Du point de vue économique, la Chine se clas-se actuellement au deuxième rang des plusgrandes puissances juste après les États-Unis,qu’elle devrait devancer entre 2020 et 2030,selon l’Organisation mondiale du commerce. LaBanque mondiale a établi la croissance du PIBde la Chine à 7 % en 2013 (avec une moyenne de10 % de 2005 à 2012).

La Chine a fait ses premiers pas dans l’ère spa-tiale, il y a déjà un peu plus de quarante ans. Elleest actuellement en train de concrétiser unambitieux programme aérospatial avec derécentes réalisations, comme le vol spatial dupremier taïkonaute en 2003 et de la premièretaïkonaute en 2012, l’envoi d’une sonde en orbi-te autour de la Lune en 2007, le développementd’une première version d’une station spatialeen 2011 et l’alunissage d’un véhicule mobilerobotisé en décembre 2013 (Harvey, 2013).Dans un proche futur (vers 2020), la Chine lan-cera son propre télescope spatial, enverra desmissions robotisées sur la planète Mars en 2025et ses premiers taïkonautes sur la Lune en 2030,et construira une base lunaire pour 2040. Elleprévoit de plus un premier vol habité sur Marsen 2050 (Guo et Hu, 2010).

Parmi ses nombreux projets, on trouve égale-ment le développement du système de posi-

tionnement par satellite BeiDou, qui signifie enanglais Big Dipper et donc en français « laGrande Ourse ». Notons que le système de posi-tionnement BeiDou est parfois aussi appeléCompass.

Le système de positionnement par satellite chinois BeiDou

Le système BeiDou ou BDS (pour BeiDouNavigation Satellite System) est actuellement enconstruction par la Chine. Il offre déjà, avec sesquatorze satellites opérationnels, un service denavigation complet dans la région de l’Asie-Pacifique, et ce, depuis le 27 novembre 2012(CSNC, 2014). La précision du positionnement(absolu avec les mesures de pseudodistance) dusystème BeiDou est de l’ordre de 10 m pourl’ensemble du territoire chinois et même de

Le système de positionnement parsatellite chinois BeiDou

et la collaboration en géomatiqueentre l’Université Laval et la Central

South University de ChineLa Chine à l’ère spatiale

La Chine compte parmi les plus anciennes civilisations du monde avec plus de5000 ans d’existence. Au fil des millénaires, on y a inventé la fabrication dupapier, l’imprimerie à caractères amovibles, la poudre à canon, la boussole, etc.Avec 1,3 milliard d’habitants, la Chine est le plus populeux pays du monde(20 % de la population mondiale y vit). Troisième pays en superficie (après laRussie et le Canada), le territoire chinois abrite le plus grand barragehydroélectrique du monde (barrage des Trois-Gorges sur la rivière Yangtsé), leplus long réseau de trains à grande vitesse, le plus long métro du monde(Shanghai) et certains des plus grands ponts, gratte-ciel, ports de mer etaéroports du monde.

«Le système BeiDou ouBDS (pour BeiDouNavigation SatelliteSystem) est actuellementen construction par laChine. Il offre déjà, avecses quatorze satellitesopérationnels, un servicede navigation completdans la région de l’Asie-Pacifique, et ce, depuis le27 novembre 2012 (CSNC, 2014).

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GÉOSPATIAL

Rock Santerre, a.-g., ing., Ph. D.

Rock Santerre est professeur de géo-désie et de GPS au Département dessciences géomatiques et membre duCentre de recherche en géomatique(CRG) de l’Université Laval.Courriel : rock.santerre@scg.ulaval.ca

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meilleure précision (environ 5 m) pour leslieux situés près de l’équateur.

Cinq de ces quatorze satellites sont géo-stationnaires (GEO), soit les numéros 1 à 5dans la Figure 1. Cinq autres satellites ontune orbite géosynchrone inclinée (IGSO)qui engendre les trajectoires en forme de« 8 » sur la même figure (numéros 6 à 10).Les satellites avec les numéros 11 à 14(Figure 1) ont des orbites terrestresmoyennes (MEO: Medium Earth Orbit)(Gao et al., 2014). Ces satellites MEO sontsimilaires aux satellites GPS et GLONASS,mais ont des paramètres orbitaux diffé-rents (Tableau 2).

Selon le plan du gouvernement chinois,la constellation complète du systèmeBeiDou sera composée de cinq satellitesGEO, de trois satellites IGSO et de vingt-sept satellites MEO, le tout étant prévud’ici la fin de 2020 (ou peut-être mêmed’ici 2017). BeiDou offrira un service mon-dial de navigation similaire au GPS et auGLONASS (Gao et al., 2014). Notons que lesystème européen Galileo est actuelle-ment composé de quatre satellites et quequatre autres satellites Galileo devraientêtre lancés dans les prochains mois.

