ippp: une alternative au traitement GNSS différentiel

Transcription

1 ippp: une alternative au traitement GNSS différentiel Toulouse, novembre 2015 Félix Perosanz Sylvain Loyer Flavien Mercier Jean-Charles Marty 1

2 Equa%ons de mesures GNSS (cas L1,L2 GPS) Horloges récepteur- satellite (une valeur par époque) Inclus les biais hardware satellite et récepteur Ambiguités (en:er par passage) Code Bruit ~m P = 1 P 2 = D D 1 2 +e +γe + Δh + Δh p1 p2 Phase Bruit ~ mm λ λ 1 2 L 1 L 2 = = D + λ D λ 2 d d windup windup e γe + Δh + Δh L1 L2 λ λ 1 2 N N 1 2 Distance géométrique + effets de propaga:on (sauf ionosphère) Phase Wind- Up Ionosphere (premier ordre) Avec : Δh = h i h la différence d horloges récepteur i satellite j j

3 Résolu%on des ambiguïtés (cas L1,L2 GPS) 1. Combinaison Wide- lane / Melbourne Wubbena : L 2 L 1 f ( P P ) 1, 2 ( cτ WSB / λ WL ) = N W ( cτ WRB / λ WL ) τ WSB : Biais «hardware» satellite (combinaison Wide-Lane des biais L1 et L2) τ : Biais «hardware» récepteur (combinaison Wide-Lane des biais L1 et L2) WRB λwl = cm N w = N 2 N 1 2. Combinaison Ionospheric- free γλ L 1 1 λ2 γ 1 ( L + N ) 2 w = D + λ c d windup + Δt λ N c 1 γ = ( λ 1 / λ2 ) λc = 10. 7cm L approche classique consiste à former les DD des ces équations de façon à éliminer les biais WSB et WRB L alternative consiste à traiter les mesures en mode zéro-différence en déterminant les biais WSB et WRB

4 Observation des biais satellites (combinaison WL) Denis Laurichesse et Flavien Mercier (2007) Hypothèses : - Connectivité entre les stations et les satellites - Les biais des satellites varient lentement dans le temps Processus itératif: - A partir d un réseau de récepteurs identiques - Formation de la combinaison WL (geometry-free) - Estimation des biais satellites journaliers - Estimation des biais récepteurs pour tous les types de récepteurs - Re-estimation des biais satellites Une fois que le processus a convergé: Ø La solution des biais au jour J est un très bon a priori pour le jour J+1 Ø L introduction de nouveaux types de récepteurs est «aisée» Jours (01/01/2009)

5 Le Centre d Analyse CNES-CLS de l IGS En 2007, le CNES et CLS se sont associés pour devenir Centre d Analyse de l IGS. Traitements des mesures GNSS en mode «zero-différence» Officiel pour produits GPS : 2 mai 2010 Officiel pour produits GLONASS (+GPS) : 2 janvier 2011 Traitements Galileo depuis septembre 2012 Contribution limitée aux produits précis de l IGS. Basée sur le traitement des données d un réseau global de ~120 stations hybrides GPS/GLONASS/Galileo Hardware WSBs (1/sat/day) Satellite Orbits (300s) IGS Integer Satellite Clocks (30s) 5

6 Propriété des produits (d horloges) Produits GRG : Integer Property of the GRG clock products Overlaps of two successive clock solutions O h 24 h 24+1 hour arc O h 24 h 1 hour overlapping 24+1 hour arc La propriété «entière» des horloges GRG permet: 1 cycle NL (10.7cm) Le traitement ippp D observer le comportement de l horloge du récepteur sur plusieurs journées secondes

7 GET 2013 Traitement ippp WSBs GRG Orbits GRG Sat. Clocks WL combinations - Integer WL (N1-N2) - WL Rec. Biases Iono-Free combinations Single Receiver RINEX i-ppp solution - Integer NL (N1 et N2) - Positions - Tropospheric delays - Rec. clock biases

8 Comparaison répétabilité PPP vs IPPP PPP vs IPPP Solution dynamique d un point statique PPP : en bleu IPPP: en vert (+0.10m) Exemple du la station IGS BRUX (Bruxelles) Cadence : 30 secondes days

