GPS et GALILEO I – Présentation et Historique des GNSS II – Le positionnement par satellite III – Traitement du signal et corrélation IV – Galileo, quels défis ? Quels sont les Principes électroniques et physiques du GPS ? Quels Innovations et enjeux pour un système européen ?

I - Les GNSS Quels sont les Principes électroniques et physiques du GPS ? Quels Innovations et enjeux pour un système européen ?

Projet NAVSTAR – GPS - Repères 1965 : Premier Concept 1972 : Etude préliminaire de faisabilité 1974-79 : Validation du concept (premier tir février 1978) 1979-86 : Evaluation développement 1986-94 : Mise en place opérationnelle. Phase interrompue entre janvier 1986 et février 1989. Les lancements des satellites BLOCK II n ‘ont en fait commencé qu’en février 1989. Quels sont les Principes électroniques et physiques du GPS ? Quels Innovations et enjeux pour un système européen ?

Recepteur GPS Quels sont les Principes électroniques et physiques du GPS ? Quels Innovations et enjeux pour un système européen ?

Galileo Phase Activités Financement Phase de définition (2000) définition des objectifs et de la faisabilité du programme 80 millions d'euros sur le budget communautaire Phase de développement et de validation (2001-2005) validation des options techniques et création des conditions requises pour le déploiement rapide des infrastructures, y compris le lancement des premiers satellites d'essai 1,1 milliard d'euros de subventions publiques, dont 50% venant du budget communautaire et 50% de l'Agence spatiale européenne, plus 200 millions d'euros supplémentaires venant du secteur privé Phase de déploiement (2006-2007) construction et lancement des satellites, établissement d'un réseau d'infrastructures terrestres 2,1 milliards d'euros, dont 1/3 maximum venant du budget communautaire et au moins 2/3 venant du secteur privé Phase opérationnelle (à partir de 2008) exploitation commerciale du système aucune subvention requise Quels sont les Principes électroniques et physiques du GPS ? Quels Innovations et enjeux pour un système européen ?

II - Le Positionnement Quels sont les Principes électroniques et physiques du GPS ? Quels Innovations et enjeux pour un système européen ?

Les trois segments du GPS Quels sont les Principes électroniques et physiques du GPS ? Quels Innovations et enjeux pour un système européen ?

Les trois segments du GPS (2) Segment de Contrôle Segment Spatial Quels sont les Principes électroniques et physiques du GPS ? Quels Innovations et enjeux pour un système européen ?

Principe du positionnement : Triangulation Notre récepteur est sur cette sphère Notre récepteur est sur ce cercle Notre récepteur est sur ce cercle Quels sont les Principes électroniques et physiques du GPS ? Quels Innovations et enjeux pour un système européen ?

Mesure de distance : Pseudo distance Mesure de pseudo-distance Heure d’envoi Code généré par le satellite Heure de réception Code reçu du satellite Code généré localement Offset de l’horloge du récepteur Durée du parcours Dt Mesure de pseudo-distance Quels sont les Principes électroniques et physiques du GPS ? Quels Innovations et enjeux pour un système européen ?

Mathématisation du problème Vitesse de la lumière (c) x Temps = Pseudo distance (D) Environ 3*10^9 m.s-1 C’est la vitresse de propagation d’une onde Electromagnétique s m (X1 – Ux)² + (Y1 – Uy)² + (Z1 – Uz)² = (D1)² Coordonnées connues du satellite n°1 Coordonnées inconnues du Récepteur Pseudo distance entre le récepteur et le satellite n°1 Quels sont les Principes électroniques et physiques du GPS ? Quels Innovations et enjeux pour un système européen ?

Résolution Système de 4 équations à 4 inconnues Mesure D1 Mesure D2 Mesure D4 Données X3 Y3 Z3 X2 Y2 Z2 X1 Y1 Z1 Mesure D3 Données X4 Y4 Z4 Système de 4 équations à 4 inconnues (X1 – Ux)² + (Y1 – Uy)² + (Z1 – Uz)² = (D1 - Db)² (X2 – Ux)² + (Y2 – Uy)² + (Z2 – Uz)² = (D2 - Db)² (X3 – Ux)² + (Y3 – Uy)² + (Z3 – Uz)² = (D3 - Db)² (X4 – Ux)² + (Y4 – Uy)² + (Z4 – Uz)² = (D4 - Db)² Xn représente les coordonnées connues du satellite n. Dn représente la pseudo distance due à l’imperfection de l’horloge utilisateur Db = c * B où c est la vitesse de la lumière et b le biais de l’horloge (inconnue) Quels sont les Principes électroniques et physiques du GPS ? Quels Innovations et enjeux pour un système européen ?

