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DRT GI. enseignement EA master 2003. 1 Géo-positionnement et Systèmes dinformation géographique - Baptiste Burles - DRT Génie informatique.

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1 DRT GI. enseignement EA master Géo-positionnement et Systèmes dinformation géographique - Baptiste Burles - DRT Génie informatique

2 DRT GI. enseignement EA master Sommaire 1 – Technologies de positionnement 2 – Communication mobile 3 – Applications de géo-positionnement

3 DRT GI. enseignement EA master Technologies de positionnement GPS : Global Positioning System Historique Structure et composantes GPS Principe de positionnement Fonctionnement : fréquence, codage, transmission… Technologies complémentaires et alternatives

4 DRT GI. enseignement EA master GPS : Historique Étude lancé dans les années 70 par le DoD. Objectif : un système de repérage globale. Février 1978 : premier satellite GPS : Signaux GPS accessible aux civils : Précision dégradé : GPS déclaré opérationnel : Les restrictions daccès sont supprimées.

5 DRT GI. enseignement EA master GPS : Structure Le segment spatial : 24 satellites à km. Révolution en 12 heures. Horloge atomique pour énergie et précision. Transmet signaux horaires et éphémérides. Le segment de contrôle : 5 stations terrestres. Suivi des satellites. Corrections des erreurs de position. Le segment utilisateur : récepteur GPS Mesure distance récepteur – satellite. Calcul position utilisateur.

6 DRT GI. enseignement EA master GPS : Principe de positionnement Principe : Utilisation des coordonnées des satellites X2,Y2,Z2 et T2 X,Y,Z et T X1,Y1,Z1 et T1 X3,Y3,Z3 et T3 R1 R2 R3

7 DRT GI. enseignement EA master GPS : Fréquence et codage Fréquence de communication : 1783 MHz 2275 MHz Segment utilisateur : L MHz en BPSK L MHz en QPSK. Segment de contrôle Codage de linformation (segment utilisateur) : Modulation BPSK ou QPSK Ou exclusif Données Code P Code C/A Chaque satellite a son propre code C/A (coarse acquisition ) et code P (protected).

8 DRT GI. enseignement EA master GPS : Transmission et réception Transmission : 5 trames de 30 bits (temps UTC, position satellite, état satellite…) sont envoyées. Les trames sont codées par le code C/A et le code P. Réception : Le récepteur civil connaît tous les codes C/A des 24 satellites Auto corrélation entre le signal reçu et un signal interne généré par récepteur. Ce signal interne est obtenu entre horloge récepteur et choix dun code C/A. Enfin, décodage et vérification de la cohérence des informations.

9 DRT GI. enseignement EA master GPS : Sécurité Dégradation du signal : Par envoi de position satellites erronés pour une région donnée Par désynchronisation des horloges des satellites Codage de linformation par des codes permet : de limiter laccès aux alliés (OTAN) déviter le brouillage de linformation : anti spoffing mais des brouilleurs existent : phrack… Depuis 2000, code P est connu : Précision de +/- 3 mètres pour les civils sans restriction. Militaires ont introduit un nouveau code pour une meilleure précision (code Y)

10 DRT GI. enseignement EA master GPS : NMEA NMEA : National Marine Electronic Association. Récupération des données : standard NMEA 0183 Format textuel : envoi sur liaison série. Exemple de trame NMEA : $IDMSG*,D1,D2,D3,…DnCS[CR][LF] Début du msg Talker id (GP pour GPS) Message id Msg data fields delimiter Ckecksum 2 hexa for 8 bits terminateur Source : IUT Valence. Denis Genon Catalot.

11 DRT GI. enseignement EA master GPS : Conclusion Très bonne précision si les conditions sont réunies : plus de 3 satellites. horloge synchronisé. antenne récepteur en terrain découvert. Mais : Coût de lordre du milliard de dollar par an. Ne fonctionne pas en environnement fermé (bâtiment) Technologies contrôler par armée américaine. En cas de crise quel peut être laccès ?

