Differential global positioning system - Définition et Explications

Source: Wikipédia sous licence CC-BY-SA 3.0.
La liste des auteurs est disponible ici.

Le DGPS (Differential Global Positioning System) est une amélioration du GPS. Il utilise un réseau de stations fixes de référence qui transmet l’écart entre les positions indiquées par les satellites et leurs positions réelles connues. En fait le récepteur reçoit la différence entre les pseudo-distances mesurées par les satellites et les véritables pseudo-distances et peut ainsi corriger ses mesures de positions.

Le terme DGPS peut s’appliquer aussi bien à la technique elle-même qu’à des implémentations qui l’utilisent. Par exemple le WAAS de la FAA utilise des techniques différentielles pour améliorer la précision, elles transmettent les corrections par satellite (Satellite peut faire référence à :) sur la bande L. Parmi les autres exemples de systèmes similaires on trouve le système européen de complément à la navigation (La navigation est la science et l'ensemble des techniques qui permettent de :) géostationnaire EGNOS, le système japonais MTSAT, le service de correction DGPS canadien et les systèmes commerciaux StarFire et OmniSTAR.

Ce terme s’applique aussi souvent de façon spécifique à des systèmes qui re-transmettent des corrections à partir de balises au sol de plus courte portée. Par exemple les gardes-côtes des États-Unis d’Amérique, l'USCG, utilise un tel système aux États-Unis et au Canada en grandes ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) entre 285kHz et 325 kHz. Ces fréquences sont communément utilisées pour la radio en mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.), et sont diffusées près des principales voies navigables et des ports. L’Australie utilise un service similaire pour la navigation terrestre et aérienne, leur signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés...) est transmis par des stations radio AM (En Europe, les radios publiques et commerciales émettent en AM en ondes longues (OL ou GO ou LW de 150 kHz - 281 kHz), moyennes (OM ou PO ou MW de 520 kHz - 1 620 kHz) et courtes (OC ou SW...) commerciales.

Histoire

Au début de la mise en service du GPS, l’armée américaine s’est préoccupée de la possibilité que des forces ennemies utilisent les signaux GPS disponibles dans le monde (Le mot monde peut désigner :) entier pour guider leurs propres armes. Pour éviter ceci le signal principal fut délibérément dégradé en décalant son signal d’horloge d’une quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur...) aléatoire équivalent à une distance d’environ 100 mètres. Un guidage plus précis était possible mais seulement pour des utilisateurs possédant les clés de décryptage adéquates. Connu sous le nom de disponibilité (La disponibilité d'un équipement ou d'un système est une mesure de performance qu'on obtient en divisant la durée durant laquelle ledit équipement ou système est...) sélective ou SA (Selective Availabilty), ce système diminua sérieusement l’utilité du signal GPS pour les civils

Ceci présenta un problème pour les agences civiles qui utilisaient différents systèmes de navigation radio tel que LORAN pour la navigation maritime (La navigation maritime concerne toute les activités humaines de circulation sur les mers et océans. On parle de navigation hauturière lorsque le navire navigue en...) ou VOR et NDB pour la navigation aérienne (La navigation aérienne est l'ensemble des techniques permettant à un pilote d'aéronef de maitriser ses déplacements. En général, cette route débute et se termine sur un aérodrome.). Pour faire fonctionner ces systèmes il en coûtait des millions de dollars par an, or ils pouvaient être remplacés à peu de frais par des systèmes basés sur le GPS. Cependant la précision offerte avec le SA actif était simplement trop mauvaise pour envisager raisonnablement ce remplacement. La solution la plus simple était simplement de désactiver SA, mais l’armée rejeta les demandes des différentes agences (particulièrement celles de la FAA, de l' USCG, et du DOT) pour raison de sécurité.

