Vincent GODARD

Département de Géographie

Université de Paris 8


V.2.3.6 - Dernière mise à jour : 18/11/2016

Fiche Mémo n°5.1. du cours de Télédétection niveau 2 :

ou

Fiche Mémo n°2.4. du cours de SIG et analyse spatiale :

 

Positionnement par GPS - 1ère étape

 

Qu'est-ce que c'est ?

Pour répondre à la question : "Où suis-je ?"

Exemple du GPS (Global Positioning System, Système de positionnement à échelle mondiale), mais il y en a d'autres :

- Galileo l'Européen

- GLONASS le Russe

- Beidou le Chinois

 

1. Les formes de la Terre

La géodésie étudie les formes de la Terre

1.1. La géodésie

1.2. Du géoïde à l'ellipsoïde

1.3. Systèmes de référence géodésique

1.4. La notion de coordonnées

On retrouvera tous ces développements dans : la fiche mémo 2.1 du cours de SIG

 

2. Les projections

Notion de canevas traditionnel puis moderne

2.1. Objectifs

2.2. Les deux principaux groupes de projections

On retrouvera tous ces développements dans : la fiche mémo 2.2 du cours de SIG

 

3. Les référentiels géodésiques

Comment se repérer à la surface de la Terre

3.1. Le système géodésique français de référence

3.2. Les systèmes géodésiques locaux en France

3.3. Les systèmes géodésique spatiaux en France

On retrouvera tous ces développements dans : la fiche mémo 2.3 du cours de SIG

 

4. Le système GPS

Des signaux satellitaires pour se repérer à la surface de la Terre

Ou : "Comment passer des étoiles naturelles aux étoiles artificielles pour se repérer, de jour, par temps couvert... ?"

 

4.1. Le système NAVSTAR-GPS

NAVigation System by Timing and Ranging - Global Positioning System

- conçu par l'US Department of Defense (US DoD) en 1970

- 24 satellites à environ 20 000 km d'altitude (I = 55°)

fig. 1 - Une constellation de 31 satellites donc 24 servent en permanence


Source : Tutoriel Garmin

- opérationnel depuis 1993

Le GPS fournit des informations sur :

la position

la vitesse

le temps

 

4.2. Description du système

C'est un système à 3 composantes appelées "segments" :

au sol, deux segments :

- le segment de contrôle ;

- le segment utilisateur.

en l'air, un seul segment :

- le segment espace

fig. 2 - Le "segment" spatial et les "segments" sol et contrôle


Source : Tutoriel Garmin

 

4.2.1. Le segment de contrôle

Le segment de contrôle :

- assure la gestion du système ;

- est basé à Falcon près de Colorado Springs (Colorado) aux États-Unis ;

- comprend également quatre stations de surveillance dispersées sur le globe et survolées par chacun des satellites.

fig. 3 - Poste de contrôle au sol de la station de poursuite d'Hawaï


Source : www.nasa.gov

 

fig. 4 - Où se trouvent les stations de poursuite du segment sol par rapport à la station de contrôle ?


Source : educnet

 

4.2.2. Le segment spatiale

Le segment spatial est composé des satellites NAVSTAR.

NAVSTAR (NAVigation System by Timing and Ranging, système de navigation par repérage de temps et mesurage de distances)

Caractéristique du segment spatial :

- constellation de 31 satellites (durée de vie nominale = 10 ans) ;

- évolution de ces satellites sur 6 plans orbitaux (inclinaison d'environ 55 ° sur l'équateur)

- orbite quasi circulaire à une altitude de 20 000 à 20 500 km;

- révolution de 11 heures 58 minutes 02 secondes, soit un demi jour sidéral.

(Pour que les satellites, vus du sol, reprennent la même position dans le ciel au bout d'un jour sidéral.)

 

Chaque satellite émet des signaux radio de faible puissance,

- sur plusieurs fréquences (désignées L1, L2, etc.) ;

- qui voyage en "ligne de vue", cela signifie :

- qu’ils passent au travers des nuages, du verre et du plastique ;

- qu’ils ne passent pas au travers des bâtiments ou des montagnes.

Pour les récepteurs GPS civils :

- réception de la fréquence L1 sur 1575.42 MHz, bande UHF (bande d’ondes décimétriques).

La fréquence L1 contient deux signaux (dit pseudo-aléatoires) :

- le code Protégé (P-code)

- le code d’acquisition globale (C/A).

Chaque satellite émet un identifiant (code unique)

=> permettant son identification par les récepteurs GPS.

Comme c'est une technologie militaire, pour contrer la manipulation des données du code P, celui-ci est brouillé afin d’éviter les accès non autorisés. Ce système est dit : Anti-spoofing (anti-manipulation de données).

=> qui contient :

- l’orbite du satellite ;

- des informations relatives à heure d'émission fournie par l’horloge atomique embarquée [précises à la nanoseconde (10-6 s)]   ;

- des messages d’état général du satellite ;

- un modèle de délai ionosphérique

 

Pour calculer la distance entre le satellite et le récepteur GPS, on calcule le temps de voyage du signal.

Distance = Temps de trajet * Vitesse de la lumière

 - Le signal se propage à la vitesse de la lumière

- Temps de trajet = comparaison du décalage (déphasage) entre l'horloge du satellite et celle du récepteur

 

4.2.3. Le segment utilisateur

C'est nous avec notre récepteur.

Il existe plusieurs catégories de récepteurs. Ces classements sont fonction des objectifs.

 

4.2.3.1. Le classement classique

Les canadiens du NRCAN les classent en 3 catégories par exemple :

Leurs caractéristiques sont les suivantes => téléchargement du pdf du NRCAN

 La différence repose, entre autres, sur la capacité du récepteur à intégrer des corrections en temps réel.

 

4.2.3.2. Un classement par objectif

Le projet contributif OpenStreetMap propose un autre classement.

Il est fonction de la capacité des récepteurs à restituer des itinéraires. Une revue des "loggers" : http://wiki.openstreetmap.org/wiki/GPS_Reviews

Un exemple d'utilisation est décrit à l'adresse suivante : OpenStreetMap, la base d'un nouveau plan Michelin

 

5. Test de compréhension

Communiquez-moi sur la plateforme Moodle, à la rubrique travaux, les réponses aux questions suivantes :

 

Question n°5.1.1. Parmi les programmes suivants, quels sont ceux qui n'assurent pas une couverture mondiale :

a) Beidou

d) GPS

b) Galileo

e) IRNSS

c) Glonass

f) QZSS

 

Question n°5.1.2. Ce sont les satellites de quelle constellation qui, vus du sol, se retrouvent à la même place dans le ciel après plus de six jours sidéraux :

a) Beidou

d) GPS

b) Galileo

e) IRNSS

c) Glonass

f) QZSS

Question n°5.1.3. Les récepteurs "haut de gamme" permettent des corrections de position en temps réels. Indiquez l'acronyme ou la norme qui vous paraît convenir :

a) USB

d) RTCM

b) Bluetooth

e) RTK

c) NMEA

f) RS232

 

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NB : les mots suivis de "*" font partie du vocabulaire géographique, donc leur définition doit être connue. Faites-vous un glossaire.