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Positionnement par Satellites > Semaine_2: SURVOL DU SYSTÈME DE POSITIONNEMENT GPS > Flashcards

Semaine_2: SURVOL DU SYSTÈME DE POSITIONNEMENT GPS Flashcards

1
Q

Cours en classe: diapositives

A

Cours en classe: diapositives

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2
Q

Composantes du système gps

A
  1. réseau de poursuite:
    - tous les calculs pour prédiction d’orbites,
    - synchronisation des horloges,
    - état des satellites
    - et injections de données (MAJ).
    * * Ne fait que émettre**
  2. Satellites:
    24 satellites (6 plans orbitaux)
    - inclinaison de 55 degrés par rapport à l’équateur (pk?) comme ça ils ne passent pas sur le pole nord ni le pole sud
    -période orbitale de 12h (24h plus tard il est à la même place)
    - altitude avec 20 000km

lien bidirectionnelle entre réseau de poursuite (satellite vers réseau, puis réseaux vers satellites)

  1. Récepteurs:
    Mesure de distance (code et phase)
    -extraction du message (envoi de position)
    -calcul des positions.

unidirectionnel (radio qui capte onde), le récepteur ne fais que recevoir

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3
Q

positionnement absolu par satellites

A

4 sources dans l’espaces (S1..S4).
1. on doit connaitre notre position entre nous et ses satellites (position géodésique, latitude longitude)
2. on doit connaitre leur positions dans l’espace.
3. triangulation.
5. besoin de synchronisation gps de son horloge dT à l’aide du 4e satellites
6. minimum requis est donc recepteur et 4 satellites
(S1,S2,S3,S4 et P1_1, P2_1, P3_1, P4_1).

nos cellulaires

ppp = précise point positioning

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4
Q

Positionnement relatif par satellites

A

données SIMULTANÉE des deux récepteurs.

  1. On connait la position du premier repecteur
  2. on connait la différence entre les 2 recepteurs (vecteurs) (RTK)

en mode relatif la distance entre les 2 recepteur peut être de 4 000 km

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5
Q

période de 11h58

A

si on prend photo à cette heure-ci, demain mais 4 minutes de moins (pcq 2 mins x2 pour 12h) on aura la même distribution dans le ciel 4 heure en moins.

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6
Q

on parle de “PSEUDODISTANCE

A

les effets comme le passe de l’onde dans l’iosphère et stratosphère perturbe le signal et la désynchronisation entre les récepteurs peuvent influencer la distance retournée.

déphasage, on sait que c’est parti à telle heure, on sait que c’est arrivée à telle heure, ca la prit 0.17 secondes, mnt avec vitesse de la lumiere on connait “distance”

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7
Q

le réseau de poursuite

A

il prédit c’est la position orbitale des satellites pour les 2 prochaines heures. grace aux informations reçues.

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8
Q

finalitée du reseau de poursuite civil

A

approche plus scientifiques, ils utilisent d’autres phénomènes comme la rotation de la terre et effectue des prédictions calculées précises.

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9
Q

Principaux produits des IGS (réseau de poursuite civil)

A
  • a des fins de comparaisons (de prédiction/ données)
  • le ultra-rapid effectue des prédictions à partir d’observations, mais dans un lapse de 48h, correlation: plus loin dans le temps devient moins précis, mais précision de 3cm.
  • real-time en temps réel 6-80 s
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10
Q

referentiel

A

WGS84

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11
Q

IGS (rapid)

A

sont referentiel est dans le ITRF (dont le dernier qui est le ITRFS2014, équivalent du IGS14)

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12
Q

systèmes de GPS (Glonass, galileo et BeiDou)

A
  • leo (lower earth orbit)

- acces gps sur terre, sur mer, dans les airs et dans l’espace

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13
Q

restriction du GPS (GNSS)

A

systèmes militaire et ou civil: pcq leurs ondes radio ne se propagent pas dans l’eau ni sous terre.

Les obstructions (obstacles) attenuent ou absorbent les ondes radio. 
un autre exemple, la foret (ondes coupées par les feuilles)
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14
Q

Coordonnées 3D

A

temps
vitesse (accélération)
Attitude (orientation, un peu comme plateforme inertielle)

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15
Q

navigation en cinématique

A

continuellement (comme voiture)

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16
Q

fréquence 1 gigahertz

A

influencé par l’effet doppler puisque le satellite bouge en meme temps d’émettre sa fréquence. Sa fréquence est au plus bas que lorsqu’il passe au dessus de notre tete

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17
Q

post-traitement

A

obtient données mnt et je transmet plus tard

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18
Q

VOIR DISPONOBILITÉ SELECTIVE

A

VOIR DISPONOBILITÉ SELECTIVE 1.17

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19
Q

dgps ( relatif, donc 2 ou plus recepteurs)

A

correction différentielle entre la premier mesure observée et la mesures théorique pour le premier récepteur et je donne cette correction au deuxième récepteur pour améliorer leur position

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20
Q

toute la même fréquence, mais pas le meme code

A

PN (pseudo randon noise). le recepteur au sol reçoit bcp d’ondes de plusieurs satellites. sachant de quel satellites il vient il va en choisir la fréquence de cuilui-la (le code).

