense des USA). Les récepteurssont alors équipés d'algorithmes de décryptage permettant d'accéder au code P.

Le mode PPS exploitant pleinement le système pour une précision de moins de 10m et lemode SPS qui utilise une électronique simplifié est en plus soumis a une dégradationvolontaire des signaux satellitaires pour une précision de 100m environs.

L'accès au mode PPS se jouant au niveau électronique du récepteur et des codes decorrections des dégradations satellitaires, les USA s'assurait ainsi la maîtrise totale de l'aspectmilitaire du projet, et faisait un beau cadeau aux civils.

Le mode de repérage utilisé par le GPS s’appui sur le principe de la triangulation, méthodebien connue des physiciens. On peut exposer son fonctionnement en 5 points :

→→→→ La triangulation→→→→ La mesure de distance→→→→ La mesure précise du temps→→→→ Le positionnement des satellites→→→→ La correction d’erreurs

4.1. La triangulation1ère étape :Supposons pour commencer que nous connaissions la distance séparant un satellite d’un

récepteur GPS. Sachant que le satellite a une position X précise et définie dans un espace à 3dimensions, l’ensemble des points possibles où pourrait se situer l’utilisateur du GPS est lasphère de centre le satellite et de rayon la distance connue (cf. schéma 4.2).

Schéma 4.2

2ème étape :En faisant intervenir un 2ème satellite qui connaît la distance le séparant du récepteur, onobtient pour ensemble des points possibles, un cercle, issu de l’intersection des 2 sphères (cf. schéma 4.3).

8/8/2019 cours_GPS




Schéma 4.3

3ème étape :Le raisonnement est identique avec un 3ème satellite : on obtient alors 2 points possibles.Dans notre contexte, l’utilisateur n’est pas un astronaute flottant dans l’espace, donc il setrouve sur la surface terrestre, connaissant cette donnée on peut déduire sa position exacteen éliminant le point donnant un résultat incohérent. (cf. schéma 4.4).

Schéma 4.4

Donc : en théorie 3 satellites suffisent pour connaître la position exacte d’un point sur Terre.Pourtant, nous verrons qu’en pratique il en faut 4…

4.2. La mesure de distanceToute la démonstration précédentereposait sur l’hypothèse que l’onconnaissait exactement la distanceséparant le satellite du récepteur, étudionscomment calculer cette distance. Leprincipe est simple (cf. schéma 4.5) : lesatellite envoie un signal vers le récepteur,celui ci détermine le temps detransmission de ce signal et ainsi peut

déduire la distance le séparant du satellitegrâce à l’équation :

Distance = vitesse × temps

La célérité des ondes transmises estproche de celle de la lumière : 300 000Km/s.

Schéma 4.5

Il reste donc à déterminer le temps de transmission du signal. Pour cela, le récepteur et lesatellite émettent au même moment une trame pseudo-aléatoire identique (appelée ainsi car

elle est générée par des équations très complexe, la rendant ainsi unique).

8/8/2019 cours_GPS




Une fois que cette trame sera reçue par le récepteur, celui-ci pourra la décaler dans le tempsde façon à la faire coïncider avec celle qu’il a généré, la mesure du temps de transmission estdéduite de ce procédé, et ainsi on peut connaître la distance séparant le récepteur du satellite.

Schéma 4.6

Après recherche de superposition de signal, on obtient donc :

Décalage entre le satellite et le récepteur = t

4.3. La mesure précise du tempsPour valider tout le raisonnement qui précède, il faut que la mesure du temps soitextrêmement précise.En effet, si une erreur d’un millième de seconde est faite, cela produit une erreur de position

de 300km !A la vitesse de la lumière, une très grande précision est de rigueur.Les horloges internes des satellites sont très précises car il s’agit d’horloges atomiques auCésium, cependant celles des récepteurs l’est beaucoup moins.

La solution : utiliser un 4ème

satellite... Essayons de comprendre comment 4 mesures imprécises de satellites peuvent donner unemesure précise de positionnement, pour cela ramenons nous à un espace à 2 dimensions car leraisonnement est le même :

Etape n° 1 :Dans un espace 2D, il faudrait 2 satellites pour repérer un point

Le satellite A mesure 4 secondesLe satellite B mesure 6 secondesA l’intersection de ces deux mesures on obtient le point X

Etape n° 2 :Mais les satellites ont commis une erreur d’une seconde...

