Cours GNSS

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Cours intitulé :
"GNSS, un peu de théorie pour de meilleures pratiques" dispensé en partenariat avec la CNSGT (chambre syndicale nationale des géomètres topographes)

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Cours GNSS

  1. 1. 1
  2. 2. 2
  3. 3. 3
  4. 4. 4
  5. 5. 5
  6. 6. • La notion de « grandeur » inclus l’unité de mesure et le référentiel de mesure. / Erreur de mesure ne signifie ici pas faute • Choix de l’expérience = Choix de la méthode / Notion de valeur vraie « inaccessible » • Anecdote (vraie ou pas) de Niels Bohr et du baromètre / VIM : Vocabulaire International de Métrologie • Autres notions : Plage/Etendue de mesure / Sensibilité de mesure 6
  7. 7. Exemple de mode d’utilisation d’un instrument pouvant introduire un biais : lecture d’une aiguille devant une graduation avec « parallaxe » 7
  8. 8. Illustration de la résolution : effectuer une mesure de masse avec une balance de Roberval et une série de masses dont la plus petite pèse 100g 8
  9. 9. 9
  10. 10. Confusion y compris souvent dans des datasheets constructeurs 10
  11. 11. 11
  12. 12. 12
  13. 13. Planche de Galton : https://www.youtube.com/watch?v=9xUBhhM4vbM Loi/formule qui décrit très bien les erreurs aléatoires dans les processus de mesure et dans les répétitions de mesures Théorème central limite 13
  14. 14. 14
  15. 15. Théorème central limite Loi/formule qui décrit très bien les erreurs aléatoires dans les processus de mesure 99% ~ 2.576  c’est la formule souvent vue pour la tolérance (à 99%) 15
  16. 16. Géodésie : étude de la forme et des dimensions de la Terre, de sa rotation dans l’espace et de son champs de pesanteur. 16
  17. 17. http://geodesie.ign.fr/index.php?page=srt / http://geodesie.ign.fr/index.php?page=rgf93 / http://perso.ensg.ign.fr/webtest/ITRF/pres.html / http://etrs89.ensg.ign.fr/ La page IGN met RGF93 dans les exemples de SRT : plus rigoureusement, c’est une réalisation d’un SRT. De même, WGS84 désigne à la fois le SRT et sa réalisation Confusions de vocabulaire permanentes entre system / frame / datum / … 17
  18. 18. 18
  19. 19. http://etrs89.ensg.ign.fr/ ITRS : coordonnées pas fixes dans le temps (dérive des plaques) ETRS89 : besoin de coordonnées fixes dans le temps 19
  20. 20. Frame = Cadre 20
  21. 21. Les systèmes de référence pour les DOM sont disponibles ici : http://geodesie.ign.fr/index.php?p=61&page=documentation#titre1 (en bas de la page) 21
  22. 22. 22
  23. 23. 23
  24. 24. 24
  25. 25. 25
  26. 26. 26
  27. 27. Au niveau mondial : -107 à +86 m / En France métropolitaine : 41 à 56 m Pentes max en France : 9.5 cm/km près du Pic du Midi de Bigorre (Pyrénées) 9.1 cm/km près de Bourg d’Oisans (Alpes) Pentes max en Europe (Alpes Autrichiennes) : il y a des zones avec plus de 15 cm/km Pentes max dans le monde (Himalaya) jusqu’à plus de 25 cm/km, à la Réunion, variation relative de la pente de plus de 25 cm/km 27
  28. 28. 28
  29. 29. 29
  30. 30. 30
  31. 31. http://www.bkg.bund.de/nn_172600/geodIS/EVRS/EN/DefEVRS/evrs__node.html__nnn=true 31
  32. 32. f ≈ 15∙ 4∙𝐺∙𝜌∙𝑇2 approximation reliant l’aplatissement, la vitesse de rotation, la densité de la planète et la constante universelle de gravitation 32
  33. 33. 33
  34. 34. 34
  35. 35. Greenwich or not greenwich ? 35
  36. 36. RAF14 devrait être publiée prochainement. 36
  37. 37. 37
  38. 38. La grille GR3D97A mise au point et diffusée par IGN tabule (lat, lon)RGF93  (X, Y, Z) avec une « précision » de l’ordre de 5 cm Elle permet donc les passages (lat, lon, Hellips)RGF93 (lat, lon, Hellips)NTF et en ajoutant la grille RAF09 on peut aussi faire les passages Altitude  Hauteur ellipsoïdale 38
  39. 39. 39
  40. 40. Stabilité des bornes géodésiques… 40
  41. 41. 41
  42. 42. 42
  43. 43. 43
  44. 44. 44
  45. 45. 45
  46. 46. 46
  47. 47. 47
  48. 48. 48
  49. 49. 49
  50. 50. 50
  51. 51. 51
  52. 52. 52
  53. 53. 53
  54. 54. 54
  55. 55. Seul E est représenté sur ces illustrations (B se déduit « automatiquement ») 55
  56. 56. 56
  57. 57. 57
  58. 58. 58
  59. 59. 59