12 DRT GI. enseignement EA master GPS : Les technologies alternatives GLONASS : GLObal Navigation System Premier satellite lancé en 1982 par URSS Similaire au GPS américain Aucune détérioration du signal civil Mais système à labandon depuis la fin de lURSS (6 satellites…) Aide à la navigation aérienne : But : accroître la précision et la fiabilité du GPS pour la navigation aérienne et maritime Programme EGNOS (Europe) : Utilise les signaux du GPS et du GLONASS Corrections par 3 satellites européens et des stations au sol Programme similaire : WAAS américains (Wide Area Augmentation System) et MSAS japonais (MT Sat - Based Augmentation System )

13 DRT GI. enseignement EA master Le GPS européen : Galileo Pourquoi un GPS européen : problème de la couverture satellite (plus de 3 satellites nécessaires) problème daccès en cas de crise indépendance de lEurope (emploi, recherche) Structure générale de Galileo (en 2005) : 30 satellites dont 3 de secours 2 centres de contrôles Galileo en Europe 20 stations de télémesures réparties sur la terre Lutilisateur est en mesure de recevoir des données dau moins 2 satellites à tout instant Source : European Space Agency.

14 DRT GI. enseignement EA master Le GPS européen : Galileo Fréquence et type de signal : 4 fréquences : 1202 MHz, 1278 MHz, 1561 MHz et 1589 MHz. Différents signaux accessibles : signal dintérêt général : accessible sans autorisation signal commercial : accès payant, protégé par des clés daccès signal dintérêt public : accès restreint à la navigation aérienne, aux militaires, aux péages routiers, aux sauvetages. La réception se fait par un récepteur spécifique. Source : European Space Agency. Récupération des données : Au format XML sur les récepteurs. Ground Segment Data Model & Data Standard (GXML)

15 DRT GI. enseignement EA master Plan 1 – Technologies de positionnement 2 – Communication mobile 3 – Applications de géo-positionnement

16 DRT GI. enseignement EA master Communication mobile : le GSM Objectif du GSM Généralités : notion de cellule, itinérance… Code de linformation : fréquence et sécurité Architecture du système Description des éléments du système

17 DRT GI. enseignement EA master GSM : Objectif GSM : Global System for Mobile Communication Utilisation dune liaison radio entre le téléphone et le réseau Cette liaison radio doit permettre : litinérance (roaming) de lutilisateur à travers le réseau la communication en tout point du réseau : nécessité de réaliser un transfert intercellulaire (handover) Mais : problème de confidentialité : diffusion des ondes radios coût de la fréquence radio : ressource limitée interférences du milieu de lutilisateur mobile : système embarqué : peu de puissance

18 DRT GI. enseignement EA master GSM : Généralités Nécessité dune installation fixe pour gérer litinérance et le transfert Lopérateur doit installer des antennes fixes Chaque antenne définie une cellule Toutes les antennes définissent une zone de couverture propre à lopérateur Les cellules sont de taille variable : macro cellule : 1 à 35 Km micro cellule : 100 m à 1 Km pico cellule : 10 à 100 m

19 DRT GI. enseignement EA master GSM : Généralités Source : Digitel Espagne. F1 F1 F1 F1 F1 F1 F2 F2 F2 F2 F3 F3 F3 F3Cellule Les cellules : chaque cellule a sa fréquence de communication pour éviter de gaspiller les fréquences et dinterférer entre les cellules : technique SDMA Space Division Multiple Access : schéma dattribution des fréquences But : les cellules adjacentes ne doivent pas avoir la même fréquence de communication

20 DRT GI. enseignement EA master GSM : Généralités Gestion du transfert intercellulaire : Couverture radio des cellules MOBILE Zone de couverture de la cellule A C B Puissance en dB Temps Cellule A cellule B Cellule C Source : Digitel Espagne.

