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