JOURNEE GNSS ET LA SCIENCE

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1 JOURNEE GNSS ET LA SCIENCE Bernard BONHOURE CNES 29 janvier 2015 Paris, CNES, Salle de l Espace 1

2 INTRODUCTION GNSS Global Navigation Satellite Systems AU SERVICE DE LA NAVIGATION ET DE LA SCIENCE Mission initiale militaire pour le GPS, premier tir 1978, GPS opérationnel 1994 Services de positionnement à quelques mètres de précision basé sur l observable de pseudo-distance Service de temps déjà relativement précis à quelques dizaines de nano-secondes Accès aux observables de phase et Doppler permet l accès au positionnement précis sur Terre et dans l Espace et également au temps/fréquence sous la dizaine de nano-secondes 2 ordres de grandeur de mieux pour la précision de mesure de phase (ambiguë) par rapport à la mesure de code 2

3 DE SPOUTNIK AUX SATELLITES GNSS HIER SPOUTNIK LES GNSS, «LE» SYSTÈME UNIVERSEL DES HORLOGES ATOMIQUES DE HAUTE STABILITE 1978 Premier tir GPS 3 4 octobre 1957 Emetteurs 1W Fréquences 20 & 40 MHz Altitude km 84 kg, batteries Aujourd hui GPS, GLONASS, Multi-Fréquence GHz Altitude MEO km GALILEO 700 kg, 1500W

4 TRANSMISSION DES SIGNAUX GNSS EXEMPLE DE LA CONSTELLATION GALILEO à KM D ALTITUDE PUISSANCE EMISE DE QUELQUES DIZAINES DE WATTS PAR SIGNAL, QUELQUES W RECUS SUR TERRE EFFETS RELATIVISTES ET ATMOSPHERIQUES : A CORRIGER POUR LA NAVIGATION, A ETUDIER POUR LA SCIENCE IONO Ionosphère Troposphère Images inclues : ESA 4

5 LES SIGNAUX POUR LA SCIENCE AUJOURD HUI UNE BASE BI-FREQUENCE L1/L2 GPS & GLONASS ~30 SATELLITES GPS & 24 SATELLITES GLONASS CDMA POUR GPS ET FDMA POUR GLONASS STABILITES DES HORLOGES ALLAN A QUELQUES *TAU

6 LES SIGNAUX ET CONSTELLATIONS DU FUTUR OPPORTUNITES TRI-FREQUENCE EN L5/L2/E6/L1 VERS

7 RESEAUX DE RECEPTEURS PERMANENTS : DES MILLIERS DE RECEPTEURS Indispensables aux analyses ou services précis, GPS et GLONASS et plus... Niveaux local (nationaux), régional (EUREF ), mondial (IGS, Trimble ) «Scientifiques» et commerciaux avec flux d observables temps-réel RGP : IGN, TERIA EUREF 7 IGS

8 RESEAU MGEX IGS : ARRIVEE DU QUADRI-CONSTELLATION TEMPS-REEL Extension à GPS/GLONASS/GALILEO/BEIDOU + QZSS, SBAS Flux temps-réel bruts et au nouveau standard RTCM MSM Contribution du réseau global REGINA CNES/IGN ~30 stations 8

9 LE POSITIONNEMENT PRECIS PPP, UN SERVICE AUX PORTES DE LA NAVIGATION CORRECTIONS ORBITES/SYNCHRONISATION IGS DISPONIBLES POUR PPP TEMPS-REEL Diffusion sur Caster IGS, accès avec un compte IGS Convergence longue ~30 minutes est une limitation forte SERVICES PPP COMMERCIAUX TEMPS-REEL (TRIMBLE etc ) PPP, UN COMPLEMENT INTERESSANT AUX TECHNIQUES RTK RESEAUX DENSES Solution en zone non couverte réseau denses (océan, côtes, zones blanches ) Convergence rapide < 1 min si diffusion de grilles locales ionosphérique/troposphérique Perspective en tri-fréquence d une levée rapide des ambiguïtés sous quelques minutes 9

10 EXEMPLE DE CORRECTION ORBITO-SYNCHRO EN TEMPS REEL : PPP WIZARD CNES Réseau mondial GPS&GLONASS flux temps-réel observables RTCM Calcul des corrections d orbite et de synchronisation en temps-réel et diffusion sur caster IGS sous 8s, levée des ambiguïtés pour GPS 10 Visibilités stations pour le satellite GPS14 (vert si levée d ambiguïté).57 stations actives tous satellites GPS-GLONASS

11 EXEMPLE DE CALCUL EN TEMPS REEL PPP CNES Calcul avec un algorithme cohérent avec les orbites et horloges dites «entières» Calcul position temps-réel à quelques centimètres après convergence de minutes, ici sur station FFMJ à Francfort 11

12 QUELQUES APPLICATIONS GNSS POUR LA SCIENCE Positionnement précis sub-centimétrique, RTK & PPP, temps différé ou temps-réel, au sol ou espace, géophysique Référence terrestre et tectonique des plaques, déformation croûte terrestre, tremblements de terre, volcans, tsunamis Orientation Terre, potentiel de gravité terrestre Rattachement de temps et fréquence, étude effets relativistes Etudes atmosphériques, signaux directs au sol ou mesure de profils au limbe sur satellite porteur Couches ionosphériques, TEC et scintillations ionosphériques Couche troposphérique, humidité, température, pression Réflectométrie, altimétrie, humidité sol, glace/neige Credit : ESA 12

13 PERSPECTIVES GNSS POUR LA SCIENCE Amélioration des Signaux à l horizon 2020 de plus en plus nombreux, multi-fréquences, stables, large bande, voies pilote et codes longs Infrastructure spatiale et au sol disponible pour positionnement centimétrique temps-réel, quelques millimètres en temps différé Le PPP temps-réel partout Quadri-constellation à l horizon 2020 Moyens de communication corrections orbito-synchro encore à mettre en place hors sphére commerciale Encore beaucoup d applications GNSS à développer et découvrir pour le «couteau suisse» 4D du positionnement et du temps 13 Credit : ESA