Présentation du Système GNSS

Introduction Générale

L’arrivée du premier satellite artificiel a ouvert une nouvelle ère dans le positionnement. En effet l’écoute du signal de Spoutnik par le laboratoire Johns Hopkins Research University a permis grâce à la mesure Doppler du signal, la première restitution d’une orbite d’un satellite et sa prédiction. A contrario, la connaissance de l’orbite d’un satellite permet d’obtenir une position au sol. L’armée américaine a donc fait développer sur ce principe son premier système de radio positionnement appelé TRANSIT. Il a été déclaré opérationnel en 1964 et a disparu en 1985.

En 1973, l’armée américaine lance une étude pour le successeur de TRANSIT. C’est le début de la mise en place du GPS. Ce nouveau système est déclaré opérationnel en 1994. La simplicité d’emploi va permettre le développement d’applications non seulement dans le domaine militaire mais aussi dans le domaine civil. Dès le début des années 1980, les scientifiques explorent le potentiel du système GPS pour du positionnement très précis.

Il est aujourd’hui un outil indispensable pour toutes les applications de précision centimétriques ou subcentimétriques, professionnelles (travaux de géomètres experts, agriculture de précision, conduite d’engin, surveillance d’ouvrage d’art, …) ou scientifiques en géodésie ou géophysique (mise en place de systèmes de références, tectonique des plaques, sismologie, mesure du niveau des mers…)

Sa facilité d’emploi en a aussi fait le principal outil pour des applications grands publics comme la navigation routière ou la randonnée.

Avec le développement de ces applications et pour des raisons stratégiques, les autres puissances mondiales ont cherché à se doter de leur propre système de positionnement par satellite.

GLONASS pour les Russes, mis en place dans les années 1980, laissé en sommeil dans les années 1990 et qui sera à nouveau pleinement opérationnel en 2012 ;

GALILEO pour l’Europe qui sera opérationnel entre 2013 et 2015 ;

BEIDOU/COMPASS pour les chinois qui sera opérationnel entre 2013 et 2015.

Chacun de ces systèmes sera mis en exergue par la suite, Pour ce faire Le présent rapport est structuré en quatre chapitres. Le premier est consacré à la présentation du système GNSS et mode de fonctionnement. Le deuxième chapitre a trait à la description des différents systèmes de positionnement qui composent le GNSS à savoir le GPS, GALILEO et GLONASS

Quant aux erreurs systématiques ayant une influence directe sur la précision de la position, elles seront traitées dans le 3eme chapitre, suivi d’une étude détaillée des corrections à établir pour augmenter la précision et la performance des systèmes de positionnement.

Cela dit notre travail a été focalisé en gros sur les sources d’erreurs susceptibles d’entacher les positions ainsi que les moyens possibles pour remédier à ces erreurs introduites.

CHAPITRE 1

Présentation du Système GNSS

Les systèmes de positionnement par satellites à l’échelle mondiale (Global Navigation Satellite Systems, GNSS) sont aujourd’hui une base indispensable pour de nombreuses tâches menées dans la navigation et la mensuration. A l’heure actuelle, 2 systèmes sont opérationnels :

 le Global Positioning System (GPS) Etats-Unis

 le Global Navigation Satellite System (GLONASS) Russie

D’autres systèmes satellitaires sont en cours de mise en place, notamment le système européen Galileo qui devrait être opérationnel vers 2012 environ. Le système chinois COMPASS devrait lui aussi entrer en service approximativement d’ici là.

On compte également les systèmes dits d’augmentation comme l’européen EGNOS (= European Geostationary Navigation Overlay Service) ou l’américain WAAS (= Wide Area Augmentation System) au rang des systèmes GNSS. Ces systèmes qui envoient des signaux d’intégrité et de correction complémentaires sont essentiellement utilisés dans la navigation aérienne, ainsi que dans la navigation fluviale et maritime.

Un GNSS permet à des récepteurs portables de déterminer leur position sur la terre en longitude latitude et altitude, avec une précision variant de quelques dizaines de mètres à quelques mètres selon les corrections et le temps d’intégration utilisé. Des récepteurs fixes peuvent déterminer leur position avec une précision centimétrique.

1) Principe :

Les principaux systèmes de positionnement reposent aujourd'hui sur plusieurs dizaines de satellites émetteurs spécialisés en orbite et de récepteurs-calculateurs mobiles sur Terre. La réception par le calculateur, d'un minimum de quatre satellites assure un calcul de positionnement précis par trilatération.

Le récepteur, qui peut être au sol ou embarqué sur un véhicule (une automobile, un navire, un avion, etc.), reçoit des signaux en provenance des satellites qui lui permettent de calculer ses coordonnées géographiques y compris l'altitude.

Pour assurer des performances de précision et de sécurité garanties, des signaux supplémentaires sont émis par des satellites ou des balises de correction, appelés systèmes d'augmentation.

Le récepteur est souvent couplé à un calculateur qui détermine le cap à suivre pour rejoindre un point de coordonnées connues ou qui affiche une carte numérique sur un écran.

Le récepteur peut aussi être couplé à un téléphone cellulaire ou satellitaire qui retransmet automatiquement la position du mobile à un central. Ce central peut alors contrôler, gérer ou surveiller le déplacement des mobiles.

2) -Fonctionnement :

Le satellite transmet un signal contenant sa position et l’instant exact d’émission. Ce message est superposé au code qui contient la référence temporelle. La synchronisation des signaux est obtenue par des horloges atomiques à bord de chaque satellite.

Le récepteur compare l’instant d’arrivée vis-à-vis de son horloge propre, avec l’instant d’émission indiqué et mesure ainsi la distance du satellite. Ces mesures sont répétées sur tous les satellites visibles et permettent de calculer une

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