Le Tableau 1 présente l’historique deslancements des satellites BeiDou actuelle-ment opérationnels. Les autres para-mètres orbitaux de ces satellites sontcompilés dans le Tableau 2. Ce deuxièmetableau présente aussi une comparaisondes systèmes BeiDou, GPS et GLONASS. Lecontenu du Tableau 2 provient essentielle-

ment de Bhatta (2011), Jing et al. (2014) etdu document officiel ICD BeiDou (CSNO,2012).

Les différences les plus importantes sontles échelles de temps et les référentielsutilisés par ces systèmes GNSS et méritentune discussion plus approfondie.

Les éphémérides transmises sont expri-mées dans trois référentiels différents,mais heureusement, leurs réalisationssont toutes à quelques centimètres prèsde l’ITRF (International TerrestrialReference Frame) (Navipedia, 2013).Cependant, soulignons que la précisiondes éphémérides transmises par ces satel-lites sont de l’ordre de 1 à 2 m (IGS, 2013;Heng et al., 2011; Chen et al., 2013).

Puisque les échelles de temps sont aussidifférentes, on se doit d’estimer un para-

mètre d’horloge du récepteur pour chacu-ne des échelles de temps, même s’il n’y aqu’une seule horloge dans le récepteurGNSS qui sert à effectuer les mesures. Celasignifie que, pour un récepteur GPS, GLO-NASS et BeiDou, il y a six paramètres àestimer pour un positionnement à chaqueépoque avec les mesures de pseudodis-tance : les trois coordonnées du récepteur(antenne) et les trois paramètres d’horlo-ge du récepteur. Dans le futur, les satel-lites GNSS émettront, dans leurs messagesradiodiffusés, les valeurs précises des dif-férences d’échelle de temps et permet-tront ainsi qu’un seul paramètre d’horlogedu récepteur soit à estimer.

Les satellites GNSS diffusent (diffuse-ront) sur trois fréquences près des bandes

GÉOMATIQUE - Volume 41 - Numéro 3 - Automne 2014

Figure 1: La constellation BeiDou actuelleSource: Trimble Planning Software

Tableau 1: Dates de lancement des satellites BeiDou opérationnels et longitudes des satellites enorbites GEO et IGSOSource : http://gpsworld.com/the-almanac/

GEO C1 C2 C3 C4 C5

Longitude 140° E 80° E 111° E 160° E 59° E

Lancement 16 janv. 2010 25 oct. 2012 2 juin 2010 31 oct. 2010 24 févr. 2012

IGSO C6 C7 C8 C9 C10

Longitude 118° E 118° E 118° E 95° E 95° E

Lancement 31 juill. 2010 17 déc. 2010 9 avr. 2011 26 juill. 2011 1er déc. 2011

MEO C11 C12 C13 C14

Lancement 29 avr. 2012 29 avr. 2012 18 sept. 2012 18 sept. 2012

Tableau 2: Comparaison des systèmes BeiDou, GPS et GLONASS

GPS GLONASS BeiDou

Nombre 31 24 14 (5 GEO,de satellites 5 IGSO, 4 MEO)

Nombre nominal 24 24 35 (5 GEO,de satellites 3 IGSO, 27 MEO)

Nombre de plans 6 3 3 (MEO)

Inclinaison plan 55° 65° 55° (MEO et IGSO)

Altitude (km) 20 180 19 100 21 530 (MEO)

Période orbitale 11 h 58 11 h 16 12 h 50 (MEO)

Échelle de temps GPST UTC(USNO) UTC(SU) BDT UTC(NTSC)

Référentiel WGS 84 PZ 90 CGCS 2000

Éléments de Kepler Coord. cartésiennes Éléments de KeplerÉphémérides et leurs variations géocentriques et leurs et leurs variations

temporelles variations temporelles temporelles

Mise à jour toutes les 2 h toutes les 30 min chaque 1 hdes éphémérides

Durée du message 12,5 min 2,5 min 12 min (et 6 min)

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GÉOSPATIAL

des ondes porteuses L1, L2 et L5 GPS. Ladescription des codes et des ondes por-teuses utilisés par les satellites GPS, GLO-NASS et BeiDou se trouve dans leurs docu-ments ICD officiels respectifs (voir la listedes sites internet en référence). D’autrescomparaisons des systèmes GNSS et deleurs utilisations se trouvent sur des sitesinternet fiables tels que Navipedia etMGEX, ainsi que sur les sites internet offi-ciels des systèmes GPS, GLONASS etBeiDou.

