TPE G.P.S Présenté par : Alexis PINET Thomas BAUD Vanessa BONI Global Positioning System.
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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
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