GLONASS/GPS pour tous : tests de précision et d'accessibilité du positionnement d'un récepteur monopuce dans des conditions de fonctionnement difficiles

Philippe Mattos (Philippe Mattos)
Traduction : Andrey Rusak
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Victoria Boulanova
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Le récepteur GNSS monopuce, qui est désormais entré en production de masse, a été testé dans des environnements urbains denses pour démontrer les avantages du fonctionnement multi-systèmes (GLONASS et GPS) en tant que récepteur grand public. L'utilisation du système combiné GLONASS/GPS a commencé avec plusieurs dizaines de milliers de récepteurs pour les levés géodésiques ; des millions de ces appareils grand public fonctionnent actuellement. Grâce à la croissance du nombre d'appareils personnels de navigation par satellite, à l'émergence des systèmes OEM automobiles et des téléphones mobiles, il a été possible d'atteindre des volumes de marché importants en 2011. La confiance dans les perspectives de développement du marché des appareils de navigation pousse les fabricants de composants spécifiques haute fréquence, tels que les antennes et les filtres SAW, à augmenter les volumes de production et à optimiser le coût des marchandises. L'une des premières sociétés russes à commercialiser des modules basés sur le récepteur STM fut NAVIA. Les modules NAVIA GLONASS se sont déjà révélés être des modules fiables et pratiques pour la production de terminaux de navigation prêts à l'emploi et le contrôle d'objets en mouvement. Divers tests de modules ont montré que les ML8088 et GL 8088 répondent à toutes les caractéristiques déclarées par le fabricant et peuvent être utilisés avec succès dans les appareils de surveillance.

Des tests d'un récepteur GLONASS/GPS monopuce ont été effectués à Londres, Tokyo et Texas pour montrer que l'utilisation conjointe de tous les satellites GLONASS visibles couplés au GPS offre une meilleure disponibilité de positionnement dans les zones urbaines denses et, en cas de mauvaise disponibilité de positionnement. - meilleur positionnement, précision.

Il est évident que les récepteurs multisystèmes sont très demandés sur le marché grand public. Ils peuvent assurer le fonctionnement sur un plus grand nombre de satellites dans des conditions de « canyons urbains », où seule une partie de l'hémisphère céleste est visible dans la zone de visibilité et où une grande fiabilité dans le filtrage des signaux inutiles est requise, lorsque la qualité des signaux utiles est grandement dégradé en raison de multiples réflexions et atténuations. Ce qui suit décrit brièvement les difficultés d'intégration du système GLONASS (et ensuite GALILEO), sur la base duquel des appareils rentables sont produits pour le grand public. Pour un tel marché, d'une part, le coût prime, et d'autre part, il existe des exigences de performances élevées associées à de faibles niveaux de signal, une consommation d'énergie limitée, des temps de démarrage à froid courts et une stabilité de positionnement.

L'objectif était d'utiliser tous les satellites disponibles pour améliorer les performances des appareils de navigation grand public dans les environnements intérieurs et urbains. L'année 2011 s'est déroulée sous les auspices du soutien de GLONASS ; le développement de ce système satellitaire a environ trois ans d'avance sur GALILEO. Lors de la conception des récepteurs, il était important de surmonter les problèmes d'incompatibilité du support matériel pour GLONASS et GPS. Autrement dit, le signal GLONASS modulé en fréquence nécessitait une bande de fréquences plus large que les signaux de modulation par impulsions codées utilisés par le GPS, des filtres passe-bande avec des centres de fréquence différents et des taux de transmission différents des éléments de signal. Et tout cela sans augmenter sensiblement le coût du récepteur.

Dans des conditions d'exploitation idéales, les satellites de constellations supplémentaires seront inefficaces, car disponibilité du positionnement J'arrive à près de 100 % en utilisant uniquement le GPS. La présence dans l'ionosphère de sept, huit ou neuf satellites utilisés pour le positionnement en mode fixation minimise l'erreur totale et donne des coordonnées correctes.

Dans des conditions d'exploitation extrêmes, l'utilisation du seul GPS permet de déterminer la position, mais l'utilisation de seulement trois, quatre, cinq satellites concentrés dans une partie étroite de l'hémisphère céleste conduit à de mauvaises valeurs de DOP. L'augmentation du nombre de satellites améliore considérablement la précision, améliorant ainsi le DOP et faisant la moyenne des erreurs de trajets multiples. La limitation du nombre de satellites positionnés conduit à l'imposition d'erreurs de trajets multiples sur la détermination des coordonnées des DOP amplifiés. L'ajout d'une deuxième ou d'une troisième constellation de satellites implique une augmentation du nombre de satellites visibles, et ainsi davantage de satellites sont impliqués dans le processus de détermination des coordonnées, ce qui entraîne une réduction des erreurs.

Ainsi, dans des conditions extrêmes, où l'utilisation du GPS seul ne suffit pas, l'utilisation supplémentaire des satellites GLONASS (et par la suite GALILEO) augmente la disponibilité du positionnement à 100 % (à l'exception des tunnels souterrains).

En fait, la disponibilité est une boucle de rétroaction positive qui s'auto-améliore : puisque les satellites sont constamment suivis, même s'ils sont exclus de la participation à la solution actuelle du problème de positionnement à l'aide des algorithmes RAIM/défaut et FDE, il n'est pas nécessaire de rechercher pour eux à nouveau - ils sont déjà devenus disponibles pour une utilisation auparavant. Si le processus de positionnement n'est pas interrompu, il est alors possible de continuer à prédire avec précision les phases des satellites présentant des obstacles fermés, ce qui permet de les utiliser instantanément lorsqu'ils quittent l'ombre, car il ne nécessite pas de recevoir d'informations supplémentaires pour les rechercher et les corriger.

Les satellites visibles supplémentaires sont très importants pour le consommateur, en particulier - à titre d'exemple, avec "l'auto-assistance", lorsque le groupe minimum est représenté par cinq satellites, au lieu de trois ou quatre, afin d'établir de manière autonome que tous les satellites sont " correct », en utilisant les techniques de surveillance autonome de l’intégrité du récepteur (RAIM). Le « libre-service » présente des avantages encore plus importants pour GLONASS : aucune infrastructure telle que des serveurs assistés n'est nécessaire, ce qui entraîne toujours un retard de service. La méthode GLONASS de transmission des paramètres d'orbite des satellites au format képlérien est également très adaptée à l'algorithme « libre-service ».

Valeur de test

Les tentatives précédentes visant à caractériser les avantages des dispositifs multisystèmes en environnement urbain ont été bloquées par la nécessité d'utiliser des récepteurs professionnels non conçus pour de tels niveaux de signal, et il aurait fallu obtenir des résultats séparés pour chaque groupe ou sacrifier l'une des mesures satellitaires pour mesurer temps. Ces circonstances ne nous ont pas permis de continuer à tester les appareils dont la commercialisation était prévue sur le marché de masse.

La sortie d'une nouvelle solution multisystème est d'une grande importance, car le récepteur testé est un appareil véritablement produit en série s'il a une sensibilité accrue et est entièrement prêt à la fois pour la mesure et le calcul. Ainsi, l'auteur de cet article rapporte pour la première fois des résultats de tests absolument fiables.

Arrière-plan

Les tests ont été effectués sur un récepteur GNSS monopuce Teseo-II (STA-8088). Bref historique : Il s'agit d'un produit fabriqué par STM en 2009, basé sur Cartesio+ avec GPS/GALILEO et processeur de signal numérique (DSP) déjà inclus, il était prêt à être implanté avec la fonctionnalité GLONASS, ce qui a conduit à la création de la puce Teseo-II. (Produit 2010). Les résultats des tests avec des signaux satellites réels ont été obtenus sur une puce Baseband en implémentation FPGA fin 2009 et en 2010 en utilisant une puce prête à l'emploi.

La conception actuelle nécessitait des modifications mineures supplémentaires du circuit. Les modifications matérielles et logicielles DSP requises étaient mineures et sont incluses dans la prochaine mise à jour programmée du circuit TeseoII. La mise en œuvre du circuit partiel RF a nécessité beaucoup plus d'attention que le circuit à deux canaux avec un étage de fréquence intermédiaire (FI) et un convertisseur analogique-numérique (CAN), avec une conversion de fréquence supplémentaire et un filtre FI à bande passante plus large. Mais, comme la surface du cristal sur laquelle se trouve la partie RF est très petite dans le volume total, même une augmentation de 30 % du circuit est insignifiante pour l'ensemble du circuit. Étant donné que la conception de la puce est destinée à un système monopuce commun (RF et BB, de l'antenne au positionnement, vitesse et synchronisation (PVT)), la surface totale de la puce pour le processus 65 nm est donc très petite.