Durant la première moitié des années 80, plusieurs agences imaginèrent une solution au problème du SA. Étant donné que le signal SA n’était pas changé trop fréquemment, l’effet du décalage sur le positionnement (On peut définir le positionnement comme un choix stratégique qui cherche à donner à une offre (produit, marque ou enseigne) une position crédible, différente et attractive au sein d’un marché et dans...) était relativement fixe – c'est-à-dire si le décalage était de " 100 mètres à l’est ", ce décalage serait uniforme sur une zone relativement vaste. D’où l’idée qu’en transmettant ce décalage aux récepteurs GPS de la zone, on pourrait éliminer les effets du SA, ce qui aurait pour résultat d’obtenir des mesures proches des performances théoriques du GPS, environ 15 mètres. De plus une autre source d’erreurs importante dans une position donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) par GPS due aux délais de transmission dans l' ionosphère (L’ionosphère est une région de l'atmosphère située entre la mésosphère et la magnétosphère, c'est-à-dire entre 60 et 800 km d'altitude. Elle est constituée de gaz fortement ionisé à très faible...) pouvait aussi être mesurée et corrigée en l'émettant de même aux récepteurs GPS. Ceci permit une amélioration de la précision d’environ 5 mètres, ce qui était plus que suffisant pour les besoins civils.

Les gardes-côtes américains furent parmi les partisans les plus combatifs du DGPS, ils expérimentèrent le système de façon de plus en plus poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air brassé par un moteur, dans le sens inverse de l'avancement.) au cours des dernières années 1980 et des premières années 1990. Ces signaux sont diffusés en grandes ondes sur les fréquences maritimes et pourraient être reçus sur les radio téléphones existants et entrés dans des récepteurs GPS équipés de façon adéquate. Les principaux revendeurs de GPS proposaient des appareils pourvus d’entrées DGPS, non seulement pour les signaux USGC, mais aussi des appareils destinés à la navigation aérienne recevant ces signaux sur modulation de fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps....) ou sur des bandes de fréquences commerciales à modulation d’amplitude.

Ils commencèrent par envoyer des signaux DGPS de qualité de façon limitée en 1996 et étendirent le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud...) jusqu’à couvrir la plupart des ports d’escale, ainsi que la route (Le mot « route » dérive du latin (via) rupta, littéralement « voie brisée », c'est-à-dire creusée dans la roche, pour ouvrir le chemin.) maritime du Saint Laurent en partenariat avec les gardes-côtes canadiens. Des plans furent élaborés pour étendre le système à l’ensemble des États-Unis, mais ceci n’allait pas être facile. La qualité des corrections DGPS diminuait avec l’éloignement et la plupart des émetteurs importants sont généralement regroupés près des villes. Ce qui signifiait que la couverture par des balises GPS au sol serait faible dans les zones faiblement peuplées, notamment dans le midwest.

Au contraire la FAA (et d’autres agences) commencèrent des études pour diffuser les signaux dans tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) l’hémisphère à partir de satellites de communications en orbite géostationnaire (L'orbite géostationnaire, abrégée GEO (geostationary orbit), parfois appelée orbite de Clarke, est une orbite située à 35 786 km d'altitude au-dessus de...). Ceci conduisit à la création de WAAS et à des systèmes similaires, bien que le terme DGPS ne s’applique généralement pas à ces systèmes. WAAS offre une précision semblable à celle des réseaux DGPS au sol de l’ USCG et la question de savoir si ces derniers seront désactivés au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île couvre une superficie de 22 km². Elle est située...) et à mesure que WAAS devient complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la quantité...) opérationnel fait l’objet de débats.

Dès le milieu des années 1990 il était clair que le SA n’avait plus d’utilité pour jouer le rôle qui lui était dévolu. Le DGPS allait le rendre inefficace aux États-Unis, précisément là où on considérait qu’on en avait le plus besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires, les besoins secondaires...). De plus l’expérience durant la deuxième Guerre du Golfe (Un golfe (italien golfo, grec kolpos, pli) est une partie de mer avancée dans les terres, en général selon une large courbure.) démontra que l’utilisation généralisée de récepteurs civils par les militaires nuisait apparemment davantage à leurs propres troupes que si le SA était désactivé. Après avoir subi des pressions pendant de nombreuses années les opérateurs du GPS acceptèrent de désactiver SA de façon permanente en l’an 2000.