9 Solution i-ppp Dynamique Est-Ouest

10 Difference (i-ppp) vs DD Solution Dynamique Est-Ouest

11 POUR DD Le plus performant sur base courte Peu sensibles aux erreurs d orbite Elimination des termes d horloges Pas nécessaire d identifier les biais satellites et récepteurs pour fixer les ambiguïtés entières Temps de convergence très rapide CONTRE DD Nécessite de former des lignes de base Ne mesure que les positions relatives à la station de référence Traitement réseau lourd et sensible aux pb (une station peut affecter l ensemble de la solution) Nécessite une mise en référence POUR ippp Pas de ligne de base à former Traitement rapide Permet d observer le comportement de l horloge du récepteur CONTRE ippp Nécessaire d identifier les biais satellites et récepteurs pour fixer les ambiguïtés entières Nécessite des orbites/horloges précises (issues du traitement d un réseau global) Sensibilité au DOP Temps de convergence fonction des a priori tropo/iono Modélisation très fine des mesures (pas d élimination des «erreurs» par différentiation) Estimation des paramètres troposphériques et horloge récepteur (pénalisant en mode dynamique) 11

12 Attention! Le PPP n est pas «absolu» car relatif aux produits d orbite / horloge utilisés. Les coordonnées sont donc directement exprimées dans le système de référence des produits (pas de mise en référence pour un point isolé!) Elles sont par conséquent cohérentes avec les modèles utilisés pour générer ces produits. Ainsi en mode PPP il n est pas possible de mesurer: Un signal a grande échelle spatiale qui affecte le réseau de référence. Exemple: les marées solides: on ne retrouve que le modèle de départ (comme en double-différence). Un déplacement sub-diurne s il affecte aussi le réseau des stations qui a servi au calcul des orbites/horloges et qui sont considérées comme constantes sur une journée (les signaux résiduels sont «absorbés» par les orbites/horloges) 12

13 Intérêt du (i)ppp Quand on n a pas de station de référence proche Pour des traitements «massifs» Quand on s intéresse au comportement de l horloge du récepteur La fixation des ambiguïtés améliore sensiblement les solutions dynamiques (et peu les solutions journalières) Up kinematic solution km DD [5mm+1ppm] IPPP Baseline length Exemples: Déformation de charge CAL/VAL altimètres Profils hydrologiques Trajectographie de bouées, véhicules, drones, avions Trajectographie de LEO Déformation de glaciers 13

14 Synthèse Le mode de positionnement (i)ppp peut être une alternative à la méthode Double-Différence Le Centre d Analyse CNES-CLS fournit des produits précis d orbite, horloge et biais des satellites GPS Campagne de retraitement IGS REPRO2: produits homogènes disponibles depuis 1998 (ITRF2008) La fixation des ambiguïtés de phase en mode PPP est possible en utilisant ces produits (fixation avant 2004, nous consulter) Le gain est particulièrement sensible en mode cinématique Le logiciel GINS du CNES/GRGS est mis à la disposition des laboratoires scientifiques (formation mars 2016?) 14

15 BONUS 15

16 Mode i-ppp/ppp : mise en garde (1/2) Contient des «artefacts» Sensible à la géométrie de la constellation Parade : Filtrage «sidéral», analyse en ondelettes, Multi-GNSS, Intrinsèquement affecté par des corrélations importantes entre les paramètres estimés qui sont implicitement éliminés par DD différentiation (base courte) Possibilité de «i-ppp différentiel» : en mode statique permet de gérer l ajout ou la suppression d une station beaucoup plus facilement

17 Synthèse Les produits REPRO2 du centre d analyse CNES-CLS de l IGS sont disponibles Possibilité de traitement PPP/IPPP depuis 1998 Le logiciel GINS mis a la disposition de la communauté scientifique Des solutions IPPP temps réel se mettent en place CA CNES-CLS : GRGS : Logiciel GINS Ecole d été 2012 (positionnement précis) bibliographie Plottool :

18 Solution orbite GNSS La cohérence de la solution d orbite est meilleure que 3 cm WRMS (après 2000) Our products are avalaible at the IGS Data Centers sites: Ip://cddis.gsfc.nasa.gov/gps/products/repro2/wwww/gr

19 L ( P ) 2 L1 f 1, P2 Résolu:on des ambiguïtés Step 1 Zero difference wide-lane residuals before and after correction with WSB values WSB L 2 L 1 WSB f cτ / λ ( P P ) WL 1, 2 1 cycle WL The WL ambiguity N W =N 2 N 1 can be fixed to an integer value The Wide- lane Receiver Bias is the remaining frac:onal part (modulo 1 WL cycle)

20 Impact de la paramétrisation

21 Ecole d ete GET 2013

22 22

23 Analyse des résidus Comportement anormal des résidus en fonction du temps 23

24 24

25 La correction d horloge du GPS13 est discontinue 25

26 Analyse des résidus après suppression du satellite GPS13 Une erreur sur 1 seul des satellites impactait quasiment les résidus de l ensemble des observations (via les corrélations des paramètres) Cela rend difficile l analyse de problèmes 26

27 27

28 Solution avec et sans le GPS13 28