D'un point de vue commercial, l'inclusion des trois constellations de satellites (GPS/GLONASS etGALILEE) en une seule puce est une nouveauté pour le consommateur. De nombreuses entreprises présentes sur le marché russe ont opté pour une approche à deux systèmes, simplement pour satisfaire aux exigences du gouvernement russe concernant la nécessité de travailler dans le système GLONASS. Ils n'ont pas pensé à l'avenir global, où il y aura plusieurs groupements de positionnement dans le monde et peut-être que chacun des pays participant à ce processus présentera en outre des exigences pour l'utilisation prédominante de son propre système.

À cet égard, la solutionThésée— II est révolutionnaire parce que préparé à l'avance pour un tel scénario et peut déjà recevoir des systèmes GLONASS/ GPS/ GALILEE/ QZSSEtSBAS.

Techniquement, l'inclusion de canaux indépendants pour la réception et le traitement du système GLONASS dans un groupe est également nouvelle, tandis que la combinaison GPS/GALILEO est déjà une pratique courante. Pour parvenir à une telle flexibilité, il fallait également de nouvelles solutions techniques prenant en compte les différents retards du matériel RF et les différences de vitesses de transmission des signaux. À cela s’ajoutent la correction désormais bien connue du temps universel coordonné (UTC) et le problème de la correction du géoïde.

Une transition directe vers une solution monopuce (RF + Baseband + CPU) est rare : il s’agit d’une avancée technologique importante. La confiance dans cette étape est due à l'expérience de l'utilisation de la partie RF et du circuit de bande de base éprouvé du processeur. L'interface RF externe STA5630 et un GPS/GALILEO DSP modifié, qui étaient auparavant utilisés dans Cartesio+, ont été pris comme base.

La fiabilité du STA5630/Cartesio+ a été prouvée en production de masse sous forme de circuits séparés avant même la sortie des solutions SoC 3-en-1.

Contrairement aux solutions à double puceGPS/Modules GLONASS présents sur le marché russe, solution monopuce deSTMicroélectronique (Thésée— II) S.T.A.8088 FG a une fiabilité bien plus grande, une immunité au bruit, une consommation d'énergie inférieure et, bien sûr, des dimensions plus petites (module M.L.8088 sa des dimensions 13 x 15 mm).

La prise en charge de GLONASS et GALILEO constitue un pas en avant par rapport à la génération précédente de matériel RF. GALILEO est compatible avec le GPS et le système existant pourrait donc être utilisé, mais GLONASS a nécessité des modifications supplémentaires. Voir les figures 1 et 2.

Image 1.

Figure 2.ChangementsBande de base pièces pour soutenir GLONASS

Dans la partie RF, le LNA, l'amplificateur RF et le premier mélangeur ont été combinés en un seul canal. Cela nous a permis d'économiser sur le nombre de broches de la puce et de minimiser la consommation d'énergie. De plus, cela a permis de maintenir les coûts externes pour les équipementiers. Le signal GLONASS, réduit dans le premier mélangeur à 30 MHz, entre dans le canal de traitement secondaire (indiqué en marron) et, mélangé à 8 MHz, est envoyé à un ADC séparé puis à la partie bande de base.

La partie Baseband fournit une étape de traitement préliminaire supplémentaire (indiquée en marron), qui convertit le signal en 8 MHz, ce qui est nécessaire pour alimenter la bande de base et fait passer le signal résultant à travers un filtre anti-interférence, et réduit également la fréquence d'échantillonnage à la valeur standard de 16, adaptée au traitement dans le matériel DSP.

Les dispositifs d'acquisition et les canaux de suivi existants peuvent choisir où et quand recevoir les signaux GPS/GALILEO ou GLONASS, ce qui rend la distribution des canaux par rapport aux constellations de satellites très flexible.

Moins visible, mais très important pour les performances du système, est le logiciel qui contrôle ces ressources matérielles, d'une part pour fermer les boucles de suivi PLL et prendre des mesures, et d'autre part, le filtre de Kalman, qui convertit ce qui est mesuré en données PVT nécessaires à l'utilisateur. .

Tout cela a subi une modification structurelle pour permettre de travailler avec de nombreuses constellations de satellites, et pas seulement avec GLONASS. Dans ce cas, l’extension du logiciel pour recevoir les futurs systèmes de navigation mondiaux deviendra une étape de développement évolutif et ne nécessitera pas de modifications majeures du cristal lui-même.

Le logiciel fonctionnait sur une véritable puce depuis 2010, mais en utilisant les signaux de n'importe quel simulateur ou des antennes statiques montées sur le toit, seules les données GPS étaient disponibles, si bonnes qu'elles ne permettaient aucune manœuvre de recherche pour améliorer le système. Début 2011, des échantillons de puces de pré-production et des cartes de développement avec antennes dans le boîtier sont devenus disponibles, rendant ainsi les tests mobiles sur le terrain possibles dans le monde entier.

Résultats actuels

Avant la naissance du cristal à réception multisystème, les résultats étaient déjà visibles grâce à des tests préliminaires effectués à l'aide de récepteurs professionnels avec mesures GPS et GLONASS séparées. Cependant, ces tests n'ont pas fourni de bonnes données pour un récepteur grand public car ils ont montré une faible sensibilité. Les récepteurs nécessitaient un signal suffisamment propre pour piloter la PLL, mais cela ne pouvait pas être fait dans un environnement urbain et, plus important encore, les récepteurs créaient deux solutions distinctes avec un satellite supplémentaire constant pour gérer les différences de synchronisation entre les systèmes. Les solutions découplées ne permettaient pas de prédire la position des satellites d'une constellation en calculant leur position à partir de coordonnées calculées à l'aide d'une autre, ce qui est l'un des principaux avantages des récepteurs GNSS multisystèmes.

La simulation de satellites visibles a été réalisée en 2010 dans des conditions urbaines denses en Italie, au centre de Milan. Les résultats, moyennés chaque minute pendant 24 heures complètes, sont présentés dans le tableau 1. Le nombre moyen de satellites visibles est passé de 4,4 avec GPS uniquement à 7,8 pour GPS+GLONASS, avec le nombre de points No Fix égal à zéro. De plus, en mode « GPS uniquement », 380 faux points ont été reçus, ce qui représente environ 26 % du temps total de réception.

Tableau 1.Précision et disponibilitéGPSEtGPS+GLONASS, en moyenne sur 24 heures

Toutefois, la disponibilité de satellites n’est pas une fin en soi. Avoir plus de satellites dans la même petite zone de l’hémisphère céleste au-dessus des zones urbaines peut ne pas suffire en raison de la réduction géométrique de la précision. Pour examiner ces données, la précision géométrique représentée par HDOP. En utilisant GLONASS et GPS ensemble, le résultat était 2,5 fois meilleur.

Des études antérieures ont montré que dans certaines villes tests, deux à trois satellites supplémentaires étaient disponibles, mais que l'un d'entre eux était utilisé pour le chronométrage. En utilisant un récepteur très sensible combiné sur une seule puce, nous avons supposé que quatre ou cinq satellites supplémentaires seraient impliqués.

Les résultats réels ont largement dépassé nos attentes. Premièrement, des signaux provenant de nombreux autres satellites sont apparus, puisque tous les tests et simulations précédents excluaient les signaux réfléchis. Disposant de signaux supplémentaires, le récepteur a considérablement amélioré les performances du DOP. L'effet des réflexions sur la précision a été considérablement réduit, d'une part grâce à une meilleure géométrie de positionnement, et d'autre part grâce à la capacité des algorithmes FDE/RAIM à maintenir la stabilité du suivi des satellites. De plus, le nombre de faux signaux pouvant fausser les données de coordonnées a diminué.