Cependant à ce stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement...) le DGPS s’était transformé en un système fournissant une précision supérieure à celle que même une signal GPS SA désactivé pouvait fournir à lui seul. Il y a plusieurs autres sources d’erreur qui partagent les mêmes caractéristiques que SA en ce sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant...) qu’elles sont identiques sur de vastes zones pendant une durée raisonnable. Parmi ces sources d’erreur on compte les effets ionosphériques mentionnés plus tôt ainsi des erreurs dans les données éphémérides de position transmises par satellite (Satellite peut faire référence à :) et le décalage d’horloge des satellites. Selon la somme de données envoyées dans le signal de correction du DGPS, la correction de ces effets peut réduire l’erreur de façon significative, les meilleures implémentations offrant des précisions de moins de 10 cm.

En plus des déploiements continuels des systèmes des USCG et de systèmes sponsorisés par la FAA, de nombreux revendeurs ont crée des services DGPS commerciaux qui vendent leur signal (ou des récepteurs pour ce signal) à des utilisateurs qui ont besoin d’une meilleure précision que la précision nominale de 15 mètres fournie par le GPS. Tous les GPS commerciaux, même les GPS portables proposent maintenant des entrées pour données DGPS et nombreux sont ceux qui supportent WAAS directement. Dans une certaine mesure le " DGPS " fait maintenant naturellement partie des applications GPS.

Principe de fonctionnement du DGPS

Le DGPS repose sur des procédés différentiels. En effet, le positionnement que l'on désire déterminer, sera en relation directe avec le positionnemnt de la station référence. De ce fait, les erreurs communes aux deux points d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) seront éliminées par de simples techniques différentiels: différences simples, doubles, triples. Mais avant toute chose, on va expliciter les erreurs de positionnement:

Types d'erreurs

  • erreurs dues au decalage d'horloge : L’erreur de synchronisation est une erreur due a une mauvaise corrélation temporelle entre l’horloge du récepteur et l’horloge du satellite
  • éphémérides : Les éphémérides chargées depuis le sol et diffusées par le satellite sont imparfaites
  • effets relativistes : les horloges de précision situées au sol d’une part et sur les satellites orbitant autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la...) sont soumises à des comportements différents
  • erreur ionosphérique : relatif au trajet dans la couche ionosphérique.
  • erreur troposphérique : relatif au trajet dans la couche troposphérique.

La simple différence

En observant simultanément le même satellite au même moment à partir de deux récepteur on accède à deux pseudo-distances dont on fait la différence. soit R: la distance calcule par les recepteurs d : la distance réelle dt : l'erreur de synchronisation

R1R2 = d1 − d2 + c(dt1dt2) + eiono1eiono2 + etropo1etropo2 + eephe1eephe2 + erelat1erelat2 + ereste

or eiono1 = eiono2 de même pour l'erreur tropospherique, l'erreur ephéméride et l'erreur relativiste.

Les termes d’erreurs communs disparaissent alors : ce sont les erreurs propres aux satellites : - décalage d’horloge - éphéméride (Une éphéméride (du grec ancien : hêmera, le jour) est un ouvrage qui recense année par année ou jour par jour, les principaux événements du monde, ainsi que les naissances et les...) - effets relativistes

La double différence

Si l’on observe, par deux récepteurs, simultanément deux satellites, on peut effectuer une double différence c'est-à-dire la différence des simples différences effectuées sur chaque satellites.

Les erreurs propres aux satellites disparaissant évidemment de même, mais aussi les erreurs dues aux décalages des horloges des récepteurs.

La triple différence

On observe dans ce cas simultanément par deux récepteurs, deux satellites à des époques différentes. La triple différence est le résultat de la différence des doubles différences correspondant à chacune des époques.

En considérant que les ambiguïtés sont constantes dans le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), celles-ci sont entièrement éliminées.

Cet article vous a plus ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis !
Page générée en 0.287 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique