LA GEOLOCALISATION. Mise en situation

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1 LA GEOLOCALISATION Mise en situation Connaître sa position a toujours été une préoccupation de l homme qui a développé les moyens nécessaires pour s orienter et se déplacer.

2 LA GEOLOCALISATION Sommaire Les applications Les différents systèmes GPS Principe général Les 3 grandeurs Structure du système Principe de positionnement Transmission et réception d un signal Les coordonnées

3 LA GEOLOCALISATION Les applications Transport aérien Aide à la navigation en vol Optimisation des routes Aide à l atterrissage Guidage des drones

4 LA GEOLOCALISATION Les applications Environnement Collecte automatique de données Surveillance (eaux, forêts, )

5 LA GEOLOCALISATION Les applications Transport routier Appels d urgence Aide à la navigation Gestion des véhicules Suivi des véhicules volés Contrôle du véhicule

6 LA GEOLOCALISATION Les applications Transport maritime Navigation maritime Aide à la pèche Recherche et sauvetage Gestion trafic portuaire Positionnement balises

7 LA GEOLOCALISATION Les applications Positionnement géodésiques Relevés topographiques Relevés cadastraux Météorologie Déformation des infrastructures Géodésie

8 LA GEOLOCALISATION Les applications Transport ferroviaire Optimisation des flux Suivi de marchandise Repérage des moyens de transport

9 LA GEOLOCALISATION Les applications Loisirs Aviation Navigation de plaisance Aide aux randonneurs

10 LA GEOLOCALISATION Les différents systèmes GPS, GALILEO, GLONASS et EGNOS (positionnement et navigation) ARGOS (collecte de données et de localisation) COSPAS SARSAT (Recherche et sauvetage) ALCATEL 9901 IMCT (gestion de véhicule)

11 LE GEO-POSITIONNEMENT Le géo-positionnement est la localisation d une personne ou d un système nomade (véhicule, téléphone, ) à la surface de la terre. Les différents systèmes Le système de positionnement par satellites (GPS, GALILEO, GLONASS et EGNOS) Le système de réseau cellulaire, le GSM

12 GPS Le GPS (Global Positionning System) est un système de positionnement par satellite mis en œuvre par les américains en Ce système est capable de donner sur le globe une position absolue, instantanée, en temps réel, avec une précision de quelques mètres de jour comme de nuit, et quelles que soient les conditions météorologiques.

13 Principe général du GPS Des signaux émis par radio à partir d une constellation de satellites sont reçus par un récepteur au sol, qui en déduit à tout instant et n importe où sur terre, en mer ou dans les airs une datation précise et sa position en latitude, longitude, altitude.

14 Les coordonnées géographiques sont déterminées par 3 grandeurs: La longitude λ: angle orienté entre le plan méridien d origine (Greenwich) et le plan contenant le point M La latitude Φ: angle orienté entre le plan de l équateur et le plan parallèle passant par le point M L altitude h: distance entre le point M et la sphère de référence

15 Structure du système GPS SEGMENT SPATIAL SEGMENT UTILISATEUR SEGMENT CONTROLE

16 SEGMENT SPATIAL comprend 24 satellites NAVSTAR répartis sur 6 orbites à une altitude de km. Les horloges de l ensemble de la constellation sont parfaitement synchronisées (précision de 100ns). Cette répartition spatiale garantit la visibilité en permanence d au moins 6 satellites en tout point du globe.

17 SEGMENT CONTRÔLE surveille et maintient l état de chaque satellite. Il est composé de cinq stations de surveillance au sol dont le rôle est de suivre les satellites pour estimer leur orbite, d ajuster les éphémérides, de modéliser la dérive des horloges et de remettre à jour les paramètres du message de navigation que les satellites diffusent.

18 SEGMENT UTILISATEUR rassemble l ensemble des utilisateurs. Il est formé par des récepteurs GPS qui reçoivent, décodent et traitent les signaux émis par les satellites GPS.

19 Principe de positionnement simple sur le globe

20 Principe de positionnement simple sur le globe Le GPS calcule la position par triangulation : le satellite émet une onde électromagnétique de vitesse connue. le récepteur calcule le temps mis par cette onde pour l atteindre. le récepteur sait alors qu il se trouve sur une sphère centrée sur le satellite.

21 Principe de positionnement simple sur le globe

22

23 Principe de positionnement en altitude: Trois satellites sont donc nécessaires pour connaître la latitude et la longitude. un quatrième satellite est nécessaire pour l altitude. Plus ce dernier sera proche de la verticale de la position du récepteur plus l altitude sera fiable.

24 Transmission et réception d un signal GPS Les signaux se propagent à la vitesse de la lumière Distance = durée x 299, m/s 1µs de retard = 300m de distance Pour atteindre une résolution de l ordre du mètre, il faut une précision de 1ns

25 Transmission et réception d un signal GPS Le récepteur ne connaît pas l heure exacte, mais seulement son écart relatif par rapport aux 3 satellites. Il a alors besoin d un 4 ème satellite pour figer sa position exacte. On obtient alors un système de 4 équations à 4 inconnues x 0, y 0, z 0, t 0.