Les résultats présentés ici sont obtenus à partir d'un récepteur haute sensibilité entièrement intégré tel que le récepteur NAVIA ML8088s, basé sur la puce STA8088s. Il est optimisé pour détecter même les signaux de très faible niveau et obtenir des résultats directement de tous les satellites en vue, quelle que soit la constellation. Cela garantit une disponibilité à 100 % des satellites et améliore considérablement la précision dans les environnements urbains difficiles.

Disponibilité

L'utilisation de récepteurs très sensibles et indépendants des boucles à verrouillage de phase (PLL) garantit une accessibilité totale dans les villes modernes, même en cas de réflexion sur les surfaces vitrées des bâtiments modernes. Par conséquent, d’autres définitions de la disponibilité que « quatre satellites sont disponibles » sont désormais nécessaires. Par exemple, suivre des satellites à un niveau donné de qualité de signal, dont le résultat dépend du DOP. Même le DOP peut être difficile à estimer car le filtre de Kalman attribue des poids différents à chaque satellite, qui ne sont pas pris en compte lors du calcul du DOP. Et aussi, en plus des mesures instantanées, ce filtre utilise la position historique et la vitesse actuelle, ce qui laisse la précision du positionnement inchangée.

La figure 3 montre la disponibilité des satellites en mode suivi. Les tests ont eu lieu dans le quartier financier de Londres en mai 2011.

Satellites suivis –GPS, GLONASS,GPS+GLONASS

Figure 3.GPS(marqué en bleu) contre GLONASS (marqué en rouge) et tous les satellites suivisGNSS(marqué en vert).

Comme on peut le voir sur la Fig. 3, il y a au total 7 à 8 satellites GLONASS et 8 à 9 satellites GPS, c'est-à-dire multi-GNSS - environ 16 satellites. Il fut un temps où les signaux satellite n'étaient pas captés : lors du passage du tunnel Blackfriars Underpass, horodatage d'environ 156 400 secondes. Dans d'autres zones de la ville, à environ 158 500 et 161 300 secondes, la visibilité est tombée à quatre satellites, mais leur nombre total n'a jamais été inférieur à huit. Il convient de noter que les tests ont eu lieu dans la vieille ville, où se trouvent principalement des bâtiments en pierre, de sorte que les signaux réfléchissants sont plus faibles que ceux des bâtiments en verre et en métal.

Bien que la disponibilité des satellites soit à 100 % en dehors des tunnels, elle peut être limitée par le DOP ou la précision du positionnement. Comme le montre la figure 4, d'autres tests effectués à Londres, le DOP multi-GNSS reste inférieur à 1, comme il devrait l'être avec 10 à 16 satellites visibles, tandis que le DOP du GPS uniquement est souvent supérieur à 4, sans distorsion due aux réflexions et signaux faibles, le DOP est considérablement augmenté jusqu'à 10 au pic.

GPSpar rapport àGNSS

Graphique 4.SeulementGPScontre combinéGPS/Indicateurs de réduction de précision GLONASS

Étant donné que les tests effectués en mai 2011 étaient suffisamment légers pour créer des conditions stressantes dans lesquelles le GPS aurait besoin d'un support multi-GNSS, de nouveaux tests ont été menés en août 2011. Comme le montre la photographie aérienne (Fig. 5), les tests ont été effectués dans le quartier moderne de Canary Wharf, un gratte-ciel de la ville. De plus, les routes de la ville sont très étroites, ce qui rend les défis de la ville encore plus difficiles. Les bâtiments en verre et en métal dans la partie moderne de la ville ont tendance à offrir une meilleure réflexion que les bâtiments en pierre, ce qui fait que les algorithmes RAIM et FDE sortent des charts.

Figure 5. GPS vs GNSS, Londres, Canary Wharf

L'obtention des résultats GPS uniquement était difficile (indiqués en vert), notamment dans la partie fermée de la station Docklands, au centre gauche, en bas de la piste.

La figure 6 montre les mêmes résultats de tests réels affichés sur une feuille de route schématique.

Figure 6. GPS vs GNSS, Londres, Canary Wharf, croquis

Les tests multi-GNSS (bleu) ont montré de très bons résultats, en particulier sur la partie nord (en direction est) de la boucle (la conduite au Royaume-Uni se fait à gauche, donc dans le sens des aiguilles d'une montre crée une boucle à sens unique).

Figure 7. a) Tests à Tokyo : Teseo-I (GPS) versus Teseo-II (GNSS) ; b) DOP lors des tests à Tokyo

Des tests supplémentaires ont été effectués dans les bureaux de STMicroelectronics à travers le monde. La figure 7a montre des tests à Tokyo, où le jaune indique les résultats des tests de la génération précédente de puces sans GLONASS, et le rouge indique Teseo-II avec GPS+GLONASS.

La figure 7b fournit quelques éclaircissements sur la définition de l'exactitude en montrant le DOP pendant le test. On peut voir que les DOP de Teseo-II étaient rarement supérieurs à 2, mais les DOP du GPS uniquement (Teseo-I) étaient compris entre 6 et 12 dans l'enceinte nord encerclée.

Nous répétons que l'algorithme de test pour le GPS est simple, mais la précision de la détermination est difficile.

Des tests supplémentaires à Tokyo ont été effectués dans des rues plus étroites de la ville dans les mêmes conditions de test, illustrées à la figure 9. Bleu - GPS uniquement, rouge - GPS+GLONASS, une amélioration significative des résultats est observée.

La figure 9 utilise le même schéma de couleurs pour afficher les résultats des tests de Dallas, cette fois avec le récepteur GPS d'un concurrent par rapport au Teseo-II dans une configuration GPS+GLONASS, obtenant à nouveau de très bons résultats.

Figure 8. SeulementGPS(bleu) vs multi-GNSS(rouge), Tokyo.

Figure 9. SeulementGPS(bleu, récepteur constructeur concurrent) par rapport àGNSS(rouge), Dallas.

Autres constellations de satellites

Bien que le matérielThésée— IIsoutient etGALILEE, pas de satellites disponibles pour l'instantGALILEE(en septembre 2011), les appareils basés sur cette puce utilisés dans le monde entier ne disposent toujours pas du logiciel chargé pour desservir cette constellation de satellites. Cependant, si vient le temps d'utiliser GALILEE, il y a toujours la possibilité de mettre à jour le logiciel.

Le système japonais QZSS dispose d'un satellite disponible, transmettant des signaux traditionnels compatibles GPS, des signaux SBAS et des signaux L1C BOC. Teseo-II, avec l'aide des fonctions du logiciel actuellement chargé, peut gérer les deux premiers d'entre eux, et bien que l'utilisation du SBAS soit inutile en milieu urbain, puisque les réflexions et les interférences des signaux sont locales et indétectables, le but du Le système QZSS vise à fournir un satellite avec un très grand angle afin que ce satellite soit toujours disponible dans les zones urbaines.

La figure 10 montre le test réalisé à Taipei (Taiwan) utilisant le GPS (jaune) par rapport au multi-GNSS (GPS plus un satellite QZSS (rouge)) et la vérité terrain (violet).

Figure 10. SeulementGPS(jaune) versus multi-GNSS (GPS+ QZSS (1 satellite, rouge)), valeur vraie -lilas, Taipei
La poursuite des travaux

Les tests se poursuivront pour obtenir des résultats quantitatifs plus précis. Les tests auront lieu au Royaume-Uni, où il existe des cartes routières avec des données vectorielles pour afficher les itinéraires réels. Il est prévu de modifier le matériel pour prendre en charge le système Compass et le GPS-III (L1-C), en plus du GALILEO existant. La détection et le suivi de ces signaux ont déjà été démontrés à l'aide d'échantillons de scripts de diffusion préenregistrés sur des simulateurs de signaux GNSS.

Compass n'était pas disponible en 2011. À cet égard, les travaux sur la mise en œuvre du silicium de Teseo-II se sont concentrés principalement sur une flexibilité maximale dans les conditions de différentes longueurs de code, par exemple BOC ou BPSK, ce qui a permis, avec l'un ou l'autre logiciel chargé, de configurer le matériel DSP fonctions, gagnez en compatibilité entre les différentes constellations de satellites.

