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.
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
LA GEOLOCALISATION
Les applications
Transport aérien
Aide à la navigation en vol
Optimisation des routes
Aide à l’atterrissage
Guidage des drones
LA GEOLOCALISATION
Les applications
Environnement
Collecte automatique de données
Surveillance (eaux, forêts, …)
LA GEOLOCALISATION
Les applications
Transport routier
Appels d’urgence
Aide à la navigation
Gestion des véhicules
Suivi des véhicules volés
Contrôle du véhicule
LA GEOLOCALISATION
Les applications
Transport maritime
Navigation maritime
Aide à la pèche
Recherche et sauvetage
Gestion trafic portuaire
Positionnement balises
LA GEOLOCALISATION
Les applications
Géodésie
Positionnement géodésiques
Relevés topographiques
Relevés cadastraux
Météorologie
Déformation des infrastructures
LA GEOLOCALISATION
Les applications
Transport ferroviaire
Optimisation des flux
Suivi de marchandise
Repérage des moyens de transport
LA GEOLOCALISATION
Les applications
Loisirs
Aviation
Navigation de plaisance
Aide aux randonneurs
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)
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
Positionnement par satellites
GPS
Le GPS (Global Positionning System) est un système de
positionnement par satellite mis en œuvre par les
américains en 1970.
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.
Positionnement par satellites
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.
Positionnement par satellites
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
Positionnement par satellites
Structure du système GPS
SEGMENT SPATIAL
SEGMENT CONTROLESEGMENT UTILISATEUR
Positionnement par satellites
SEGMENT SPATIAL comprend 24 satellites NAVSTAR
répartis sur 6 orbites à une altitude de 20184 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.
Positionnement par satellites
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.
Positionnement par satellites
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 .
Positionnement par satellites
Principe de positionnement simple sur le globe
Positionnement par satellites
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.
Positionnement par satellites
Principe de positionnement simple sur le globe
Positionnement par satellites
Positionnement par satellites
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.
Positionnement par satellites
Transmission et réception d’un signal GPS
Les signaux se propagent à la vitesse de la lumière
Distance = durée x 299,79.106 m/s
1µs de retard = 300m de distance
Pour atteindre une résolution de l’ordre du mètre, il faut une précision de 1ns
Positionnement par satellites
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 4ème satellite pour figer sa position exacte.
On obtient alors un système de 4 équations à 4 inconnues x0, y0, z0, t0.
Positionnement par satellites
Transmission et réception d’un signal GPS
Système réception GPS
(antenne, récepteur et
affichage)
Segment de contrôle
2275 MHz
1783 MHz
L1:
1575 MHz en QPSK
L2:
1227 MHz en BPSK
Positionnement par satellites
Transmission et réception d’un signal GPS
Système réception GPS
(antenne, récepteur et
affichage)
L1:
1575 MHz en QPSK
L2:
1227 MHz en BPSK
Transmission des messages de navigation:
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.
Positionnement par satellites
Transmission et réception d’un signal GPS
Système réception GPS
(antenne, récepteur et
affichage)
L1:
1575 MHz en QPSK
L2:
1227 MHz en BPSK
Premier type de signal:
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.
Positionnement par satellites
Transmission et réception d’un signal GPS
Système réception GPS
(antenne, récepteur et
affichage)
L1:
1575 MHz en QPSK
L2:
1227 MHz en BPSK
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)
Positionnement par satellites
Transmission et réception d’un signal GPS
Système réception GPS
(antenne, récepteur et
affichage)
L1:
1575 MHz en QPSK
L2:
1227 MHz en BPSK
Deuxième type de signal:
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).
Positionnement par satellites
Transmission et réception d’un signal GPS
Système réception GPS
(antenne, récepteur et
affichage)
L1:
1575 MHz en QPSK
L2:
1227 MHz en BPSK
Troisième type de signal:
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.
Positionnement par satellites
Transmission et réception d’un signal GPS
Système réception GPS
(antenne, récepteur et
affichage)
L1:
1575 MHz en QPSK
L2:
1227 MHz en BPSK
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.
-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.
Positionnement par satellites
Transmission et réception d’un signal GPS
Système réception GPS
(antenne, récepteur et
affichage)
L1:
1575 MHz en QPSK
L2:
1227 MHz en BPSK
Positionnement par satellites
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 récepteur
(GP pour GPS)
Type de trame
Données issues
du traitement
délimiteur
Checksum
2 hexa pour 8 bits
Retour chariot
saut ligne
Positionnement par satellites
Transmission et réception d’un signal GPS
Exemple de trame NMEA 0183
$GPRMC,225446,A,4916.45,N,12311.12,W,000.5,054.7,191109,020.3,E*68
GPRMC: Trame RMC (Recommended Minimum Navigation Information ) issue
d’un GPS
225446 = Heure 22:54:46 UTC
A = Alerte du logiciel de navigation ( A = OK, V = warning (alerte)
4916.45,N = Latitude 49°16.45' North
12311.12,W = Longitude 123°11.12' West
000.5 = vitesse au sol
054.7 = cap (vrai)
191109 = Date du fix 19 Novembre 2009
020.3,E = Déclinaison Magnetique 20.3 deg Est
*68 = checksum obligatoire
Non représentés CR et LF
Positionnement par satellites
Les coordonnées GPS
Positionnement par satellites
Les coordonnées GPS
Les coordonnées GPS peuvent s’écrire en degrés décimaux:
43.296482° N (Nord), 5.369779999999992° E (Est)
Les coordonnées GPS peuvent s’écrire aussi en degrés minutes secondes:
43° 17’ 47.335’’ N (Nord), 5° 22’ 11.207’’ 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: 43,296482° E
0,296482 X 60 = 17,78892’
0,78892 X 60 = 47,335’’
Résultat: 43° 17’ 47.335’’ E