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21
Q

système russe différence avec les autres

A

des satellites opposées qui émettent sur la même fréquence. technique de propagations différentes, plusieurs fréquence alors que les autres beaucoup d’information sur 1 seule fréquence dont l’identifiant du satellite

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22
Q

FDMA, CDMA?

A

multi-fréquence

23
Q

distinction rtk et rtn

A

.

24
Q

.

A

.

25
Q

NOTES DE COURS

A

NOTES DE COURS

26
Q

Premier système de navigation par satellites

A

en 1960 un système de navigation par
satellites (couramment appelé système Transit) était déjà exploité par la Marine américaine.

le système de positionnement GPS a été conçu par le Département de la Défense des
États-Unis au début des années 1970.

27
Q

Les Composantes du système GPS

1- la composante spatiale: SATELLITES

A

1- la composante spatiale:
-réseau de 24 satellites

  • (6 plans orbitaux, 6 gros cercles autour de la terre)
  • période orbitale de 12 h (ils repassent au même endroit chaque 12h) cela permet à des utilisateurs éloignée de capter les signaux des mêmes satellites.
  • altitude de 20 000 km (3 fois le rayon de la terre)
  • Inclinaison de 55° par rapport à l’équateur, ce qui fait qu’ils ne “voient” presque pas le pole nord ni le pole sud et que la majorité de leur vision de concentre sur les zones “habitables” du globe
28
Q

Les Composantes du système GPS
2-la composante de contrôle formée
de RÉSEAU DE POURSUITE AU SOL.

A

2-la composante de contrôle formée
de RÉSEAU DE POURSUITE AU SOL:

-Première fonction: Calculer la trajectoire des satellites GPS et d’estimer les erreurs de temps des horloges à bord des satellites. Les stations de poursuites sont équipées de récepteur GPS stationnées sur des points géodésiques dont les points sont connues.

les observations recueillies permettent de calculer la position des satellites et de calculer des corrections aux HORLOGES À BORD DES SATELLITES. cette information est capté par les satellites et rediffusée aux utilisateurs par les satellites eux-même.

  • Prédiction des orbites
  • Synchronisation des horloges
  • Injection des données
  • Surveillance de l’état des satellites
29
Q

Les Composantes du système GPS

3-La composante utilisateur qui comprend les récepteurs.

A

Récepteurs:

IMPORTANT
Les récepteurs sont que passif (recevoir des signaux). Ils mesurent les distances entre l’antenne-réceptrice et les satellites-émetteurs. Ils décodent les messages radiodiffusé qui contiennent les correction d’horloges des satellites et les éphémérides (?!?!) servant au calcul de la position des satellites au temps d’observation. finalement le calcul de l’observateur.
IMPORTANT

  • mesures de distances (code et phase)
  • Extraction du message
  • Calcul des positions
30
Q

Potentiel d’utilisation

A

ce que le SYSTÈME GPS permet de faire:

1- Calculer la position 3d (latitude, longitude et altitude) d’un utilisateur, de manière continue et instantanée.

2- si récepteur GPS est mobile, sa vitesse et la direction de son mouvement peuvent être également déterminées.

3- le système GPS fournit de l’information temporelle qu’un utilisateur peut associer un indicateur de temps à toutes les informations qui sont recueillis ou à tous les événement qui se produisent LORS DE LEVÉS-TERRAIN.

31
Q

Observations GPS

A

satellites NAVSTAR : Blocs 1, bloc 2, bloc 2A et 2R.

-transmission de leur informations sur 2 ondes soit: L1 à 1.6 GHz et L2 à 1.2 GHz.
leur longueur d’onde sont de 19 et 24 cm respectivement.

-GHz = 10^9 Hz

**L1 est modulé par 2 codes et 1 messages contenant des éphémérides, ces codes sont: le CODE A/C (clear/ access) et le CODE P (Precise ou Protected ).

de nos jours le code P est devenu CRYPTÉ et s’appelle le code Y**

32
Q

Satellites NAVSTAR;
première onde porteuse sur 2
Code L1: 2 codes 1 message, longueur d’onde 19 cm

A

L1 est modulé par 2 codes et 1 messages contenant des éphémérides, ces codes sont: le CODE A/C (clear/ access) et le CODE P (Precise ou Protected ).

de nos jours le code P est devenu CRYPTÉ et s’appelle le code Y

33
Q

Satellites NAVSTAR;
deuxième onde porteuse sur 2
Code L2: pas de codes, mais plutôt des fréquence et séquence régies par des horloges atomiques à bord des satellites

A

L2 est modulé par des fréquence et séquence de code régi par les horloges atomiques des satellites.

