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1 G.P.S. Global Positioning System. 2 GPS Objectif: Savoir utiliser le GPS et comprendre le fonctionnement.

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1 1 G.P.S. Global Positioning System

2 2 GPS Objectif: Savoir utiliser le GPS et comprendre le fonctionnement.

3 3 GPS Utilité: Se servir du GPS à bon escient.

4 4 GPS PLAN 1)Introduction2)Présentation Généralités Généralités Segment spatial Segment spatial Segment de contrôle Segment de contrôle Segment utilisateur Segment utilisateur 3) Fonctionnement du système GPS 4) Utilisation du GPS en VFR 5) Évolutions et projets en cours 6) Conclusion

5 5 INTRODUCTION

6 6 GPS INTRODUCTION Ces dernières années; on assiste à larrivée des systèmes de navigation par satellites G.N.S.S. Global Navigation Satellite System

7 7 GPS INTRODUCTION A lheure actuelle; il existe deux systèmes en fonctionnement et un autre système en création.

8 8 GPS INTRODUCTION >Système militaire Américain NAV STAR-GPS NAVigation System Time And Ranging- Global Positioning System >Système Soviétique GLONASS GLObal NAvigation Satellite System >Système Européen (en création) GALILEO

9 9 GPS INTRODUCTION Depuis la mise en place des systèmes satellites, de nombreuses applications se sont développées surtout pour le programme NAV STAR opérationnel depuis le 17 Juillet 1995 et appelé de nos jour GPS. Depuis la mise en place des systèmes satellites, de nombreuses applications se sont développées surtout pour le programme NAV STAR opérationnel depuis le 17 Juillet 1995 et appelé de nos jour GPS.

10 10 PRESENTATION

11 11 GPS PRESENTATION Satellites: Ils sont au nombre de 24, leurs orbites sont inclinées à 55° par rapport au plan de léquateur. Ils connaissent leur position dans lespace et lheure précise à chaque instant.

12 12 GPS PRESENTATION En mesurant le temps mis par une onde pour aller dun point à un autre on obtient une distance car: D=T*V Avec V: vitesse de la lumière(300000Km/s) et T=heure darrivée – heure denvoi

13 13 GPS PRESENTATION Le satellite émet continuellement des ondes électromagnétiques qui donnent les informations suivantes: -sa position exacte dans lespace -lheure exacte de lenvoi de son message

14 14 GPS PRESENTATION Le satellite émet de façon omnidirectionnelle.

15 15 GPS PRESENTATION Cercle de position sur la terre

16 16 GPS PRESENTATION Un satellite avec une horloge de grande précision Des horloges atomiques fournissent une base de temps avec une grande précision. Londe parcourt une grande distance (20000km) et tous retard entraîne de grande imprécision de distance. 1 micro seconde représente 300 m

17 17 GPS Les trois segments du système : Les trois segments du système : Le segment spatial Le segment spatial Le segment de contrôle Le segment de contrôle Le segment utilisateur Le segment utilisateur

18 18 LE SEGMENT SPATIAL

19 19 GPS LE SEGMENT SPATIAL Le système utilise donc un réseau de 24 satellites Le système utilise donc un réseau de 24 satellites Il existe 6 orbites de 4 satellites. Il existe 6 orbites de 4 satellites. Chaque orbite fait un angle de 55° avec léquateur. Chaque orbite fait un angle de 55° avec léquateur. La distance terre-satellite est sensiblement de Km. La distance terre-satellite est sensiblement de Km.

20 20 Si lon considère le cercle formé par l'équateur comme un plan, les six orbites circulaires forment un angle de 55° avec ce plan. GPS LE SEGMENT SPATIAL

21 21 Ces six orbites circulaires sont espacées de 60°. La disposition de ces 24 satellites permet aux récepteurs G.P.S de toujours capter entre 5 et 8 satellites en tout point du globe. GPS LE SEGMENT SPATIAL

22 22 GPS LE SEGMENT SPATIAL GPS LE SEGMENT SPATIAL Que contiennent les ondes envoy é es par les satellites ? Que contiennent les ondes envoy é es par les satellites ? L'heure d'envoi de l'onde. L'heure d'envoi de l'onde. La position du satellite. La position du satellite. L' éphéméride de l'orbite suivie, cette dernière permettant au récepteur d'identifier le satellite reçu ainsi que les données de son orbite. L' éphéméride de l'orbite suivie, cette dernière permettant au récepteur d'identifier le satellite reçu ainsi que les données de son orbite. Des codes qui permettrons la mesure de distance. Des codes qui permettrons la mesure de distance.

23 23 LE SEGMENT DE CONTROLE

24 24 GPS LE SEGMENT DE CONTROLE 5 stations de surveillance réparties autour de la terre permettent de suivre les satellites, de calculer leur position et de recaler leurs horloges atomiques. Ils se situent à Hawaii, dans les Îles Marshall, dans lÎle dAscension, à Diego Garcia et à Colorado Springs.