8/8/2019 cours_GPS




Au lieu de trouver le point X, c’est le point XX qui estcalculé

Etape n° 3 :En utilisant un troisième satellite, sans erreur de mesure...

Le 3ème satellite confirme le résultat des 2 autres

Etape n° 4 :Dans le cas d’une erreur d’une seconde de chaque satellite...

Le 3

ème

satellite permet de définir une zone danslaquelle se trouve le point à trouver

En considérant que l’erreur commise par A, B et C sont les mêmes, il suffit de chercher quellevaleur enlever à chaque mesure (qui correspond à l’erreur commise) pour que les arcs decercle se coupent en un même point.En raisonnant dans un espace 3D, on comprend donc pourquoi il faut recourir à un 4 ème satellite.

4.4. Le positionnement des satellitesTout cela semble donc être parfait et nous permet d’obtenir un positionnement exact,cependant un autre détail est à régler : la position des satellites. Effectivement, pour calculerprécisément la distance séparant un satellite du point à déterminer, il faut que ce dernierconnaisse parfaitement sa position dans l’espace. C’est le rôle des stations de contrôle : Le

satellite renvoie sa position théorique à la station de contrôle, qui calcule alors l’erreur deposition commise par ce dernier afin de lui renvoyer la valeur de cette erreur.

8/8/2019 cours_GPS




Le satellite peut donc informer le récepteur de l’erreur qu’il doit prendre en compte dans sescalculs.

4.5. La correction d’erreursPlusieurs autres sources d’erreurs doivent être prisent en compte afin d’obtenir une mesure

très précise :

Horloge interne du satellite : bien que très précise, elleest tout de même source d’erreur ;Dégradation volontaire : c’est la principale sourced’erreur, elle permet à l’armée américaine de préserverson avantage sur les civils ;Ephémérides : bien qu’une mesure soit rapide, il fautprendre en compte le déplacement des satellites sur leurorbite (les calculs théoriques partent du principe qu’ilest fixe...) ;

Traversée atmosphérique : lorsque le signal traversel’atmosphère il ralentit, provoquant une erreur sur lecalcul de distance ;Réverbération : le signal ne parvient pas toujoursdirectement jusqu’au récepteur, il peut être dévié pardes obstacles, faussant ainsi les calculs (en montagnenotamment) ;Horloge du récepteur : peu fiable qui provoque aussiquelques erreurs.

Les mesures effectuées par le récepteur GPS, dépendent également de la configuration dessatellites : Le facteur à prendre en compte est le GDOP (geometric dilution of precision),variable calculée à partir des angles formés par le point et les satellites

Précision :

Mode SPS (standard) Mode PPS (militaire) Théorie 100 m 30 m

Pratique (dans 95% des cas) 50 m Top secret

$$$$ %#%#%#%#

5.1. Principes de baseDevant les performances variables des systèmes GPS traditionnels et les dégradations(Selective Availability) introduites par le Département Of Défense des USA les constructeursde 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'unrécepteur GPS et d'un ordinateur équipé du logiciel adéquat) dont la position est connue et quiva comparer sa position effective (connue) et les données fournies par le GPS qui lui estconnecté, de la différence des deux positions (effective et GPS) des algorithmes complexesvont déduire le niveau de dégradation des signaux émis par les satellites. La base pourra ainsitransmettre aux GPS de terrains les corrections à apporter aux données reçues des satellites.

8/8/2019 cours_GPS




L'appellation DGPS couvre un ensemble de techniques destinées à améliorer la précision debase du système GPS. Toutes ces techniques sont basées sur le même principe (le différentiel)mais diffèrent par les moyens de mise en œuvre ainsi que par la nature même desinformations auxquelles ce principe est appliqué.