34
Q

1-Nouvelle génération de satellites, bloc 2R-M

2-satellites 2F

3- Satellites bloc 3

A

1-Diffusion sur onde porteuse L1 et L2 et le nouveau code civil (L2C) transmis sur L2. cela permet la correction des effets IONOSPHÉRIQUES.

2- transmission d’une nouvelle onde porteuse, le L5 (longueur d’onde de 25 cm) modulé par 2 nouveaux codes civils (I5 et Q5)

3- ils vont transmettre d’ici 2023 un nouveau code civil (L1C) sur L1

35
Q

LES OBSTRUCTIONS

A

en raison de la FRÉQUENCE DES ONDES PORTEUSE, les signaux GPS sont atténués par des obstructions comme les édifices et etc…une solution reste les récepteurs et antennes à haute sensibilité et de services A-GPS (Assited GPS).

A-GPS permet à un récepteur gps de recevoir les messages satellites via un cellulaire (provenant d’un lieu dégagé). ce qui permet un intégration des mesures de PSEUDODISTANCE sur un long intervalle. cela à pour effet d’atténuer la reception des signaux atténués par les obstructions.

36
Q

Les types d’observations possible sur GPS

A

1- Pseudodistance

2- les mesures de phase et d’onde porteuse

3- Les mesures de fréquence doppler

37
Q

Pseudodistance

A

La mesure de pseudodistance est une mesure de temps de propagation requis pour qu’une marque horaire transmise par un satellite atteigne le récepteur sur Terre.

Les MARQUES HORAIRES sont codé sur les ondes porteuse avec la technique de modulation de phase.

38
Q

Pseudodistance (suite)

comment le récepteur réussi à reconnaitre le satellite observé?

A

Pour que le récepteur réussisse à reconnaître le satellite observé.

1-chaque satellite transmet un code qui lui est propre.

2-une copie de la séquence du code et générée par le récepteur en même temps

3- il y a un décalage entre la réplique et le code, ce décalage doit faire coïncider les deux codes et cela correspond au temps de propagation que prend le signal pour parcourir la distance satellite-récepteur. cette mesure de DIFFÉRENCE DE TEMPS est multiplié par la vitesse de la lumière dans le vide et nous donne une mesure de distance.

sources d’erreurs: cette mesure est affecté par la propagation de l’onde dans l’atmosphère et les erreur de synchronisation entre les horloges du satellites et recepteurs.

ex: une erreur de 1/ 1000 de secondes représente une erreur de distance de 300 km

pour ces raisons il s’agit d’une pseudodistance.

39
Q

Pseudodistance (suite)

l’ordre de grandeur et la résolution de la mesure pseudodistance.

QUESTION POUR PROF ICI 1.3

A

l’ordre de grandeur de la mesure de pseudodistance effectué avec le code A/C est de plus ou moins 3m.

l’ordre de grandeur de la mesure de pseudodistance effectué avec le code P(Y) est de plus ou moins 0.3m

mais certains récepteur permettent des précision des codes A/C aussi précise que ceux du code P(Y).

il y a aussi les erreur de:

  • erreur d’horloge
  • erreur d’orbite
  • erreur de réfraction ionosphérique

AVANTAGE DU CODE P(Y) elle peuvent être corrigées pour le délai ionosphérique, mais pk?

PCQ le code P(Y) est transmis sur les 2 ondes porteuse de fréquence différente.

(demander, si le code P est vrmt transmis sur L1 et L2??)

40
Q

le code P

A

le code P est devenu le Code Y auquel on a ajouté un code secret W

donc le code P est mnt (Y=P+W) et puisque la séquence de ce code n’est pas connu au complet ce qui le protège contre le spoofing ou brouillage.

41
Q

la mesure de la phase d’onde

A

comparer l’onde reçu au récepteur avec l’onde généré par le récepteur.

Cette différence de phase oscille entre 0 et 2pi

Cette mesure de phase peut être converti en mesure de distance, car on connait la longueur d’onde (lambda).

Par exemple la longueur ENTIÈRE dans la distance récepteur-satellite n’est pas mesurable par le
récepteur. Cette inconnue est appelée l’ambiguïté de phase initiale.

le récepteur compte le nombre de cycle depuis “l’époque/ ou le temps d’observation initiale”

42
Q

Les interruptions

A

les interruptions provoquent des sauts de cycles et sont surtout causé par les obstructions, entre les satellites et récepteur.