21 DRT GI. enseignement EA master GSM : Codage de linformation GSM utilise : la bande 890 – 915 MHz pour antenne vers mobile la bande 935 – 960 MHz pour mobile vers antenne GSM partage laccès aux fréquences : FDMA (Frequency Division Multiple Access) 124 canaux de 200 KHz TDMA (Time Division Multiple Access) 8 tranches de ms par canaux

22 DRT GI. enseignement EA master GSM : Codage de linformation Sécurité des transmissions assuré par : un numéro secret pour lauthentification : International Mobile Subscriber Identity un clé dauthentification Ki (128 bits) une clé de chiffrement Kc (64 bits) 3 algorithmes de chiffrement sont utilisé dans le GSM : A3, A8 et A5 Les algorithmes sont secret ! But : éviter la fraude et lécoute des communications Mais : chiffrement intervient pour la partie radio uniquement Traçage de lutilisateur par les numéros de session dans les bases de lopérateur

23 DRT GI. enseignement EA master GSM : Architecture Le GSM est organisé de la façon suivante : le système radio mobile (Mobile Station) : lutilisateur le système de gestion radio (Base Station Subsystem) : lantenne le sous système réseau (Network Switching Subsystem) interconnexion des antennes le système de gestion réseau (Network Management Subsystem) : supervision du réseau Lensemble forme le Public Land Mobile Network

24 DRT GI. enseignement EA master GSM : Architecture PLMN MSC BTS MSC BSS NSS MS NMS BSC BTS Source : Digitel Espagne.

25 DRT GI. enseignement EA master GSM : la partie MS la partie mobile du système : un terminal une carte à puce Subscriber Identity Module liaison radio avec le réseau La carte SIM contient : les infos liées à la sécurité (IMSI, clé,…) les infos personnelles de labonné (annuaire) la carte SIM permet de changer de terminal Un seul numéro connu de lextérieur : numéro dappel du mobile

26 DRT GI. enseignement EA master GSM : la partie BBS La partie BSS comprend : Base Transceiver Station : Lantenne gère la liaison radio antenne – mobile gère la couche physique et liaison de donnée BSC BTS Base Station Controler : Organe intelligent du BSS Allocation des canaux de communication Gestion itinérance et transfert communication

27 DRT GI. enseignement EA master GSM : la partie NSS et NMS Le sous système réseau NSS : le MSC commutateur MSC : Mobile-services Switching Center donne accès aux base de données du réseau supervise plusieurs BSC assure linterconnexion des BSC, la mobilité, le transfert intercellulaires peut servir de passerelle vers dautres réseaux Le système de gestion réseau NMS : gestion et exploitation du réseau regroupe les base de données des abonnés et des infos de sécurité (clé, numéro SIM…)

28 DRT GI. enseignement EA master GSM : Conclusion Le système GSM : couvre les zones terrestres nécessite une infrastructure lourde permet denvoyer/recevoir la voix et des messages court (SMS) évolue vers des systèmes plus interactifs web, mail, agenda… nouvelle norme : UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), WAP, GPRS (General Packet Radio Service)

29 DRT GI. enseignement EA master Plan 1 – Technologies de positionnement 2 – Communication mobile 3 – Applications de géo-positionnement

30 DRT GI. enseignement EA master Application GPS et GSM GPS : application de positionnement : Navigation civile : localisation navire, aide au positionnement des avions, assistance à la conduite, secours… Relevé topologiques et étude des mouvements terrestres Militaire : navigation, guidage darmement, localisation des troupes…

31 DRT GI. enseignement EA master Application GPS et GSM Application GPS et GSM : But de marier les 2 systèmes : Localisation (GPS) et envoie dinformations (GSM) Gestion de flotte à distance (location de camion, parc de bus urbain…) Traçabilité : gestion de stock à distance, de pièce détaché mais problème de la couverture GSM…

32 DRT GI. enseignement EA master FIN Des remarques ? Des questions ?


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