  60. 60. La triangulation elle requiert la mesure d’angles 60
  61. 61. 61
  62. 62. 62
  63. 63. 63
  64. 64. 18 m de large panneaux solaires déployés… 64
  65. 65. 65
  66. 66. L1 = 154 * 10.23 / L2 = 120 * 10.23 Plus précisément 10,22999999543 MHz à cause des corrections relativistes Effet de vitesse (relativité restreinte) : -7 µs par jour : des horloges mobiles retardent / Effet de gravitation (relativité générale) : 45 µs par jour : les horloges avancent si la gravité diminue Total : 38 µs par jour Neil Ashby (spécialiste de la relativité) en 1977 avant le premier lancement : les ingénieurs militaires américains n’avaient pas compensé sur les premiers satellites (ne croyaient pas trop à la relativité) mais avaient ajouté un dispositif permettant de compenser il a fallu l’activer. Tout ça 50 ans après l’établissement de la théorie (1915) et les premières démonstrations expérimentales (1919) 66
  67. 67. FDMA : frequency division multiple access : chaque satellite a sa propre fréquence légèrement différente de celle des autres satellites GLONASS devrait abandonner FDMA d’ici quelques années ce qui améliorera la compatibilité avec GPS 67
  68. 68. 68
  69. 69. 69
  70. 70. 70
  71. 71. 71
  72. 72. 72
  73. 73. c = 299792458 m/s 1 bits ~ 299.8 m environ 73
  74. 74. 74
  75. 75. 75
  76. 76. 76
  77. 77. 77
  78. 78. L’ambiguïté dont il est question ici n’est pas l’ambiguïté dont on parle en GPS de précision centimétrique même si elle est de même nature. On « oublie » souvent celle-ci car elle est facile à déterminer. 78
  79. 79. 𝛿 désigne des corrections de distances géométriques dues à divers phénomènes r_e : distance entre le récepteur à l’instant de la mesure et le satellite à l’instant d’émission T mesuré inclus la résolution de l’ambiguité de N*1ms 79
  80. 80. Le message de navigation sert également à lever l’ambiguité de 299.8 km du code C/A. La selective availability dégradait cette possibilité… abandonnée en 2000 Levée une première fois pendant la guerre du Golfe en 90-91 pour permettre aux troupes au sol d’utiliser des récepteurs « standard » D’autres systèmes plus « subtils » sont désormais en place. 80
  81. 81. Distance à l’instant de la mesure, c’est-à-dire distance au satellite avec sa position à l’instant d’émission du signal 81
  82. 82. 82
  83. 83. 83
  84. 84. Qualité des différentes sources de données pour le calcul des orbites 84
  85. 85. Naturel = non différentiel et sans mesure ou modélisation fine des sources d’erreur Selective Availability abandonnée en 2000 sous Clinton 85
  86. 86. Variation jour / nuit importante 86
  87. 87. Variation jour / nuit importante 87
  88. 88. En plus des éventuelles perturbations sur les mesures GNSS elles-mêmes, des perturbations sur les transmissions radio sont possibles. 88
  89. 89. 89
  90. 90. Attention aux subtilités des DOP en mode GPS+GLONASS et du DOP en mode différentiel qui peut ne rien vouloir dire pour des grandes lignes de base. Privilégier le GDOP (Global DOP). Effecteur des contrôles a posteriori Limites en GDOP à 3-4 pour nos applications DOP en GPS seul se décalle de 4 minutes / jour 90 minutes par jour pour Glonass seul 90
  91. 91. Calcul du masque dans des zones type corridor (rues) Outil Excel fourni 91
  92. 92. Calcul du masque dans des zones type corridor (rues) 92
  93. 93. Calcul du masque dans des zones type corridor (rues) 93
  94. 94. Calcul du masque dans des zones type corridor (rues) 94
  95. 95. Calcul du masque dans des zones type corridor (rues) 95
  96. 96. 96
  97. 97. 97
  98. 98. Changement de polarisation de l’onde par reflexion Baisse du rapport signal/bruit RHCP = Right Hand Circular Polarization / Left Hand Circular Polarization 98
  99. 99. Appellation DGPD normalement réservée à ce calcul différentiel uniquement sur le code. 99
  100. 100. Parkinson and Enge (1996) Valable en mesure de code et en mesure de phase 100
  101. 101. 101
  102. 102. Les biais GLONASS sont appelés ICB (inter channel biais) dans la littérature. Ces biais jouent dans les mesures haute précision en mesure de phase. 102
  103. 103. 103