L'idée fondamentale du DGPS est que deux (ou plus) récepteurs observant les mêmessatellites feront des erreurs de mesure d'autant plus semblables que ces récepteurs serontproches. En plaçant un récepteur dit de référence sur une position parfaitement connue, il estpossible d'évaluer non pas cette position à partir des mesures qu'il effectue, mais la valeurthéorique que devraient avoir ces mesures à partir de la position connue, et de les comparerensuite avec les mesures réelles. La différence de ces valeurs donne l'erreur de mesure. Cetteerreur mesurée sur le récepteur de référence peut ensuite servir à corriger les erreurs demesure des récepteurs placés sur des positions inconnues.

Ce principe de mesure différentielle ne corrige bien sûr que les erreurs dues au système lui-même (les satellites étant en orbite à plus de 20 000 Km d'altitude, leurs signaux sont reçusavec les mêmes imperfections par des récepteurs distants de quelques centaines de mètres àquelques centaines de kilomètres, du moins en première approximation). Par contre, leserreurs locales dues aux récepteurs ou à leur environnement direct sont cumulées.

Par ailleurs, ce principe n'est valide que pour des mesures simultanées ou quasi-simultanées,et son efficacité décroît avec l'asynchronisme des mesures. Il y a donc deux facteurs limitatifsde la qualité du DGPS : la décorellation spatiale des erreurs, et leur décorrelation temporelle.Néanmoins, sous sa forme la plus simple, le DGPS permet de ramener la précision du SPS de

100 à quelques mètres, et sous ses formes les plus sophistiquées à quelques millimètres. Cescorrections peuvent s'effectuer en temps différé ou en temps réel : dans le premier cas, lesmesures "brutes" du récepteur de référence et des récepteurs "mobiles" sont enregistrées puistraitées par un logiciel ad hoc ; dans le deuxième cas, les corrections sont calculées "en ligne"et diffusées immédiatement vers les récepteurs mobiles, qui les appliquent avant de calculerleur position avec une précision pouvant varier selon les cas de quelques millimètres àquelques mètres.

5.2. Les différentes sortes de DGPSTout récepteur GPS mesure des pseudo distances, mais il y a plusieurs manières d'effectuercette mesure : la plus simple, employée par tous les récepteurs sans exception, est d'utiliser le

code émis par les satellites et de mesurer une grandeur dénommée "la phase du code". Ladeuxième manière (utilisée de manière complémentaire par les récepteurs de haut de gamme)

8/8/2019 cours_GPS




d'estimer la même pseudo distance est d'utiliser l'onde porteuse et de mesurer une grandeurappelée "la phase de la porteuse". La première méthode donne des résultats non ambigus avecune précision de l'ordre du mètre ; la deuxième permet des résolutions de l'ordre du millimètremais pour des mesures ambiguës à 19 centimètres près.Le principe du GPS différentiel s'applique à ces deux types de mesures, conduisant ainsi à la

classification suivante :

Type demesure

Temps réel / différé

Dénomination Précision Zone de validité

Phase codeTempsdifféré

DGPS ou LADGPS tempsdifféré ou WADGPS tempsdifféré

De < 1 m à ~10 m

De quelques x 10 Kmà quelques x 1000 Km

Phase code Temps réelDGPS ou LADGPS ouWADGPS

De < 1 m à ~10 m

De quelques x 10 Kmà quelques x 1000 Km

Phaseporteuse

Tempsdifféré

Statique ou Rapide Statique ouCinématique

De < 1cm àquelques cm

De quelques Km àquelques x 1000 Km

Phaseporteuse Temps réel Cinématique temps réel

De < 1cm àquelques cm

De quelques Km àquelques x 10 Km

Pour les méthodes utilisant la phase du code, les dénominations DGPS et LADGPS (LocalArea DGPS) recouvrent le même concept. Le WADGPS (Wide Area DGPS) par oppositionest une méthode plus sophistiquée consistant à décomposer les erreurs en composantesdépendantes de la position et en composantes indépendantes de la position, à calculer unmodèle de variation en fonction de la position, et à fournir l'ensemble de cette informationcomposite aux récepteurs. Ceux-ci peuvent alors reconstituer la correction de pseudo distanceapplicable à leur position et l'appliquer. De cette manière, il est possible d'étendre la zone devalidité des corrections à une très large zone.