Le travail de compatibilité sur la version actuelle de la puce multi-GNSS a été faible : étant donné que la fréquence centrale de 1 561 MHz du système Compass ne peut être maintenue qu'à l'aide d'un oscillateur contrôlé en tension et d'une PLL, le système Compass ne peut pas fonctionner simultanément avec d'autres constellations de satellites. De plus, le taux de transmission du code dans le système Compass est de 2 millions de bps, ce qui n'est pas non plus pris en charge par Teseo-II et peut être ramené à la norme grâce à l'utilisation de circuits alternatifs externes, ce qui entraîne de graves pertes de signal.

Le travail de support de Compass n'est donc pertinent que pour la recherche et le développement de logiciels, pour une solution système unique ou pour l'utilisation d'une puce RF distincte.

Le signal mondial Compass, qui est au format de signal GPS/GALILEO à la fréquence porteuse ainsi qu'à la longueur et au débit du code, sera entièrement compatible au sein d'un seul circuit multi-GNSS, mais très probablement pas avant 2020.

Les tests en conditions urbaines seront répétés au fur et à mesure du développement du groupeGALILEE. S'il y a 32 canaux, vous pouvez utiliser la division 11/11/10 (GPS/ GALILEE/GLONASS), en présence d'un effectif complet des trois groupes, mais dans le cadre des exigences modernes en matière de services de navigation, la combinaison 14/8/10 est plus que suffisante.

Conclusion

Un récepteur multisystème peut inclure GPS, GLONASS et GALILEO à un coût minime. Avec 32 canaux de suivi et jusqu'à 22 satellites visibles, même dans les environnements urbains les plus difficiles, une disponibilité à 100 % et une précision de positionnement acceptable peuvent être garanties. Pendant les tests, 10 à 16 satellites sont généralement visibles. Les mesures multiples rendent les algorithmes RAIM et FDE beaucoup plus efficaces pour éliminer les signaux mal réfléchis, tout en minimisant les effets géométriques de la distorsion restante du signal.

Récemment, avec le développement du GLONASS russe, les besoins du marché de la navigation en récepteurs multisystèmes ne font que croître. Un certain nombre d'entreprises nationales utilisent des puces monopuces STM pour développer vos propres modules GLONASS et appareils prêts à l'emploi. En 2011 notamment, la société NAVIA a lancé 2 combinés GLONASS/ GPS/ Galiléemodules dont les tests ont montré de très bons résultats.

Disponibilité instantanée ou intégrale(Anglais) Disponibilité – représente le % de temps pendant lequel la condition PDOP est satisfaite<=6 при углах места КА >= 5 degrés. Un exemple simple : autrefois, avant 2010, la disponibilité du GLONASS dans certaines régions du globe ne dépassait pas 70 à 80 %, mais maintenant elle est de 100 % partout !)

Précision réduite ou Réduction de la précision géométrique(Anglais) Dilution de précision, DOP, Anglais Dilution géométrique de précision (GDOP)

RAIM(Anglais) Surveillance autonome de l'intégrité du récepteur Surveillance autonome de l'intégrité du récepteur (ARIC), une technologie conçue pour évaluer et maintenir l'intégrité du système GPS et du récepteur GPS. Ceci est particulièrement important dans les cas où le bon fonctionnement des systèmes GPS est nécessaire pour garantir un niveau de sécurité adéquat, par exemple dans l'aviation ou la navigation maritime.

Rechercher des conférences

Sur approbation des exigences de précision et des méthodes de détermination des coordonnées des points caractéristiques des limites d'un terrain, ainsi que des points caractéristiques du contour d'un bâtiment, d'une structure ou d'un objet de construction inachevé sur un terrain

Conformément à la partie 7 de l'article 38 et à la partie 10 de l'article 41 de la loi fédérale du 24 juillet 2007 n° 221-FZ « sur le cadastre immobilier de l'État » (législation collective de la Fédération de Russie, 2007,
N° 31, art. 4017 ; 2008, n° 30, art. 3597, art. 3616 ; 2009, n° 1, art. 19 ; N° 19, art. 2283 ; N° 29, art. 3582 ; N° 52, art. 6410, art. 6419) commande :

approuver les exigences ci-jointes concernant l'exactitude et les méthodes de détermination des coordonnées des points caractéristiques des limites d'un terrain, ainsi que des points caractéristiques du contour d'un bâtiment, d'une structure ou d'un chantier de construction inachevé sur un terrain.

Ministre E.S. Nabioullina

Approuvé

par arrêté du ministère du Développement économique de la Russie

du___________ N°___________

Exigences relatives à l'exactitude et aux méthodes de détermination des coordonnées des points caractéristiques des limites d'un terrain, ainsi que des points caractéristiques du contour d'un bâtiment, d'une structure ou d'un objet de construction inachevée sur un terrain

1. Un point caractéristique de la limite d'un terrain est le point où la description de la limite du terrain change et sa division en parties.

Un point caractéristique du contour d'un bâtiment, d'une structure ou d'un objet de construction inachevé sur un terrain est le point auquel la limite du contour d'un bâtiment, d'une structure ou d'un objet de construction inachevé change de direction.

2. La localisation au sol des points caractéristiques de la limite d'un terrain est décrite par leurs coordonnées rectangulaires plates dans la projection Gauss-Kruger, calculées dans le système de coordonnées adopté pour la tenue du cadastre immobilier de l'État.

L'emplacement d'un bâtiment, d'une structure ou d'un objet de construction inachevée sur un terrain est établi en déterminant des coordonnées rectangulaires plates dans la projection Gauss-Kruger des points caractéristiques du contour d'un tel bâtiment, structure ou objet de construction inachevée dans le système de coordonnées adoptée pour la tenue du cadastre immobilier de l'État.

3. Les coordonnées des points caractéristiques des limites des terrains et des points caractéristiques des limites du contour d'un bâtiment, d'un ouvrage ou d'un objet de construction inachevé sur un terrain sont déterminées par les méthodes suivantes :

1) méthode géodésique (méthode de triangulation, polygonométrie, trilatération, méthode des empattements directs, arrière ou combinés et autres méthodes géodésiques) ;

2) par la méthode des mesures géodésiques par satellite (déterminations) ;

3) méthode photogrammétrique ;

4) méthode cartométrique.

4. Le repérage des points caractéristiques de la limite d'un terrain au sol avec des bornes est effectué à la demande du maître d'ouvrage des travaux cadastraux. La conception du panneau de délimitation est déterminée par le contrat. Dans le cas de la fixation de points caractéristiques de la limite d'un terrain par des bornes, leurs coordonnées se réfèrent aux centres fixes (désignés) des bornes.

5. La méthode de travail pour déterminer les coordonnées des points caractéristiques est établie par l'ingénieur cadastral en fonction des informations initiales disponibles et des exigences d'exactitude de la détermination des coordonnées des points caractéristiques adoptées dans le présent document.

6. La base géodésique pour déterminer les coordonnées rectangulaires plates des points caractéristiques de la limite d'un terrain sont les points du réseau géodésique de l'État et les points des réseaux de limites de référence.

La base géodésique pour déterminer les coordonnées rectangulaires plates des points caractéristiques du contour d'un bâtiment, d'un ouvrage ou d'un objet de construction inachevée sont les points caractéristiques de la limite du terrain.

L'emplacement SKP d'un point caractéristique du contour d'un bâtiment, d'une structure ou d'un objet de construction inachevé est déterminé par rapport au point caractéristique le plus proche de la limite du terrain.

7. L'emplacement SKP du point caractéristique de la limite du terrain ne doit pas dépasser la précision standard de détermination des coordonnées des points caractéristiques des limites des parcelles (annexe n° 1).

8. L'emplacement SKP d'un point caractéristique du contour d'un bâtiment, d'une structure ou d'un objet de construction inachevée ne doit pas dépasser la précision standard de détermination des coordonnées des points caractéristiques du contour d'un bâtiment, d'une structure ou d'un objet de construction inachevée :

pour les terres des colonies – 1 m ;

pour les autres terrains – 5 m.

Si le contour d'un bâtiment, d'une structure ou d'un objet de construction inachevé coïncide avec la limite d'un terrain, alors les coordonnées des points caractéristiques du contour du bâtiment, de la structure ou de l'objet de construction inachevé sont déterminées avec la précision standard de détermination des coordonnées des points caractéristiques des limites des parcelles.