25 25 GPS LE SEGMENT DE CONTROLE 5 stations de contrôle

26 26 GPS LE SEGMENT DE CONTROLE Stations de contrôle Stations de contrôle Ces stations de contrôles ont pour but de suivre les 24 satellites. Ces stations de contrôles ont pour but de suivre les 24 satellites. Calculer leurs positions( éphémérides). Calculer leurs positions( éphémérides). Recaler leurs horloges atomiques. Recaler leurs horloges atomiques.

27 27 LE SEGMENT UTILISATEUR

28 28 GPS LE SEGMENT UTILISATEUR Ce segment comprend lantenne de réception et le récepteur/calculateur GPS. Ce segment nous fournit des informations nécessaires a la navigation.

29 29 GPS LE SEGMENT UTILISATEUR

30 30 FONCTIONNEMENT

31 31 GPS FONCTIONNEMENT Calcul de la position: Grâce aux mesures de distance du récepteur au satellite, on peut tracer une sphère imaginaire sur laquelle se trouve le récepteur.

32 32 GPS FONCTIONNEMENT Calcul de la position: En procédant de même avec un deuxième satellite, on obtient un cercle de position sur lequel se trouve le récepteur.

33 33 GPS FONCTIONNEMENT En faisant une projection sur le sol : Deux satellites donnent deux positions possibles

34 34 GPS FONCTIONNEMENT Avec trois satellites on obtient une position par le recoupement des trois cercles. Cest une position en 2 dimensions.

35 35 GPS FONCTIONNEMENT Avec quatre satellites on obtient une position dans le plan vertical donc une position en 3D. De plus celui ci permet de lever le doute et de confirmer les informations. Enfin celui ci permet de recaler lhorloge du récepteur lors de la synchronisation des signaux.

36 36 GPS FONCTIONNEMENT Calcul de la position: La position déterminée a pour référence le centre de la Terre. Référence ECEF (Earth - Centered, Earth - Fixed) La position déterminée a pour référence le centre de la Terre. Référence ECEF (Earth - Centered, Earth - Fixed)

37 37 GPS FONCTIONNEMENT Ellipsoïde de référence: Le récepteur effectue automatiquement les conversions vers une Ellipsoïde en suivant le système WGS 84 (World geodesic System). WGS-84 Il en résulte des écarts entre cet ellipsoïde et le niveau moyen des océans. Il en résulte des écarts entre cet ellipsoïde et le niveau moyen des océans.

38 38 GPS FONCTIONNEMENT Ellipsoïde de référence: Laltitude fournie par le GPS utilise donc l'ellipsoïde pour référence.

39 39 GPS FONCTIONNEMENT Recalage de lhorloge du récepteur : Si lhorloge du récepteur est en avance, le temps de propagation du signal pour aller du récepteur au satellite apparaîtra plus long. Les cercles de position seront donc tous plus grand quils ne le devraient. Le récepteur ne pourra donc pas déterminer avec exactitude sa position. Il retardera alors son horloge jusquà ce que les cercles se chevauchent.

40 40 GPS FONCTIONNEMENT Recalage de lhorloge du récepteur : Horloge en retard Horloge réglée

41 41 GPS FONCTIONNEMENT Sources derreurs: - Mauvais fonctionnement dun satellite. - Arrêt dun satellite. - Dégradation volontaire des signaux par larmée américaine. Précision: SA (Selective availability): Erreur introduite volontairement par la défense US. SA (Selective availability): Erreur introduite volontairement par la défense US. Elle a été supprimée en La précision est de 22m dans 95% des cas. La précision est de 22m dans 95% des cas.

42 42 GPS FONCTIONNEMENT Précision: La précision dépend du positionnement des satellites entre eux. (GDOP: Géometry Dilution Of Precision)

43 43 GPS FONCTIONNEMENT Précision du système : Initialement les performances du service étaient: Position horizontale:100m dans 95% des cas et 300m dans 99,99%. Position horizontale:100m dans 95% des cas et 300m dans 99,99%. Position verticale:140m dans 95% des cas. Position verticale:140m dans 95% des cas. De temps:340 nanosecondes dans 95% des cas. De temps:340 nanosecondes dans 95% des cas. Depuis Mai 2000, une précision horizontale devrait être de 22m dans 95% du temps. Depuis Mai 2000, une précision horizontale devrait être de 22m dans 95% du temps.

44 44 UTILISATION

45 45 GPS UTILISATION Intégrité du système : On appelle intégrité la capacité du système à fournir une alarme au pilote lorsque le système de navigation ne peut plus être utilisé avec la précision requise. On appelle intégrité la capacité du système à fournir une alarme au pilote lorsque le système de navigation ne peut plus être utilisé avec la précision requise. Cette détermination de l'intégrité doit être faite à bord de l'aéronef: Cette détermination de l'intégrité doit être faite à bord de l'aéronef: Soit par l'équipement lui même RAIM: Receiver Anonymous Integrity Monitoring. Soit par l'équipement lui même RAIM: Receiver Anonymous Integrity Monitoring. Soit par comparaison avec d'autres systèmes de navigation. Soit par comparaison avec d'autres systèmes de navigation. Soit par le pilote en contrôlant lui-même sa navigation, par repérage au sol. Soit par le pilote en contrôlant lui-même sa navigation, par repérage au sol.