Pour les méthodes utilisant la phase de la porteuse, la précision indiquée n'est obtenue quelorsque les ambiguïtés de mesures sont résolues d'une manière ou d'une autre. Le "Statique"concerne des récepteurs stationnaires, avec des temps d'occupation des points variant de 30minutes à quelques heures voire quelques jours ; le "Rapide Statique" est une variante danslaquelle les temps d'occupation sont réduits à quelques minutes ; et le "Cinématique" désignele cas où seul le récepteur de référence est stationnaire, le ou les autres récepteurs dits mobilespouvant bouger sans contrainte aucune.

Dans tous les cas, l'utilisation en temps réel suppose la transmission depuis le site de référencevers les mobiles des informations de corrections nécessaires par un moyen radioélectrique ad

hoc, qui devient une composante indispensable du système.

&&&& '(%#'(%#'(%#'(%#Le GPS fournit à l'utilisateur une position instantanée. Ceci permet d'intégrer un certainnombre de fonctions qui vont gérer le déplacement du récepteur dans l'espace et dans letemps. Ces appareils de navigation basés sur le code GPS offrent une panoplie de fonctionspermettant de contrôler le déplacement de l'utilisateur.

6.1. Les paramètres de navigationNous avons vu que le récepteur calcule une position en coordonnées X, Y, Z à un instant t. Sil'on considère une succession d'événements dans le temps, on obtient pour chaque époque unenouvelle position. L'intervalle de temps entre deux époques peut être programmé dans lerécepteur. On choisit en général un intervalle de quelques secondes. Si l'utilisateur se déplace,

8/8/2019 cours_GPS




le récepteur peut construire le vecteur liant 2 points successifs et calculer la direction dedéplacement ainsi que la vitesse. De cette manière, on obtient des informations précieusespour la navigation.

Le récepteur de type Garmin fournit cette information de la manière suivante :

Navigation page=> TRACK: direction de navigation par rapport au Nord géographique=> SPEED: vitesse de déplacement en Km/h ou en Miles/h=> TRIP: trajet horizontal parcouru depuis un point de départ fixé par l'utilisateur=> POSITION: coordonnées actuelles dans la référence choisie=> ALT: altitude

Certains appareils permettent d'enregistrer le trajet parcouru avec une marque de temps pourchaque point. Pour une entreprise devant gérer une flotte de camions ou de bateaux, on peuttransmettre cette information en temps réel, via un moyen de télécommunication, à unecentrale.

6.2. Les outils de navigationLe récepteur GPS ne fournit pas seulement des paramètres de navigation, il permet égalementà l'utilisateur de programmer et de gérer son déplacement. Ceci se fait par l'intermédiaire del'enregistrement de points de destination (way points) ou de routes.Lors de la planification d'un déplacement, on peut lire les coordonnées de points remarquablessur une carte topographique ou marine. Ensuite on stocke ces points dans le récepteur et onpeut définir une route comme une suite de points. Le déplacement entre deux points est àconsidérer comme un segment de droite.

Schéma 6.1 - Les paramètres de navigation

Lorsque l'utilisateur désire se rendre sur un point fixe, il sélectionne une fonction (GOTO) luipermettant d'activer le point choisi. Le récepteur va calculer les éléments géométriques reliantsa position actuelle et le point de destination sélectionné. Si le navigateur se déplace avec unecertaine vitesse, il peut notamment connaître le temps nécessaire pour atteindre son but.

Le récepteur de type Garmin fournit cette information de la manière suivante :

Compass page

=> BRG (bearing): azimut entre la position instantanée et le way point

=> DST: distance horizontale entre la position instantanée et le way point=> TRK: direction de navigation par rapport au Nord géographique

8/8/2019 cours_GPS


8/8/2019 cours_GPS




En navigation maritime ou aérienne, l'ensemble des outils de navigation et dedétermination d'un lieu géométrique sont combinés aux mesures GPS. Les moyenstraditionnels et les techniques acquises en navigation, que se soit à l'aide d'un compas, d'unaltimètre, d'un sondeur ou d'un radar, restent toutefois prépondérantes sur l'utilisation parallèledu GPS.Le GPS n'est donc pas le General Problem Solver et il doit être utilisé à bon escient. Sacombinaison avec d'autres moyens de navigation offre aux utilisateurs une solutionconfortable et plus sécurisante.