  104. 104. Attention à ne pas confondre la précision des mesures brutes (de phase ou de code) avec leur résolution qui est souvent le chiffre donné dans les datasheets des récepteurs 104
  105. 105. 105
  106. 106. 106
  107. 107. En mode RTK/cinématique, attention aux cheminements entre 2 points : pas d’obstructions, passages sous pont, arbres, etc. Bien garder l’antenne en vue du ciel et aussi horizontale que possible. En mode statique, choix du site de mesure. 107
  108. 108. 108
  109. 109. Quelques mots de vocabulaire (pour recherches ultérieures) : Geometric free / Ionosphere free / narrow lane (NL) / wide lane (WL) http://www.navipedia.net/index.php/Combination_of_GNSS_Measurements 109
  110. 110. En statique (ou avec une bonne estimation de la trajectoire du point), on peut aussi vérifier que le point d’intersection ne bouge pas (ou suis la trajectoire prévue), alors que les autres vont se déplacer/disparaitre/apparaitre avec le défilement des satellites 110
  111. 111. Le choix est fait par les logiciels, mais tous ne donnent pas de visibilité sur les critères de choix ni d’indicateurs de contrôle qualité détaillés. 111
  112. 112. 112
  113. 113. 113
  114. 114. 114
  115. 115. 115
  116. 116. Choke Rings 116
  117. 117. 117
  118. 118. * Sauf systèmes type Leica avec mètre intégré à l’embase Attention à l’état de la pointe sur canne Vérifier le bullage au début ET à la fin de la mise en station 118
  119. 119. 119
  120. 120. 120
  121. 121. 121
  122. 122. 122
  123. 123. 123
  124. 124. Cet écart varie d’une antenne à une autre car la méthode de calibration relative n’était pas « parfaite » (sinon il aurait suffit de faire la calibration absolue de l’antenne AOA et d’en déduire la calibration absolue de toutes les autres…) 124
  125. 125. 125
  126. 126. PPP : Precise Point Positionning 126
  127. 127. Sources d’erreur pour du positionnement. Pour du timing vs temps GPS, il faut ajouter les délais liés à l’antenne, les câbles, l’électronique. 127
  128. 128. Non respect des normes (ou normes mal définie par rapport à l’arrivée de nouveaux signaux) et ICD par les différents constructeurs… 128
  129. 129. Sources d’erreur pour du positionnement. Pour du timing vs temps GPS, il faut ajouter les délais liés à l’antenne, les câbles, l’électronique. Latence en mode radio UHF/Bluetooth << lantence GSM/GPRS/3G 129
  130. 130. Configuration d’un récepteur Javad 130
  131. 131. Pas abordé : traitements avec une base qui bouge, traitements couplés avec centrale inertielle, … 131
  132. 132. cinématique : PPK ou RTK (post-processing kinematic) ou real-time kinematic OTF : on the fly (ambiguity resolution) 132
  133. 133. 133
  134. 134. 134
  135. 135. 135
  136. 136. 136
  137. 137. Effet de la coupure réduit au minimum = période avec une solution de type fixed maximisées Contrôle qualité via l’analyse de l’écart « forward-reverse » 137
  138. 138. 138
  139. 139. Transformation ITRF08 <-> ETRF00 : MemoV8 : permet d’aller dans RGF93 avec une bonne précision Mode « secours » Export pour se rattacher à ITRS en l’absence d’infrastructure géodésique 139
  140. 140. Temps réel réseau : 1 seul opérateur simultanément Post-traitement multi-stations : tout le RGP : beaucoup plus de stations 140
  141. 141. 141
  142. 142. • VRS (Virtual Reference Station), PRS (Pseudo Reference Station), • FKP (Flächen Korrektur Parameter) , IMAC (Individualised Master Auxiliay Concept) • MAC (Master Auxiliary Concept) 142
  143. 143. 143
  144. 144. nanu = notice advisory to navstar users nagu = notice advisory to glonass users Si possible, systématiquement activer l’enregistrement des données brutes pour post-traitement CN0 ~ Rapport signal sur bruit 144
  145. 145. 145
  146. 146. 146
  147. 147. 147
  148. 148. 148
  149. 149. 149
  150. 150. 150
  151. 151. 151
  152. 152. Corrélations temporelles visibles en Z 152
  153. 153. 153
  154. 154. Tests de normalité 154
  155. 155. Tests de normalité 155
  156. 156. 156
  157. 157. 157
  158. 158. 158
  159. 159. 159
  160. 160. 160

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