Vincent GODARD

Département de Géographie

Université de Paris 8


V.2.2. - Dernière mise à jour : 21/10/2022

Fiche Mémo n°5.2. du cours de Télédétection niveau 2 :

ou

Fiche Mémo n°2.5. du cours de SIG et analyse spatiale :

 

Positionnement par GNSS (Géolocalisation et Navigation par un Système de Satellites) - 2ème partie

 

Rôle et fonctionnement des positionneurs par satellites

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

 

1. Comment ça marche ?

C'est un problème de triangulation (cf. mem21sig.htm)

fig. 1 - Une triangulation spatiale pour calculer sa position


Source : Tutoriel Trimble

 

1.1 Le positionnement

Pour nous localiser, le récepteur doit calculer :

Le récepteur reçoit des données codées :

 

1.2 Le temps

Pour connaître sa position, il faut savoir :

Il faut calculer le temps mis par le signal pour atteindre le récepteur.

La distance qui sépare notre récepteur d'un satellite est :

Distance = Vitesse X Temps de voyage

Vitesse = vitesse de la lumière dans le vide (onde radio = onde électromagnétique => 300 000 kilomètres / seconde) et une petite correction pour la traversée de l'atmosphère ;

Temps de voyage = le récepteur calcule le décalage entre l'heure émise par le satellite et celle du récepteur

 

1.3 Une triangulation dans l'espace

Avec l'azimut, l'élévation et la distance, le récepteur est localisé assez précisément à l'intérieur d'une sphère

celle qui permet de recevoir les signaux du satellite (cf. fig. 2a)

La réception d'un deuxième satellite va permettre d'affiner la position du récepteur par l'intersection de deux sphères

le récepteur est sur le cercle qui matérialise l'intersection des deux sphères (cf. fig. 2b ou fig. 3)

 

fig. 2a-b-c - Une position à l'intersection de sphères

Source : Tutoriel Trimble

La réception d'un troisième satellite va réduire la position possible d'une multitude de points sur un cercle (cf. fig. 2b ou fig. 3)

à deux seulement deux points (cf. fig. 2c)

 

fig. 3 - Quelque part à l'intersection des deux sphères...


Source : Tutoriel Garmin

   

L'ambiguïté sera levé :

parce qu'il nous faut un quatrième satellite (pour le calcul de pseudo-distance par correction de l'horloge interne du GPS)

Parsac nous sommes à la surface de la Terre (cf. fig. 4)

 

fig. 4 - Quand on a les pieds sur Terre, une de ces positions est impossible...


Source : Tutoriel Garmin

  

2. Le GPS et les erreurs

2.1. Les erreurs liées au système

- Le Selective Availability (SA)

* dégradation sélective voulue par l'US DoD

* n'est plus en vigueur depuis le 2 mai 2000 (jusqu'à nouvel ordre)

- sans le SA : 95 % des mesures sont à moins de 40 m de la position estimée

- avec le SA : 95 % des mesures sont à moins de 100 m de la position estimée

fig. 5 - La difficile traversée de l'atmosphère


Source : Tutoriel Trimble

- La traversée de l'ionosphère

* couche ionisée par les rayons solaires, s'étend entre 50 et 1 000 km

* fait varier les mesures de distances de 0 à 50 m

- La traversée de la troposphère

* couche basse de l'atmosphère, s'étend entre 7 et 14 km

* fait varier les mesures de distances de 2 à 30 m

* fonction de la hauteur (élévation) du satellite au dessus de l'horizon

- Les erreurs d'éphémérides

* appellées aussi erreurs d'orbites (inexactitude dans la position envoyée du satellite)

* précision des orbites radio-diffusées

* fait varier les mesures de distances de 0 à 20 m (sans le SA)

 

2.2. Les erreurs liées à l'environnement

- Le multi-trajet : quand l'onde n'est pas directe

* réflexion sur des obstacles

fig. 6 - Bloquage et rebonds du train d'ondes


Source : Tutoriel Garmin

- Le récepteur et ses caractéristiques

* nombre des canaux

* l'antenne de réception

* la qualité de l'horloge

- La Dilution de la précision (DOP)

* géométrie des satellites défavorables (alignés, bas sur l'horizon, ...)

 

Ces erreurs sont partiellement corrigées par la technique de GPS Différentiel DGPS et les modes opératoires

Des informations complémentaires sur le site de Trimble

  

2.3. La correction des erreurs

La correction des erreurs s'obtient en combinant un récepteur GPS et un récepteur GPS différentiel (DGPS).

Des informations complémentaires sur le site de Trimble


fig. 7 - Comment le GPS différentiel marche-t-il ?

DGPS1
Source : Tutoriel Garmin


fig. 8 - Comment le GPS différentiel marche-t-il ?

DGPS1
Source : Tutoriel Garmin


fig. 9 - Comment le GPS différentiel marche-t-il ?

DGPS1
Source : Tutoriel Garmin


fig. 10 - Comment le GPS différentiel marche-t-il ?

DGPS1
Source : Tutoriel Garmin


fig. 11 - Comment le GPS différentiel marche-t-il ?

DGPS1
Source : Tutoriel Garmin


3. 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

Question n°5.1.4. Dans quelle(s) couche(s) la constellation des Navstar des GPS évolue-t-elle :

a) Troposphère

d) Thermosphère

b) Stratosphère

e) Exosphère

c) Mésosphère

f) Ionosphère

Question n°5.1.5. Quelle couche atmosphérique peut être la cause des plus importantes erreurs de positionnement :

a) Troposphère

d) Thermosphère

b) Stratosphère

e) Exosphère

c) Mésosphère

f) Ionosphère


 
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