)))) Les GPS ou leurs systèmes associés sont utilisés dans de très nombreux systèmes ayant desfinalités diverses :

Systèmes de gestion du temps : les GPS disposant d'une horloge "presque" calée surl'horloge atomique des satellites il arrive d'utiliser des récepteurs GPS pour piloter dessystèmes d'horloges stables (time code dans les studios TV, réseau informatique,...). Le

système DCF basé sur l'horloge atomique de Frankfort en est une alternative mais nefonctionne qu'en Europe de l'ouest.

Systèmes de navigation embarquée : dans les avions, bateaux ou véhicules terrestrepermet une aide à la navigation. Dans les deux premiers cas ce n'est qu'un systèmecomplémentaire aux balises VOR, sondeurs,... Pour les véhicules il existe de très bonnesapplications de calcul d'itinéraires d'aide à la conduite. Au début réservé aux professionnels dela route (chauffeurs routiers) ou aux services d'urgence (pompiers, police,...) ce systèmecommence à apparaître en série sur des véhicules grand public haut de gamme (Renaultscénic, Mercedes,...). Certains randonneurs à pied, a vélo ou à cheval utilisent même le GPS àla place de la boussole!

Systèmes de suivi de flotte : permet, depuis un site central fixe de positionnerautomatiquement une flotte de mobiles sur un écran d'ordinateur. Ce type de système estutilisé pour la gestion de flotte de véhicules de transport urbains (taxi ou bus) ou de véhiculesde secours, ainsi l'opératrice peut envoyer le véhicule le plus proche du client ou du lieu del'intervention. Ce système s'applique tout aussi bien à la gestion de flotte de camions detransport, de véhicules militaires,...

Cartographie numérique : La précision des GPS permet leur utilisation à des fins decartographie numérique soit pour produire des cartes papier traditionnelles soit pour intégrerdes données thématiques à un Système d'Information Géographique (SIG). Les applicationsde SIG sont multiples et correspondent à des besoins très divers.

Analyse/recherche scientifique : instrument de mesure scientifique par excellence il peutêtre utilisé pour surveiller les mouvements de la croûte terrestre, les migrations oudéplacements d'animaux. Il est aussi intégré dans les ballons sondes météorologiques oumicro-fusées expérimentales.

Applications militaires : utilisé à des fins militaires de suivi de flotte conventionnelle oude modélisation numérique du champs de bataille il peut aussi être utilisé pour lepositionnement de missiles balistiques ou de drones. Les États-Unis sont passés maître dansl'utilisation du GPS à des fins de renseignement (unité effectuant des relevés et lestransmettant via modem-radio à un site central). Il s'agit là du "numéric battlefield" de l'an2000.

Cette liste n'est pas exhaustive et peut se compléter en fonction de vos besoins...

8/8/2019 cours_GPS


****

u travers de ce rapport, on a tenté de montrer que le GPS n'est pas simplement unappareil de mesure d'une position sur la Terre, mais qu'il est utilisé dans un grand

nombre d'applications et de domaines d'activité. En effet, la communauté civile atrouvé, dès la mise en place du projet GPS, un intérêt manifeste à développer dessolutions pour le positionnement et la navigation. On retrouve ainsi une quantité deproduits sur le marché, dont l'utilisation correcte requiert quand même un minimumde connaissances techniques. Ces connaissances sont aussi utiles lorsqu'il s'agit de

choisir l'appareil le mieux adapté pour répondre à tel ou tel besoin.

On voit ainsi que le GPS s'impose comme un véritable outil d'aide à la navigationdans de nombreuses applications civiles. Toutefois les responsables sont conscientsqu'ils dépendent d'une administration américaine et ont ainsi développé dessystèmes combinés où l'accent est mis sur le contrôle.

cours_GPS

Documents

Transcript of cours_GPS