46 46 GPS UTILISATION Classes des G.P.S homologués : Classes des G.P.S homologués : Les classes A possèdent: Les classes A possèdent: oLa partie calcul de navigation en plus de la partie réception GPS. oLa fonction RAIM. Les classes B correspondent à un équipement qui envoie des informations vers un système de navigation. Les classes B correspondent à un équipement qui envoie des informations vers un système de navigation. Les classes C sont identiques à la classe B mais peuvent êtres couplés à un pilote automatique. Les classes C sont identiques à la classe B mais peuvent êtres couplés à un pilote automatique.

47 47 GPS UTILISATION Les GPS qui disposent de la fonction RAIM peuvent êtres utilisés pour les vols VFR: Les GPS qui disposent de la fonction RAIM peuvent êtres utilisés pour les vols VFR: Pour les vols sans visuel du sol ou de l'eau. Pour les vols sans visuel du sol ou de l'eau. De jour pour les survols de l'eau, de régions inhabitées ou sur certains itinéraires lorsqu'un équipement de radionavigation est requis. De jour pour les survols de l'eau, de régions inhabitées ou sur certains itinéraires lorsqu'un équipement de radionavigation est requis. De nuit. De nuit. Les GPS qui ne disposent pas de la fonction RAIM, ne doivent êtes utilisés qu'en vue du sol et de jour uniquement. Les GPS qui ne disposent pas de la fonction RAIM, ne doivent êtes utilisés qu'en vue du sol et de jour uniquement.

48 48 GPS UTILISATION Une base de données est à jour lorsque lon a recyclé les informations contenues tous les 28 jours. Toutefois il est admis en VFR que cette base de données puisse ne pas être à jour. Attention il est important de privilégier la vérification des informations par une documentation à jour.

49 49 GPS UTILISATION Cas particulier des GPS portables: Les pilotes sont avisés que l'utilisation de tels systèmes est faite sous leur entière responsabilité, et leur fonctionnement peut être à l'origine de perturbations pour les instruments tels que le compas ou le fonctionnement des VOR, ADF etc.…. Les pilotes sont avisés que l'utilisation de tels systèmes est faite sous leur entière responsabilité, et leur fonctionnement peut être à l'origine de perturbations pour les instruments tels que le compas ou le fonctionnement des VOR, ADF etc.….

50 50 GPS UTILISATION De façon générale: Préparation à long terme : effacement des Waypoints des autres utilisateurs et programmation de la route. Préparation à court terme : fonction GOTO (connaître les zones et leurs activités…) Fonction « nearest » (connaître les conditions météo, les limitations et les NOTAMS…)

51 51 PROJETS EN COURS

52 52 GPS PROJETS EN COURS GALILEO Projet Européen lancé en 1999 Projet Européen lancé en satellites 30 satellites Intégrité du système Intégrité du système Exploitation à partir de 2008 Exploitation à partir de 2008

53 53 GPS PROJETS EN COURS EGNOS Première étape du projet GALILEO. Première étape du projet GALILEO. Devrais être disponible actuellement. Devrais être disponible actuellement. Donne une précision de 2,5 m en horizontal et 4,5 M en vertical compatible avec les approches de CAT 1. Donne une précision de 2,5 m en horizontal et 4,5 M en vertical compatible avec les approches de CAT 1.

54 54 CONCLUSION

55 55 GPS CONCLUSION Avant toute utilisation d'un GPS il faut vérifier l'intégrité de la base de données. Avant toute utilisation d'un GPS il faut vérifier l'intégrité de la base de données. L'utilisation d'un GPS ne vous dispense pas d'effectuer une préparation consciencieuse de votre de navigation. L'utilisation d'un GPS ne vous dispense pas d'effectuer une préparation consciencieuse de votre de navigation. Enfin assurez-vous d'avoir une connaissance suffisante et approfondie de l'équipement utilisé. Enfin assurez-vous d'avoir une connaissance suffisante et approfondie de l'équipement utilisé.

56 56 GPS CONCLUSION Exemple dévènement Les conditions météo obligent le pilote à des variations de trajectoires.il est confronté a un vent fort. Le pilote est contraint datterrir en campagne à la suite dune panne dessence.La jauge était masquée par le récepteur GPS.

57 57 GPS CONCLUSION Le GPS ne remplace pas une bonne préparation de la navigation à long terme et à court terme Le GPS ne remplace pas une bonne préparation de la navigation à long terme et à court terme Pendant le vol le GPS ne remplace pas une bonne tenue du log de navigation Pendant le vol le GPS ne remplace pas une bonne tenue du log de navigation Le « pianotage » prolongé du GPS en vol consomme beaucoup de ressources Le « pianotage » prolongé du GPS en vol consomme beaucoup de ressources Le suivi dune navigation avec la carte permet de vérifier la cohérence des informations venant du GPS et incite le pilote à appliquer la règle « voir et éviter » Le suivi dune navigation avec la carte permet de vérifier la cohérence des informations venant du GPS et incite le pilote à appliquer la règle « voir et éviter »

58 58 BON VOL ! ! !


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