Si un bâtiment, une structure ou un objet de construction inachevé est situé sur plusieurs terrains pour lesquels une précision standard différente est établie, alors les coordonnées des points caractéristiques du contour du bâtiment, de la structure ou de l'objet de construction inachevé sont déterminées avec une précision correspondant à la précision de la détermination des coordonnées des points caractéristiques du contour du bâtiment, de la structure ou de l'objet inachevé avec une plus grande précision.

9. Pour déterminer l'emplacement UPC d'un point caractéristique, des formules sont utilisées qui correspondent aux méthodes de détermination des coordonnées des points caractéristiques.

10. Méthodes géodésiques.

Le calcul de l'emplacement SCP des points caractéristiques est effectué à l'aide d'un logiciel grâce auquel les matériaux de terrain sont traités. Dans ce cas, un relevé (extrait) du logiciel est joint au plan de bornage.

Lors du traitement de matériaux de terrain sans utiliser de logiciel pour déterminer l'emplacement UPC d'un point caractéristique, des formules de calcul de l'UPC sont utilisées qui correspondent aux méthodes géodésiques pour déterminer les coordonnées des points caractéristiques.

11. Méthode de mesures géodésiques par satellite.

Le calcul de l'emplacement SCP des points caractéristiques est effectué à l'aide d'un logiciel grâce auquel les matériaux d'observation par satellite sont traités. Dans ce cas, un relevé (extrait) du logiciel est joint au plan de bornage.

12. Méthodes cartométriques et photogrammétriques.

Lors de la détermination de l'emplacement de points caractéristiques combinés aux contours d'objets géographiques représentés sur une carte (plan) ou une photographie aérienne, le SKP est considéré comme étant égal à Mt = K*M.

Où M est le dénominateur de l’échelle de la carte ou de la photographie aérienne.

— pour la méthode photogrammétrique, K est pris égal à la précision graphique (par exemple, lors de la détermination de l'emplacement de points caractéristiques à partir de photographies - 0,0001 m) ;

— pour la méthode cartométrique:

— pour les zones peuplées, K est pris égal à 0,0005 m ;

- pour les terres agricoles et autres
K est pris égal à 0,0007 m.

13. Lors de la restauration de la limite d'un terrain sur le terrain sur la base des informations du cadastre immobilier de l'État, la position des points caractéristiques de la limite du terrain est déterminée avec une précision standard correspondant aux données présentées à l'annexe n°. 1.

14. Si les parcelles adjacentes ont des catégories différentes, les points caractéristiques communs des limites des parcelles sont déterminés avec une précision correspondant à la précision de la détermination des coordonnées du terrain avec une plus grande précision.

15. À la demande du client, le contrat de travaux cadastraux peut prévoir la détermination de la localisation des points caractéristiques des limites du terrain et des contours des bâtiments, ouvrages ou objets de construction inachevés avec une précision supérieure à celle établie par cette procédure. Dans ce cas, la détermination des coordonnées des points caractéristiques des limites du terrain, des contours des bâtiments, ouvrages ou objets inachevés est effectuée avec la précision précisée dans le contrat.

16. Sur la base des coordonnées calculées des points caractéristiques de la limite du terrain, un catalogue d'entre eux est établi, sur la base duquel la superficie du terrain est calculée.

17. Pour calculer l'erreur maximale dans la détermination de la superficie d'un terrain, la formule est utilisée :

∆Р — erreur maximale dans la détermination de la superficie d'un terrain (m²);

M t — la valeur maximale de l'erreur quadratique moyenne de localisation des points caractéristiques de la limite du terrain, calculée en tenant compte de la technologie et de la précision des travaux (m) ;

R- superficie du terrain (m²);

k— coefficient d'allongement du terrain, c'est-à-dire le rapport entre la plus grande longueur d'une section et sa plus petite largeur.

Annexe n°1

Précision standard de la détermination des coordonnées des points caractéristiques des limites terrestres

Numéro d'article.	Catégorie de terrain, superficie des parcelles	Erreur quadratique moyenne, (m)
1.	Terre agricole
	superficie jusqu'à 1 hectare	0,2
	superficie jusqu'à 100 hectares
	superficie de plus de 100 hectares	2,5
2.	Terres de colonies	0,2
3.	Terres de l'industrie, de l'énergie, des transports, des communications, de la radio, de la télévision, de l'informatique, terres soutenant les activités spatiales, terres de défense, de sécurité et terres à d'autres fins spéciales	0,5
4.	Terres de territoires et objets naturels spécialement protégés, terres du fonds forestier, terres du fonds des eaux et terres de réserve	5,0

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Tester la précision des récepteurs GPS pour téléphones mobiles

Lors du travail sur un projet, nous avions besoin de connaître la précision réelle (et non déclarée) du géopositionnement de différents smartphones.

À cette fin, un récepteur fixe de Topcon a été utilisé, dont les lectures ont été prises comme norme. Les appareils testés étaient situés au même endroit. Après un démarrage à froid, 2 minutes supplémentaires ont été conservées pour une détermination plus précise des coordonnées.

Les appareils suivants ont participé aux tests :

• Volez IQ447 (80 $);
• Nokia Lumia 625 (100 $);
• SamsungGalaxy Tab 2 ;
• Smartphone industriel Motorola TC-55 – (1 500 $);
• Smartphone industriel Coppernic C-One (1 500 $);

Cela ressemblait à ceci :

En conséquence, les résultats (l'écart entre les coordonnées des smartphones et les coordonnées d'un récepteur fixe) étaient les suivants :

• Voler IQ447 (GPS) – 1 à 3 mètres ;
• Coppernic C-One (GPS + GLONASS) – 2 mètres ;
• Motorola TC-55 (GPS + GLONASS) – 6 mètres ;
• Samsung Galaxy Tab 2 (GPS) – 8 mètres ;
• Nokia Lumia 625 (GPS) – 30 mètres.

Motorola a été un peu déçu : pour son prix, les résultats s'attendaient à être meilleurs.

Mais ce qui m'a le plus surpris, c'est le téléphone Fly. Pour son prix de 3 000 roubles, il s'est avéré le plus précis ; malgré le fait qu'il ne dispose pas de récepteur Glonass. Nous avons revérifié les résultats à plusieurs reprises, mais ils se sont toujours révélés excellents.

À propos, ce téléphone est le seul qui trouve toujours et partout dans un avion, dès un démarrage à froid, des satellites et calcule des coordonnées. Malgré des conditions de réception apparemment bonnes, la plupart des autres téléphones ne trouvent pas toujours le signal d'un nombre suffisant de satellites en vol - vous pouvez parfois attendre 20 minutes sans pouvoir déterminer les coordonnées.

D'ailleurs, au départ, nous ne voulions pas prendre les coordonnées d'un point sur une carte (par exemple, Yandex) comme standard. Nous sommes conscients des écarts possibles entre les cartes et les coordonnées réelles. À notre point de Yandex, l'ampleur de cet écart était d'environ 5 mètres.

But

Le GPS (Global Positioning System) permet de déterminer avec précision les coordonnées tridimensionnelles d'un objet équipé d'un récepteur GPS : latitude, longitude, altitude au-dessus du niveau de la mer, ainsi que sa vitesse, sa direction de déplacement et l'heure actuelle.

Histoire courte

Le système GPS a été développé par le ministère américain de la Défense. Les travaux sur ce projet, appelé NAVSTAR (NAVigation System with Timing and Ranging - système de navigation pour déterminer l'heure et la distance), ont commencé dans les années 70. Le premier satellite du système a été mis en orbite en 1974, et le dernier des 24 n'a dû couvrir la totalité de la Terre qu'en 1993. Initialement, le GPS était destiné à être utilisé par l'armée américaine (navigation, guidage de missiles, etc.), mais depuis 1983, lorsqu'un avion de Korean Airlines a été abattu et s'est introduit accidentellement sur le territoire soviétique, l'utilisation du GPS a été autorisée pour les civils. Dans le même temps, la précision du signal transmis a été améliorée à l'aide d'un algorithme spécial, mais en 2000, cette limitation a été levée. Le ministère américain de la Défense continue d'entretenir et de mettre à niveau le système GPS. C'est cette dépendance totale des performances du système vis-à-vis du gouvernement d'un pays (par exemple, lors de la première guerre du Golfe, le secteur civil du GPS a été désactivé) qui a incité d'autres pays à développer des systèmes de navigation alternatifs (russe - GLONASS, européen - GALILEO, chinois - Beidou).