Actuellement, la couverture BeiDou estplutôt faible en Amérique du Nord,comme en témoigne la Figure 2 qui illustrela visibilité des satellites BeiDou au-dessusde la ville de Québec pour une période de24 heures. Avec les nouveaux satellitesMEO qui seront lancés dans les prochainsmois et les prochaines années, le nombrede satellites BeiDou disponibles partoutdans le monde augmentera. En 2020 (oupossiblement d’ici 2017), lorsque laconstellation BeiDou sera complétée, onobtiendra les mêmes niveaux de disponi-bilité, de fiabilité et de précision que ceuxactuellement obtenus dans la région del’Asie-Pacifique.

Déjà, plusieurs manufacturiers offrentsur le marché des récepteurs pouvant cap-ter tous les signaux GNSS, y compris ceuxdu système BeiDou. Une liste se trouve surle site www.scg.ulaval.ca/gps-rs/, dans lasection Liens www/BeiDou. Soulignonsque certains téléphones intelligents et cer-taines tablettes offrent également cettepossibilité.

Mentionnons aussi que plus de deux mil-lions de puces (chips) BeiDou ont été ven-dues pendant le premier trimestre de2014 en Chine et que plus de 300 000véhicules sont équipés de récepteurs denavigation automobile BeiDou fabriquéspar vingt manufacturiers chinois (CSNC,2014).

Les conférences BeiDou du CSNC

Du 21 au 23 mai 2014, à Nanjing enChine, a eu lieu la cinquième édition de laChina Satellite Navigation Conference(CSNC). Le thème de la conférence était :BDS Applications – Innovation, Integrationand Sharing.

La série de conférences BeiDou du CSNCoffre une plateforme ouverte pour leséchanges universitaires, qui vise à renfor-cer l’innovation technologique, à promou-voir la coopération et les échanges dans ledomaine de la navigation par satellite et àintensifier les développements scienti-fique et industriel de la navigation parsatellite (CSNC, 2014).

Près de 2000 participants ont assisté àcette conférence d’une durée de troisjours. La première journée a été consacréeà la cérémonie d’ouverture et aux allocu-tions officielles, dont celle de M. RanChengqi, directeur de la China SatelliteNavigation Office. Les présentations tech-niques des deux autres journées se sontdéroulées selon neuf séances parallèles.Les quelque 170 articles, écrits en anglais,sont publiés en trois volumes (formatnumérique) par la maison d’édition

Springer-Verlag. Toutes les présentationsétaient traduites simultanément enanglais (et en chinois pour celles enanglais). La plupart des diapositivesétaient affichées simultanément sur deuxécrans en mandarin et en anglais. Notonsque plusieurs des présentateurs étaientde jeunes chercheuses et chercheurs chi-nois et que l’audience était aussi compo-sée d’étudiantes et d’étudiants universi-taires en provenance de plusieurs univer-sités chinoises, ce qui démontre bien lavitalité de la jeune communauté chinoisepour la navigation par satellite. La diaspo-ra chinoise était bien représentée par lenombre important de chercheurs chinois,en poste à l’étranger, qui ont effectué desprésentations dans le cadre de la confé-rence.

Une exposition commerciale comptant150 kiosques, la plupart de compagnieschinoises, complétait cette conférence.Pour plus de détail sur les conférencesCSNC, on peut consulter le site internetsuivant: http://www.beidou.org/english/index.asp.

La collaboration en géomatiqueentre l’Université Laval et la CentralSouth University

Depuis plus de dix ans, le Départementdes sciences géomatiques de l’UniversitéLaval entretient des liens étroits dans ledomaine de la géomatique (principale-ment en GPS/GNSS) avec la School ofGeosciences and Info-Physics de la CentralSouth University (CSU) à Changsha. La CSUest classée au quinzième rang de toutesles universités de Chine (qui en compteplus de 1100). La ville de Changsha (28°10’ N, 112° 56’ E, H: 60 m) est la capitalede la province du Hunan au centre sud dela Chine. Elle est située à 1500 km au sudde Beijing et à 1000 km au sud-ouest deShanghai. Notons d’ailleurs que la confé-rence BeiDou CSNC aura lieu à Changsha,en 2016.