Cause des erreurs Cause Erreur en mètres Horloge atomique 1,5 m Position satellite 2 m Traversée ionosphère 5 m Traversée troposphère 0,5 m Précision du récepteur 0,3 m Trajets multiples 0,6 m Accès sélectif (SA) 30 m Total 40,4 m Quels sont les Principes électroniques et physiques du GPS ? Quels Innovations et enjeux pour un système européen ?

III - Corrélation des signaux Quels sont les Principes électroniques et physiques du GPS ? Quels Innovations et enjeux pour un système européen ?

Rôle de la corrélation ? Constitutions d’une trame de données Horloge / Corrections Ionosphériques Sous-Trame n°1 Sous-Trame n°2 Sous-Trame n°3 Sous-Trame n°4 Sous-Trame n°5 Ephémérides Paramètres temporels et Almanachs Trame complète : 1500 bits – Temps de transmission : ~ 30s Problème du temps de propagation des ondes electromagnétique : Retard non négligeable entre le moment d’émission et celui de la réception Nécessité de connaître ce retard pour recaler les signaux Nécessité de corréler les deux signaux Quels sont les Principes électroniques et physiques du GPS ? Quels Innovations et enjeux pour un système européen ?

Principe de corrélation Calcul de K(t) Signal f(n) reçu Signal g(n) généré et déphasé Un cycle de transmission = 7 moments 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 n f(n) g(n) f(n) (+) g(n) K(t) = 1 / 7 ( 0 + 1 + 0 + 0 + 0 + 1 + 1) = 3 / 7 Quels sont les Principes électroniques et physiques du GPS ? Quels Innovations et enjeux pour un système européen ?

Construction d’un corrélateur Quels sont les Principes électroniques et physiques du GPS ? Quels Innovations et enjeux pour un système européen ?

IV - Galileo, quels défis ? Quels sont les Principes électroniques et physiques du GPS ? Quels Innovations et enjeux pour un système européen ?

Le GPS face à GALILEO Galileo GPS Satellites 30 satellites (environ) dont : - 25 en orbite moyenne (20 200 km) dont 3 de secours - 5 satellites géostationnaires servant à détecter les dysfonctionnements (à 36 000 km)   24 satellites à 20 000 km Orbites - Inclinée à 56° par rapport à l'équateur. - 3 plans. - Une révolution en 14 h - Inclinée à 60° par rapport à l'équateur. - 6 plans. - Une révolution en 12 h Couverture Terre entière Mauvaise aux latitudes élevées + régions ennemies. Précision En entrée de gamme : 10m Pour le haut de gamme :3 à 4 m En entrée de gamme : environ 10m Haut de gamme : 5m Liaison militaire : 2 à 3m Coût Env3.5 Milliards € 7,5 Milliards $ (pour la modernisation et le passage au GPS III) Bénéfice - 10 Milliards € d'ici 2010 - Équilibre budgétaire prévu en 2015 40 Milliards $ (estimation 2005) Propriétaire Société internationale d'économie mixte composée de - l'Union Européenne. - l'ESA. (Agence Spatiale Européenne) - la Banque Centrale Européenne. - toute entreprise privée (contre un paiement de 5 Millions €) Département de la Défense Américain (Pentagone) Avantages - Précision supérieure et constante. - Service intègre. - Couverture de toute l'Europe et du Monde. - Projet dirigé par une équipe internationale. - Satellites multi-fonctions, capables de détecter les explosions nucléaires par exemple. Défauts - Timing serré (10 ans pour ne pas perdre les réservations des fréquences) - Toujours à l’état de projet - Militaire (interruption de signal en cas de conflit ?) - Fiabilité médiocre et précision variable. Quels sont les Principes électroniques et physiques du GPS ? Quels Innovations et enjeux pour un système européen ?

Lycée Jean Moulin, Terminale S, Groupe 4 Auteurs Quels sont les Principes électroniques et physiques du GPS ? Quels Innovations et enjeux pour un système européen ? Présentation & Historique DECRON Matthieu Le positionnement par satellite BOUSSAULT Aurélien Corrélation des signaux VALLEE Florian Galileo, quels défis MENANT Thomas Avec la coopération de THALES Navigation EADS, Launch Vehicles Monsieur BARBEAU, Technicien THALES Messieurs LETEURTRE, DELANÖE, TALON, professeurs du lycée Jean Moulin Lycée Jean Moulin, Terminale S, Groupe 4