Principes de détermination des coordonnées

Le principe de détermination des coordonnées d'un objet dans le système GPS repose sur le calcul de la distance qui le sépare de plusieurs satellites dont les coordonnées exactes sont connues. Les informations sur la distance à au moins 3 satellites vous permettent de déterminer les coordonnées d'un objet comme point d'intersection de sphères dont le centre est les satellites et le rayon est la distance mesurée.

En fait, il y a deux points d'intersection des sphères, mais l'un d'eux peut être écarté car il se trouve soit profondément à l'intérieur de la Terre, soit très haut au-dessus de sa surface. La distance jusqu'à chaque satellite est définie comme le temps nécessaire à un signal radio pour voyager du satellite au récepteur multiplié par la vitesse de la lumière. Le problème se pose de déterminer avec précision le temps de transit d'un signal radio. Ce problème est résolu en générant et en transmettant un signal depuis le satellite, modulé à l'aide d'une séquence spéciale. Exactement le même signal est généré dans le récepteur GPS, et l'analyse du décalage du signal reçu par rapport au signal interne permet de déterminer son temps de trajet.

Pour déterminer avec précision le temps de parcours du signal, les horloges du récepteur GPS et du satellite doivent être synchronisées autant que possible ; un écart de même quelques microsecondes entraîne une erreur de mesure de plusieurs dizaines de kilomètres. Le satellite dispose à cet effet d’horloges atomiques de haute précision. Il est impossible d'installer une horloge similaire dans un récepteur GPS (des horloges à quartz classiques sont utilisées), donc des signaux supplémentaires provenant d'au moins un satellite supplémentaire sont utilisés pour synchroniser l'heure. On suppose que si l'heure dans le récepteur GPS est synchronisée avec précision, alors un cercle d'un rayon égal à la distance du quatrième satellite coupera le même point que les cercles des trois autres satellites. Le récepteur GPS ajuste son horloge jusqu'à ce que cette condition soit remplie. Ainsi, pour déterminer avec précision la position d'un objet dans l'espace tridimensionnel (3D), des signaux d'au moins 4 satellites sont nécessaires (de 3 satellites sans déterminer la hauteur au-dessus de la surface de la Terre - 2D). En pratique, avec une bonne visibilité du ciel, les récepteurs GPS reçoivent les signaux de plusieurs satellites à la fois (jusqu'à 10-12), ce qui leur permet de synchroniser les horloges et de déterminer les coordonnées avec une assez grande précision.

Parallèlement à la séquence par laquelle le temps de propagation du signal est déterminé, chaque satellite transmet des informations binaires - un almanach et des éphémérides. L'almanach contient des informations sur l'état actuel et l'orbite estimée de tous les satellites (après avoir reçu des informations d'un satellite, il devient possible de restreindre les secteurs de recherche des signaux d'autres satellites). Éphémérides - informations mises à jour sur l'orbite d'un satellite spécifique transmettant un signal (l'orbite réelle du satellite peut différer de celle calculée). Ce sont les données exactes sur la position actuelle des satellites qui permettent au récepteur GPS de calculer sa propre position par rapport à eux.

Précision GPS

La précision typique de la détermination des coordonnées par les récepteurs GPS dans le plan horizontal est d'environ 1 à 2 mètres (à condition d'avoir une bonne visibilité du ciel). La précision de la détermination de l'altitude au-dessus du niveau de la mer est généralement 2 à 5 fois inférieure à la précision de la détermination des coordonnées dans les mêmes conditions (c'est-à-dire, dans des conditions idéales, 2 à 10 mètres).

Le niveau de réception des signaux des satellites, et par conséquent la précision de la détermination des coordonnées, se détériore sous le feuillage dense des arbres ou en raison de nuages ​​très épais. De plus, la réception normale des signaux GPS peut être altérée par les interférences provenant de nombreuses sources radio terrestres. Cependant, le principal facteur affectant la diminution de la précision du GPS est une visibilité incomplète du ciel. Cela est particulièrement évident lorsque le récepteur GPS est situé dans des zones urbaines denses, lorsqu'une partie importante du ciel est masquée par des bâtiments, des auvents et d'autres obstacles à proximité. La précision de la détermination des coordonnées peut descendre jusqu'à 20-30 mètres, et parfois plus. Les obstacles ne laissent pas passer les signaux de certains satellites potentiellement disponibles en un point donné de la Terre. Cela conduit au fait que les calculs sont effectués en utilisant un plus petit nombre de signaux provenant de satellites situés principalement dans un secteur du ciel. Le déplacement s'effectue généralement dans un plan perpendiculaire à l'obstacle.

En général, si nous parlons de la précision du GPS en conditions urbaines, sur la base des données statistiques accumulées et de notre propre expérience, nous pouvons tirer les conclusions suivantes. La précision de la détermination des coordonnées lorsque le véhicule se trouve dans une zone ouverte (parking, place, etc.) et lors de la conduite sur des autoroutes principales et des routes à plusieurs voies sera de 1 à 2 mètres. Lorsque vous conduisez dans des rues étroites, en particulier lorsqu'elles sont bordées de maisons rapprochées, la précision sera de 4 à 10 mètres. Lorsque la voiture se trouve dans des « puits de cour », très proches d'immeubles de grande hauteur, etc. la précision peut descendre jusqu'à 20-30 mètres.

Bien entendu, la précision de la détermination des coordonnées dépend en grande partie de la qualité du récepteur GPS lui-même, ainsi que des antennes utilisées et de leur placement correct sur le véhicule.

Précision des mesures l'utilisation de GLONASS/GPS dépend de la conception et de la classe du récepteur, du nombre et de l'emplacement des satellites (en temps réel), de l'état de l'ionosphère et de l'atmosphère terrestre (nuages ​​épais, etc.), de la présence d'interférences et d'autres facteurs. .

Les appareils GPS « domestiques », destinés aux utilisateurs « civils », ont une erreur de mesure comprise entre ±3-5 m et ±50 m et plus (en moyenne, la précision réelle, avec une interférence minimale, s'il s'agit de nouveaux modèles, est ±5-15 mètres dans le respect de). La précision maximale possible atteint +/- 2-3 mètres horizontalement. Hauteur - de ±10-50 m à ±100-150 mètres. L'altimètre sera plus précis si vous calibrez le baromètre numérique par le point le plus proche avec une altitude exacte connue (d'après un atlas régulier, par exemple) sur un terrain plat ou par la pression atmosphérique connue (si elle ne change pas trop rapidement lorsque la météo changements).

Mètres de haute précision de « classe géodésique » - plus précis de deux ou trois ordres de grandeur (jusqu'à un centimètre, en plan et en hauteur). La précision réelle des mesures est déterminée par divers facteurs, par exemple la distance de la station de base (de correction) la plus proche dans la zone de service du système, la multiplicité (le nombre de mesures/accumulations répétées en un point), le contrôle qualité approprié du travail , le niveau de formation et l'expérience pratique du spécialiste. De tels équipements de haute précision ne peuvent être utilisés que par des organisations spécialisées, des services spéciaux et des militaires.

Pour améliorer la précision de la navigation Il est recommandé d'utiliser un récepteur Glanas/GPS multisystème - dans un espace ouvert (il n'y a pas de bâtiments à proximité ni d'arbres en surplomb) avec un terrain assez plat, et de connecter une antenne externe supplémentaire. À des fins de marketing, ces appareils sont crédités d'une «double fiabilité et précision» (en référence aux deux systèmes satellites utilisés simultanément, Glonass et Gypies), mais l'amélioration réelle des paramètres (précision accrue de la détermination des coordonnées) ne peut atteindre que plusieurs dizaines de pour cent. Seule une réduction notable du temps de démarrage à chaud et de la durée de mesure est possible.

La qualité des mesures GPS se détériore si les satellites sont situés dans le ciel dans un faisceau dense ou sur une seule ligne et « loin » - près de l'horizon (tout cela s'appelle « mauvaise géométrie ») et qu'il y a des interférences de signal (immeubles de grande hauteur blocage, réflexion du signal, arbres, montagnes escarpées à proximité). Du côté jour de la Terre (actuellement éclairé par le Soleil) - après avoir traversé le plasma ionosphérique, les signaux radio sont affaiblis et déformés d'un ordre de grandeur plus fort que du côté nuit. Lors d'une tempête géomagnétique, après de puissantes éruptions solaires, des interruptions et de longues interruptions du fonctionnement des équipements de navigation par satellite sont possibles.

