Travailler dans des endroits difficiles

Masques et multitrajets

Dans les zones boisées ou bordées de constructions, il se peut que certains satellites soient masqués et donc inutilisables par le matériel sur le terrain pour établir une position correcte. Il se peut également que ces signaux proviennent des réflexions d’une nappe d’eau, de surfaces vitrées ou métalliques, de montagnes, d’arbres ou de constructions créant des multitrajets qui altère la précision du positionnement.

Masques et multitrajets

Limites de précision du positionnement GPS / GNSS

Plusieurs erreurs naturelles affectent la mesure de distance satellite / récepteur :

• • • • Le biais d’électronique du satellite.
      • L’effet de l’erreur d’orbite.
      • L’effet de l’erreur d’horloge du satellite.
      • L’erreur de position du centre de phase de l’antenne du satellite.
      • L’allongement ionosphérique.
      • L’allongement troposphérique.
      • Les éventuels multi-trajets.
      • L’erreur de position du centre de phase de l’antenne du récepteur mobile.
      • L’effet de l’erreur d’horloge du récepteur.
      • Le biais d’électronique du récepteur.

Parmi toutes ces sources d’erreurs, la réfraction atmosphérique, responsable de l’allongement ionosphérique et troposphérique, ainsi que les erreurs d’orbites sont les plus problématiques, dans la mesure où :

• elles ne peuvent pas être préalablement finement modélisées, (contrairement aux biais d’électroniques ou aux variations de centre de phase des antennes),
• elles ne peuvent pas complètement s’annuler par différentiations multiples.

Les erreurs affectant la précision du positionnement par méthodes GPS / GNSS sont liées :

Origine de ces erreurs :

Pour déterminer la position, le récepteur GPS calcul la distance à laquelle se trouve les satellites au même instant à partir des données de leurs éphémérides et en se basant sur son horloge interne, connaissant précisément la trajectoire que suivent les satellites, le récepteur doit théoriquement utiliser la même heure que ces satellites.

Mais du fait de la désynchronisation de ces horloges et de perturbations dans la propagation des signaux, ce calcul perd en précision (on parle de pseudo-distances).

• • • • le signal est ralenti durant sa traversée de l’atmosphère (ionosphère et troposphère) de manière variable.
      • le signal peut être réfléchi par des éléments au sol (surfaces métalliques, vitrées, bâtiments ect.) avant d’être captées par le récepteur.
      • le signal peut etre bloqué et ne pas parvenir jusqu’au récepteur (masques), dans les villes, à causes d’arbres, de pont, de tunnels etc.
      • à la géométrie des satellites utilisés (PDOP),
      • aux erreurs affectant la mesure de distance entre les différents satellites vus et le récepteur de l’utilisateur.

Pour travailler correctement :

Il faut veiller à :

• • • • avoir les 5 satellites bien répartis 
      • la bonne répartition des satellites dans le ciel 
        
      • soit dans des environnements suffisamment dégagés,
      • soit avec un nombre de satellites suffisamment important,
      • de manière à ce que le récepteur mobile de l’utilisateur puisse choisir les 5 meilleurs satellites utilisables parmi les 24 à 26 satellites classiquement observables en France avec un masque de 10° au-dessus de l’horizon.

Différents satellites

Jusqu’à aujourd’hui, nous utilisions le terme générique GPS pour Global Positionning System pour décrire les différents équipements de géo positionnement.

Toutefois, ce terme est en réalité le nom d’un ensemble de 24 satellites américains placés en orbite à 20 00 km d’altitude. Cette constellation de satellites qui était la première dans l’histoire a donc laissé son nom à la technologie de géo positionnement.

Ces satellites tournent autours de la terre et sont donc en déplacement constant. Pour établir une position, un minimum de 5 satellites est nécessaire.
D’autres constellations de satellites ont ainsi été mises en services par d’autres pays : Glonass pour la Russie, Beidou pour la Chine et plus récemment Galileo pour l’Europe a également été mis en service, toutes sont disponibles en France. L’ensemble de ces constellations est regroupé sous la seule appellation de GNSS pour Global Navigation Satellite System. Ces satellites tournent autours de la terre et sont donc en déplacement constant. Pour établir une position, un minimum de 5 satellites est nécessaire.

La carte du ciel 

La carte du ciel permet de se faire une bonne idée de la répartition des satellites au-dessus de soi et donc potentiellement des problèmes de DOP que l’on pourrait rencontrer.

Exemple d’observation du ciel des constellations GPS et Glonass avec un angle de coupure de 45° comparé à la carte du ciel en Full GNSS avec un angle de coupure de 10°.