43
Q

la mesure de phase

A

La mesure de phase peut être interprétée comme une mesure précise de la variation de la distance récepteursatellite depuis l’époque initiale.

Si l’ambiguïté de phase initiale peut être résolue, la mesure de phase ainsi corrigée représente une mesure précise de la distance récepteur-satellite. La résolution d’une mesure de phase est de quelques millimètres.

44
Q

Combinaison de mesure de phase

A

la combinaison des mesures de phase entre les porteuses L2 et L5 permettra de créer
un signal hybride dont la longueur d’onde résultante sera de 5.9 m (bande extra-large). cela facilite la résolution des ambiguïtés de phase sur de longs vecteurs.

La combinaison actuelle des mesures de phase entre les porteuses L1 et L2 permet de créer un signal hybride dont la longueur d’onde est de 86 cm (bande large).

45
Q

La mesure de fréquence Doppler

A

C’est la différence entre la fréquence reçue et la fréquence nominale de transmission causée par le mouvement relatif entre le satellite et le récepteur (que quand il est au dessus de notre tête qu’il n’y a pas cet effet right?)

Utilité?
Cette mesure est utilisé pour déterminer la vitesse instantanée de récepteur mobile et pour détecter et corriger les sauts de cycles qui sont peut-être présent dans les mesure de phases.

46
Q

géométrie du positionnement

A

il est basé sur le principe de la trilatération spatiale (mais en tenant aussi en compte de l’erreur d’horloge du récepteur).

en positionnement spatial, nous devons faire 3 cercle avec la distance depuis notre point inconnu jusqu’aux points connus (satellites). nous effectuons donc 3 mesures de distance vers ces 3 points connus.

la position de ces satellites sont connu en raison des éphémérides.

Dans la pratique, puisque nos mesures de distance sont affectées par les erreurs d’horloge, une mesure de distance simultanée sur un quatrième satellite permet de résoudre les 4 inconnues que sont les coordonnées tridimensionnelles et l’erreur
d’horloge du récepteur. L’erreur d’horloge du satellite est corrigée à l’aide des termes correctifs
transmis dans le message radiodiffusé par les satellites eux-mêmes. Si plus de 4 satellites sont
observés, la précision et la fiabilité du positionnement sont plus élevées.

Cette position est
référencée par rapport à un système de coordonnées géocentrique.

si les cercles à partir des satellites se font à partir d’angles trop aigues ou trop obtus cela peut compromettre la qualité des mesures.

47
Q

le système de coordonnée du GPS

A

les coordonnées tridimensionnelles sont obtenues dans le système de référence géodésique utilisé pour le calcul des position des satellites. le WGS84

48
Q

Altitude du système GPS

A

altitude géodésique (depuis l’ellipsoide jusqu’en haut) et non par rapport au géoide.

49
Q

la géométrie des satellites

A

-Des satellites bien répartis dans le ciel
(bonne géométrie) représente une situation préférable.

-Les satellites se retrouvent tous
dans une même portion du ciel (faible géométrie).

50
Q

Geometrical Dilution Of Precision)

A

La dégradation de précision géométrique GDOP est un paramètre qui permet de quantifier l’impact de la configuration des satellites.

Ce paramètre indique dans quelle proportion
les erreurs de mesures de distance se propagent dans les inconnues à résoudre (coordonnées et
paramètre d’horloge).

Le facteur GDOP indique l’effet de la configuration des satellites sur la précision du positionnement instantané.

51
Q

le facteur GDOP (suite)

A

le facteur peut être segmenté en trois composantes soit:

1- La Position tridimensionnelle (PDOP)

2- La composante Horizontale (HDOP)

3- La composante Verticale (VDOP)

Un almanach est un sous-ensemble des
paramètres des éphémérides mais moins précis que ces dernières.

Chacun des satellites transmet
ses propres éphémérides et les almanachs de tous les satellites de la constellation.

52
Q

Précision du positionnement GPS

POSITIONNEMENT ABSOLU

A

se fait à partir d’un seul récepteur, elle s’appelle absolue car seule les observations provenant d’un seul récepteur sont retenus pour son positionnement.

la précision théorique de celle-ci est de 10 m.

53
Q

la précision du positionnement absolu et PPP

A

la précision du positionnement absolu est de l’ordre
de quelques décimètres. Quelques services en ligne sont offerts via Internet et permettent de
traiter (en temps différé ou en temps réel) des données en mode PPP (Precise Point Positioning
ou Positionnement Ponctuel Précis).

Positionnement par Satellites (7 decks)

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