La précision réelle du GPS dépend du type de récepteur GPS et des caractéristiques de collecte et de traitement des données. Plus il y a de canaux (il doit y en avoir au moins 8) dans le navigateur, plus les paramètres corrects sont déterminés avec précision et rapidité. Lors de la réception de « données auxiliaires du serveur de localisation A-GPS » via Internet (via transfert de données par paquets, dans les téléphones et smartphones), la vitesse de détermination des coordonnées et de l'emplacement sur la carte augmente.

WAAS (Wide Area Augmentation System, sur le continent américain) et EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Services, en Europe) - sous-systèmes différentiels transmettant par géostationnaire (à des altitudes de 36 000 km dans les latitudes inférieures à 40 000 kilomètres au-dessus des latitudes moyennes et élevées) les satellites corrigent les informations vers les récepteurs G P S (des corrections sont introduites). Ils peuvent améliorer la qualité du positionnement d'un mobile (terrain, récepteur mobile) si des stations de correction de base au sol (récepteurs de signaux de référence fixes disposant déjà d'une référence de coordonnées de haute précision) sont localisées et fonctionnent à proximité. Dans ce cas, les récepteurs de terrain et de base doivent suivre simultanément les satellites du même nom.

Pour augmenter la vitesse de mesure Il est recommandé d'utiliser un récepteur multicanal (8 canaux ou plus), multisystème (Glonas/Gps) avec une antenne externe. Au moins trois satellites GPS et deux satellites GLONASS doivent être visibles. Plus il y en a, meilleur est le résultat. Une bonne visibilité du ciel (horizon ouvert) est également nécessaire.

Un démarrage rapide, « à chaud » (durée dans les premières secondes) ou « à chaud » (une demi-minute ou une minute, dans le temps) de l'appareil récepteur est possible s'il contient un almanach à jour et récent. Dans le cas où le navigateur n'a pas été utilisé pendant une longue période, le récepteur est obligé de recevoir l'almanach complet et, lorsqu'il est allumé, un démarrage à froid sera effectué (si l'appareil prend en charge AGPS, alors plus rapidement - jusqu'à quelques secondes).

Pour déterminer uniquement les coordonnées horizontales (latitude/longitude), les signaux de trois satellites peuvent suffire. Pour obtenir des coordonnées tridimensionnelles (avec hauteur), au moins quatre coordonnées sont nécessaires.

Erreur spéciale

La principale cause des erreurs de données GPS n’est plus un problème. Le 2 mai 2000, à 5 h 05 (MEZ), la soi-disant erreur spéciale (SA) a été désactivée. Une erreur particulière est une falsification artificielle de l'heure dans le signal L1 transmis par le satellite. Pour les récepteurs GPS civils, cette erreur a conduit à une détermination moins précise des coordonnées. (erreur d'environ 50 m en quelques minutes).

De plus, les données reçues étaient transmises avec moins de précision, ce qui signifie que la position transmise du satellite n'était pas correcte. Ainsi, en quelques heures, il y a une imprécision de 50 à 150 m dans les données de position. À l'époque où l'erreur spéciale était active, les appareils GPS civils avaient une imprécision d'environ 10 mètres, et aujourd'hui elle est de 20 ou généralement même moins. . La désactivation de l'erreur d'échantillonnage a principalement amélioré la précision des données d'altitude.

La raison de cette erreur particulière était la sécurité. Par exemple, les terroristes ne devraient pas être en mesure de détecter d’importants chantiers de construction à l’aide d’armes télécommandées. Lors de la première guerre du Golfe en 1990, l'erreur spéciale a été partiellement désactivée car... Les troupes américaines manquaient de récepteurs GPS militaires. 10 000 appareils GPS civils (Magellan et Trimble) ont été achetés, ce qui a permis de naviguer librement et avec précision en terrain désertique. L'erreur spéciale a été désactivée en raison de l'utilisation généralisée des systèmes GPS dans le monde entier. Les deux graphiques suivants montrent comment la précision de la détermination des coordonnées a changé après la désactivation de l'erreur spéciale. La longueur de la limite des diagrammes est de 200 mètres, les données ont été obtenues le 1er mai 2000 et le 3 mai 2000, dans un délai de 24 heures chacun. Alors que les coordonnées avec une erreur particulière se situent dans un rayon de 45 mètres, sans cette erreur, 95 % de tous les points se trouvent dans un rayon de 6,3 mètres.

"Géométrie des satellites"

Un autre facteur qui affecte la précision de la détermination des coordonnées est la « géométrie des satellites ». La géométrie des satellites décrit les positions des satellites les uns par rapport aux autres du point de vue du récepteur.

Si le récepteur voit 4 satellites et qu'ils sont tous situés, par exemple, au nord-ouest, cela conduira à une « mauvaise » géométrie. Dans le pire des cas, la détection de localisation sera totalement impossible lorsque toutes les distances détectées pointent dans la même direction. Même si l'emplacement est reconnu, l'erreur peut atteindre 100 à 150 M. Si ces 4 satellites sont bien répartis dans le ciel, alors la précision de l'emplacement déterminé sera beaucoup plus élevée. Supposons que les satellites soient situés au nord, à l'est, au sud et à l'ouest, formant des angles de 90 degrés les uns par rapport aux autres. Dans ce cas, les distances peuvent être mesurées dans quatre directions différentes, ce qui caractérise une « bonne » géométrie des satellites.

Si deux satellites sont dans la meilleure position par rapport au récepteur, alors l'angle entre le récepteur et les satellites est de 90 degrés. Le temps de parcours du signal ne peut pas être absolument certain, comme indiqué précédemment. C’est pourquoi les positions possibles sont marquées par des cercles noirs. Le point d'intersection (A) des deux cercles est assez petit et est indiqué par un champ carré bleu, ce qui signifie que les coordonnées déterminées seront assez précises.

Si les satellites sont situés presque sur une ligne par rapport au récepteur, alors, comme vous pouvez le constater, nous obtiendrons une zone plus grande au niveau du réticule, et donc moins de précision.

La géométrie des satellites dépend également beaucoup des grandes voitures ou du fait que vous utilisez l'instrument dans une voiture. Si l'un des signaux est bloqué, les satellites restants tenteront de déterminer les coordonnées, si cela est possible. Cela peut souvent se produire dans les bâtiments lorsque l’on se trouve à proximité des fenêtres. Si la détermination de l'emplacement est possible, dans la plupart des cas, elle ne sera pas précise. Plus une partie du ciel est bloquée par un objet, plus il devient difficile d'en déterminer les coordonnées.

La plupart des récepteurs GPS affichent non seulement le nombre de satellites « capturés », mais également leur position dans le ciel. Cela permet à l'utilisateur de juger si un satellite particulier est masqué par un objet et si les données deviendront inexactes en se déplaçant de quelques mètres seulement.

Les fabricants de la plupart des instruments fournissent leur propre formulation de la précision des valeurs mesurées, qui dépend principalement de divers facteurs. (dont le constructeur hésite à parler).

Les valeurs DOP (Dilution of Precision) sont principalement utilisées pour déterminer la qualité de la géométrie des satellites. Selon les facteurs utilisés pour calculer les valeurs DOP, différentes options sont possibles :

• RGPD(Dilution Géométrique De Précision); Précision totale ; Coordonnées 3D et heure
• PDOP(Dilution Positionnelle De Précision) ; Précision du positionnement ; Coordonnées 3D
• HDOP(Dilution horizontale de précision); Précision horizontale ; Coordonnées 2D
• VDOP(Dilution verticale de précision); Précision verticale ; hauteur
• TDOP(Dilution temporelle de la précision); précision temporelle; temps

Les valeurs HDOP inférieures à 4 sont bonnes, celles supérieures à 8 sont mauvaises. Les valeurs HDOP deviennent pires si les satellites « capturés » sont haut dans le ciel au-dessus du récepteur. D'un autre côté, les valeurs VDOP se détériorent à mesure que les satellites sont proches de l'horizon, et les valeurs PDOP sont bonnes lorsqu'il y a des satellites directement au-dessus et trois autres répartis à l'horizon. Pour une détermination précise de l'emplacement, la valeur GDOP ne doit pas être inférieure à 5. Les valeurs PDOP, HDOP et VDOP font partie des données NMEA GPGSA.