26 Transmission et réception d un signal GPS 2275 MHz L1: 1575 MHz en QPSK 1783 MHz L2: 1227 MHz en BPSK Segment de contrôle Système réception GPS (antenne, récepteur et affichage)

27 Transmission et réception d un signal GPS Transmission des messages de navigation: L1: 1575 MHz en QPSK Chaque satellite envoi à intervalle de temps régulier un message de navigation (temps UTC, position satellite, état satellite, ). Ce message s effectue par émission de trois types de signaux. L2: 1227 MHz en BPSK Système réception GPS (antenne, récepteur et affichage)

28 Transmission et réception d un signal GPS Premier type de signal: L1: 1575 MHz en QPSK Un message de navigation avec l almanach du système sur la fréquence L1. Le message est constitué de 1500 bits, à 50Hz (durée 30s). Il est appelé trame de communication. L2: 1227 MHz en BPSK Système réception GPS (antenne, récepteur et affichage)

29 Transmission et réception d un signal GPS Premier type de signal: L almanach contient toutes les données sur - le type de satellite - son état de fonctionnement - le calcul précis de son orbite (précision < 1 m) L2: 1227 MHz en BPSK L1: 1575 MHz en QPSK Système réception GPS (antenne, récepteur et affichage)

30 Transmission et réception d un signal GPS Deuxième type de signal: L1: 1575 MHz en QPSK Un code dit C/A (Coarse/Aquisition) au rythme de la milliseconde, permettant la mesure de la distance. Il module L1. Le message de 1023 bits est émis à 1,023 Mbits/s et dure donc 1s. Ce signal peut être dégradé par une erreur volontaire appelée SA (Selective Availability). L2: 1227 MHz en BPSK Système réception GPS (antenne, récepteur et affichage)

31 Transmission et réception d un signal GPS Troisième type de signal: L1: 1575 MHz en QPSK Un code dit P (Precise Code) à intervalles longs est réservé uniquement aux utilisateurs privilégiés du GPS. Ce code est émis sur L1 et L2 à une fréquence 10 fois plus grande de 10,23 Mbits/s. Sa durée est de 7 jours. Les clients utilisent des clés de décryptage. L2: 1227 MHz en BPSK Système réception GPS (antenne, récepteur et affichage)

32 Transmission et réception d un signal GPS Informations complémentaires: -Les fréquences ne traversent ni le béton ni un feuillage dense il est donc nécessaire que le récepteur soit dans une zone dégagée. -La fréquence L2 est réservée exclusivement à l armée américaine. L2: 1227 MHz en BPSK L1: 1575 MHz en QPSK -Chaque satellite possède son C/A et son code P. -Depuis 2000 le code P est connu (précision de +/- 3m pour les civils). Les militaires ont donc introduit le code Y (code antispoofing AS) de meilleure précision. Le code Y est de modulation très lente et ne se répète jamais. Système réception GPS (antenne, récepteur et affichage)

33 Transmission et réception d un signal GPS L1: 1575 MHz en QPSK L2: 1227 MHz en BPSK Système réception GPS (antenne, récepteur et affichage)

34 Transmission et réception d un signal GPS Une fois traitées, les informations issues du récepteur se présentent sous forme de série de trame NMEA 0183 ( National Marine Electronic Association) ou NMEA 2000 selon les appareils utilisés Format de la trame NMEA 0183 $ID MS,D1,D2,D3, Dn* CS[CR][LF] Début du message Type de trame délimiteur Retour chariot saut ligne Données issues du traitement Checksum 2 hexa pour 8 bits Type de récepteur (GP pour GPS)

35 Transmission et réception d un signal GPS Exemple de trame NMEA 0183 $GPRMC,225446,A, ,N, ,W,000.5,054.7,191109,020.3,E*68 GPRMC: Trame RMC (Recommended Minimum Navigation Information ) issue d un GPS = Heure 22:54:46 UTC A = Alerte du logiciel de navigation ( A = OK, V = warning (alerte) ,N = Latitude ' North ,W = Longitude ' West = vitesse au sol = cap (vrai) = Date du fix 19 Novembre ,E = Déclinaison Magnetique 20.3 deg Est *68 = checksum obligatoire Non représentés CR et LF

36 Les coordonnées GPS

37 Les coordonnées GPS Les coordonnées GPS peuvent s écrire en degrés décimaux: N (Nord), E (Est) Les coordonnées GPS peuvent s écrire aussi en degrés minutes secondes: N (Nord), E (Est) Conversion: Pour passer de la mesure décimale à la mesure en degré minute seconde, il faut considérer que les chiffres après la virgule prendront comme repère le cadran d une horloge. Ex: 43, E 0, X 60 = 17, ,78892 X 60 = 47,335 Résultat: E

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