Les premiers contacts entre l’UniversitéLaval et la Central South University ontdébuté avec le séjour du Dr Jianjun Zhu, de2000 à 2002, à titre de postdoctorant auCentre de recherche en géomatique(CRG), dans le cadre d’un projet GPS duréseau GEOIDE. Dr Zhu occupe présente-ment le poste de vice-doyen de son école

Figure 2: Exemple de visibilité actuelle des satellites BeiDou à QuébecSource: Trimble Planning Software

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et est le directeur de la bibliothèque de la CSU. Il est toujoursactif en recherche dans les domaines du GNSS et du InSAR (télé-détection). Par la suite, Boussaad Akrour, un de nos diplômés audoctorat en GPS, a résidé à la CSU pendant six mois, en 2002 et2003. Comme assistant de recherche, il y donna une série de pré-sentations sur le GPS et initia plusieurs jeunes étudiants diplômésde la CSU à la recherche en GPS.

Plus récemment, l’auteur de cet article a eu l’occasion de visiterla CSU à l’été 2013 (deux semaines) et à l’été 2014 (deux mois).Ce fut l’occasion de renouer les liens, de collaborer à la rédactiond’articles scientifiques, d’effectuer des présentations sur le GNSSaux étudiants de baccalauréat, maîtrise et doctorat, ainsi qued’être invité à titre de conférencier dans d’autres universités chi-noises collaborant avec la CSU, soit le Department of Surveyingand Geo-informatics de la Tongji University de Shanghai et laSchool of Land Science and Geomatics de la China University ofGeosciences à Beijing.

De plus, Dr Zhu a revisité l’Université Laval en août 2014, et uneétudiante de premier cycle de la CSU, Jing Li, a fait un stage auCRG (Laboratoire Regard) pendant la saison estivale. Son stages’effectua dans le domaine de la réalité augmentée, sous lasupervision de la professeure Sylvie Daniel.

La description des autres réalisations et la liste des publicationscommunes entre les deux universités se trouvent dans la sectionRecherche du site internet suivant: www.scg.ulaval.ca/gps-rs/.

Références

Bhatta, B. (2011). Global Navigation Satellite Systems. Ed. CRCPress, 1st Edition.

Chen, L., Jiao, W., Huang, X., Geng, C., Ai, L., Lu, L. and Hu, Z.(2013). Study on Signal-In-Space Errors Calculation Method andStatistical Characterization of BeiDou Navigation Satellite System.China Satellite Navigation Conference (CSNC) 2013, Proceedings,Lecture Notes in Electrical Engineering 243, p. 423-434.

CSNO (China Satellite Navigation Office) (2012). BeiDouNavigation Satellite System Signal in Space Interface ControlDocument (open service signal B1I), version 1.0, December 2012.

Gao, Z., Zhang, H., Zhao, Q., Hu, Z. and Shen, W. (2014). Analyzingthe Impact of Satellite Clock-TGD Coupled Error on BDSPositioning Accuracy. China Satellite Navigation Conference(CSNC) 2014, Proceedings Volume I, Lecture Notes in ElectricalEngineering 303, p. 267-278.

Guo, H. and Wu, J. [Editors] (2010). Space science & technology inChina: A roadmap to 2050, Springer book, 99 p.

Harvey, B. (2013). China in Space – The Great Leap Forward.Springer-Praxis books in space exploration, 399 p.

Heng, L., Gao, G. X., Walter, T. and Enge, P. (2011). StatisticalCharacterization of GLONASS Broadcast Ephemeris Errors.Proceedings of the 24th International Technical Meeting of TheSatellite Division of the Institute of Navigation (ION GNSS 2011),Portland, OR, September 2011, p. 3109-3117.

Jing, Y., Zeng, A. and Xu, T. (2014). Fusion Positioning of BDS/GPSBased on Variance Component Estimation and Its Application forGeodetic Control Network. China Satellite Navigation Conference(CSNC) 2014, Proceedings Volume I, Lecture Notes in ElectricalEngineering 303, p. 115-123.

Sites internet

BeiDou (le site officiel est aussi en anglais) : http://en.beidou.gov.cn/

CSNC 2014: http://www.beidou.org/english/index.asp

Interface Control Document for BeiDou: http://www2.unb.ca/gge/Resources/beidou_icd_english_ver2.0.pdf

MGEX (IGS Multi-GNSS Experiment) : http://igs.org/mgex/

Navipedia (ESA) : http://www.navipedia.net/index.php/Main_Page

Trimble GNSS Planning Software:http://www.trimble.com/GNSSPlanningOnline/#/SatelliteVisibility

Remerciements

L’auteur tient à remercier l’Université Laval et la Central SouthUniversity de Changsha (Hunan, Chine) pour le financement, pen-dant l’été 2014, d’une partie de son année d’études et derecherche 2014-15. 3

GÉOMATIQUE - Volume 41 - Numéro 3 - Automne 2014