La géométrie des satellites ne provoque pas d'erreur dans la détermination de la position, qui peut être mesurée en mètres. En fait, la valeur DOP amplifie d’autres inexactitudes. Les valeurs DOP élevées augmentent davantage les autres erreurs que les valeurs DOP faibles.

L'erreur qui se produit lors de la détermination de la position en raison de la géométrie des satellites dépend également de la latitude à laquelle se trouve le récepteur. Ceci est illustré dans les diagrammes ci-dessous. Le diagramme de gauche montre l'incertitude de hauteur (la courbe est représentée avec une erreur spéciale au début) qui a été enregistrée à Wuhan (Chine). Wuhan est située à 30,5° de latitude nord et constitue le meilleur endroit où la constellation de satellites est toujours parfaite. Le diagramme de droite montre le même intervalle enregistré pris à la station Kasei en Antarctique (latitude 66,3°S). En raison de la constellation de satellites loin d’être idéale à cette latitude, des erreurs plus graves se produisaient de temps en temps. De plus, l'erreur est due à l'influence de l'atmosphère - plus les pôles sont proches, plus l'erreur est grande.

Orbites des satellites

Bien que les satellites se trouvent sur des orbites assez bien définies, de légers écarts par rapport aux orbites sont encore possibles en raison de la gravité. Le Soleil et la Lune ont peu d'influence sur les orbites. Les données d'orbite sont constamment ajustées et corrigées et sont régulièrement envoyées au récepteur dans la mémoire empirique. Par conséquent, l’impact sur la précision la détermination de l'emplacement est assez petite et si une erreur se produit, elle ne dépasse pas 2 mètres.

Effets des réflexions du signal

L'effet se produit en raison de la réflexion des signaux satellites d'autres objets. Pour les signaux GPS, cet effet se produit principalement à proximité de grands bâtiments ou d'autres objets. Le signal réfléchi prend plus de temps à se produire que le signal direct. L'erreur ne sera que de quelques mètres.

Effets atmosphériques

Une autre source d'imprécision est la diminution de la vitesse de propagation du signal dans la troposphère et l'ionosphère. La vitesse de propagation du signal dans l'espace est égale à la vitesse de la lumière, mais dans l'ionosphère et la troposphère, elle est inférieure. Dans l'atmosphère, à une altitude de 80 à 400 km, l'énergie du soleil crée un grand nombre d'ions chargés positivement. Les électrons et les ions sont concentrés dans les quatre couches conductrices de l'ionosphère (couches D, E, F1 et F2).
Ces couches réfractent les ondes électromagnétiques émanant des satellites, ce qui augmente le temps de parcours des signaux. Fondamentalement, ces erreurs sont corrigées par les actions informatiques du récepteur. Diverses options de vitesse lors du passage à travers l'ionosphère pour les basses et hautes fréquences sont bien connues pour des conditions normales. Ces valeurs sont utilisées lors du calcul des coordonnées de localisation. Cependant, les récepteurs civils sont incapables de s'adapter aux changements inattendus dans la transmission du signal, qui peuvent être provoqués par de forts vents solaires.

On sait que lors du passage de l'ionosphère, les ondes électromagnétiques ralentissent en proportion inverse de l'aire de leur fréquence (1/f2). Cela signifie que les ondes électromagnétiques basse fréquence ralentissent plus rapidement que les ondes électromagnétiques haute fréquence. Si les signaux hautes et basses fréquences qui parviennent au récepteur permettaient d'analyser la différence entre leurs temps d'arrivée, alors le temps de passage dans l'ionosphère serait également calculé. Les récepteurs GPS militaires utilisent des signaux de deux fréquences (L1 et L2), qui se comportent différemment dans l'ionosphère, ce qui élimine une autre erreur de calcul.

L’influence de la troposphère est la deuxième raison pour laquelle le temps de parcours du signal augmente en raison de la réfraction. Les causes de la réfraction sont différentes concentrations de vapeur d'eau dans la troposphère, en fonction des conditions météorologiques. Cette erreur n'est pas aussi importante que celle qui se produit lors du passage à travers l'ionosphère, mais elle ne peut être éliminée par calcul. Pour corriger cette erreur, une correction approximative est utilisée dans le calcul.

Les deux graphiques suivants montrent l'erreur ionosphérique. Les données présentées à gauche ont été obtenues avec un récepteur monofréquence, qui ne peut pas corriger l'erreur ionosphérique. Le graphique de droite a été obtenu avec un récepteur bi-fréquence capable de corriger l’erreur ionosphérique. Les deux diagrammes ont à peu près la même échelle (Gauche : Latitude -15m à +10m, Longitude -10m à +20m. Droite : Latitude -12m à +8m, Longitude -10m à +20m). Le graphique de droite montre une plus grande précision.

En utilisant WAAS et EGNOS, vous pouvez configurer des « cartes » des conditions météorologiques sur différentes régions. Les données corrigées sont envoyées au récepteur et améliorent considérablement la précision.

Imprécision de l'horloge et erreurs d'arrondi

Même si l'heure du récepteur est synchronisée avec l'heure du satellite lors de la détermination de la position, il existe toujours une imprécision temporelle, ce qui entraîne une erreur de 2 m dans la détermination de la position. Les erreurs d'arrondi et de calcul du récepteur ont une erreur d'environ 1 m.

Effets relativistes

Cette section ne fournit pas une explication complète de la théorie de la relativité. Dans la vie de tous les jours, nous ne sommes pas conscients de l’importance de la théorie de la relativité. Cependant, cette théorie affecte de nombreux processus, notamment le bon fonctionnement du système GPS. Cette influence sera brièvement expliquée ci-dessous.

Comme nous le savons, le temps est l'un des principaux facteurs de la navigation GPS et doit être égal à 20 à 30 nanosecondes pour garantir la précision nécessaire. Il faut donc tenir compte de la vitesse des satellites (environ 12 000 km/h)

Quiconque a déjà rencontré la théorie de la relativité sait que le temps s'écoule plus lentement à des vitesses élevées. Pour les satellites, qui se déplacent à une vitesse de 3 874 m/s, l’horloge tourne plus lentement que pour la Terre. Ce temps relativiste entraîne une imprécision temporelle d'environ 7,2 microsecondes par jour (1 microseconde = 10-6 secondes). La théorie de la relativité affirme également que le temps se déplace d’autant plus lentement que le champ gravitationnel est fort. Pour un observateur à la surface de la Terre, l'horloge du satellite fonctionnera plus vite (puisque le satellite est 20 000 km plus haut et est soumis à moins de forces gravitationnelles que l'observateur). Et c’est la deuxième raison de cet effet, six fois plus fort que l’imprécision évoquée un peu plus haut.

En général, les horloges des satellites semblent aller un peu plus vite. L'écart de temps pour un observateur sur Terre serait de 38 microsecondes par jour et entraînerait une erreur totale de 10 km par jour. Pour éviter cette erreur, il n’est pas nécessaire de procéder constamment à des ajustements. La fréquence d'horloge des satellites a été réglée à 10,229999995453 MHz au lieu de 10,23 MHz, mais les données sont utilisées comme si elles avaient une fréquence standard de 10,23 MHz. Cette astuce a résolu une fois pour toutes le problème de l’effet relativiste.

Mais il existe un autre effet relativiste qui n'est pas pris en compte lors de la détermination de la localisation à l'aide du système GPS. C'est ce qu'on appelle l'effet Sagnak et est dû au fait que l'observateur à la surface de la Terre se déplace également constamment à une vitesse de 500 m/s (vitesse à l'équateur) en raison de la rotation de la planète. Mais l’influence de cet effet est faible et son ajustement est difficile à calculer, car dépend de la direction du mouvement. Cet effet n’est donc pris en compte que dans des cas particuliers.

Les erreurs du système GPS sont indiquées dans le tableau suivant. Les valeurs partielles ne sont pas des valeurs constantes, mais sont sujettes à des différences. Tous les chiffres sont des valeurs approximatives.