Global Positioning System G.P.S. Global Positioning System

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

GPS Utilité: Se servir du GPS à bon escient.

GPS PLAN 1)Introduction 2)Présentation Généralités Segment spatial Segment de contrôle Segment utilisateur 3) Fonctionnement du système GPS 4) Utilisation du GPS en VFR 5) Évolutions et projets en cours 6) Conclusion

INTRODUCTION

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

GPS INTRODUCTION A l’heure actuelle; il existe deux systèmes en fonctionnement et un autre système en création.

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

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.

PRESENTATION

GPS PRESENTATION Satellites: Ils sont au nombre de 24, leurs orbites sont inclinées à 55° par rapport au plan de l’équateur. Ils connaissent leur position dans l’espace et l’heure précise à chaque instant.

GPS PRESENTATION D=T*V En mesurant le temps mis par une onde pour aller d’un point à un autre on obtient une distance car: D=T*V Avec V: vitesse de la lumière(300000Km/s) et T=heure d’arrivée – heure d’envoi

GPS PRESENTATION Le satellite émet continuellement des ondes électromagnétiques qui donnent les informations suivantes: -sa position exacte dans l’espace -l’heure exacte de l’envoi de son message

GPS PRESENTATION Le satellite émet de façon omnidirectionnelle.

GPS PRESENTATION Cercle de position sur la terre

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

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

LE SEGMENT SPATIAL

GPS LE SEGMENT SPATIAL Le système utilise donc un réseau de 24 satellites Il existe 6 orbites de 4 satellites. Chaque orbite fait un angle de 55° avec l’équateur. La distance terre-satellite est sensiblement de 20200 Km.

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

GPS Ces six orbites circulaires sont espacées de 60°. LE SEGMENT SPATIAL 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 L'heure d'envoi de l'onde. Que contiennent les ondes envoyées par les satellites ? L'heure d'envoi de l'onde. 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. Des codes qui permettrons la mesure de distance.

LE SEGMENT DE CONTROLE

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 l’Île d’Ascension, à Diego Garcia et à Colorado Springs.

GPS LE SEGMENT DE CONTROLE 5 stations de contrôle

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

LE SEGMENT UTILISATEUR

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

GPS LE SEGMENT UTILISATEUR

FONCTIONNEMENT

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.

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.

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

GPS FONCTIONNEMENT Avec trois satellites on obtient une position par le recoupement des trois cercles. C’est une position en 2 dimensions.

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 l’horloge du récepteur lors de la synchronisation des signaux.

GPS FONCTIONNEMENT Calcul de la position: La position déterminée a pour référence le centre de la Terre. Référence ECEF (Earth - Centered, Earth - Fixed) ECEF: système de coordonnées Longitude, Latitude, altitude: Système géodésique.

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

GPS FONCTIONNEMENT Ellipsoïde de référence: L’altitude fournie par le GPS utilise donc l'ellipsoïde pour référence.

GPS FONCTIONNEMENT Recalage de l’horloge du récepteur : Si l’horloge 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 qu’ils ne le devraient. Le récepteur ne pourra donc pas déterminer avec exactitude sa position. Il retardera alors son horloge jusqu’à ce que les cercles se chevauchent.

GPS FONCTIONNEMENT Recalage de l’horloge du récepteur : Horloge en retard Horloge réglée

GPS FONCTIONNEMENT Sources d’erreurs: Précision: - Mauvais fonctionnement d’un satellite. - Arrêt d’un satellite. - Dégradation volontaire des signaux par l’armée américaine. Précision: SA (Selective availability): Erreur introduite volontairement par la défense US. Elle a été supprimée en 2000. La précision est de 22m dans 95% des cas. 4,99% du temps = 1heure et 12 min 0,01 = 9 secondes

GPS FONCTIONNEMENT Précision: La précision dépend du positionnement des satellites entre eux. (GDOP: Géometry Dilution Of Precision) 4,99% du temps = 1heure et 12 min 0,01 = 9 secondes

GPS FONCTIONNEMENT Précision du système : Initialement les performances du service étaient: Position horizontale:100m dans 95% des cas et 300m dans 99,99%. Position verticale:140m 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.

UTILISATION

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. 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 comparaison avec d'autres systèmes de navigation. ·         Soit par le pilote en contrôlant lui-même sa navigation, par repérage au sol.

GPS UTILISATION Classes des G.P.S homologués : Les classes A possèdent: La partie calcul de navigation en plus de la partie réception GPS. La fonction RAIM. 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.

GPS UTILISATION Les GPS qui disposent de la fonction RAIM peuvent êtres utilisés pour les vols VFR: Ø      Pour les vols sans visuel du sol ou de l'eau. Ø      De jour pour les survols de l'eau, de régions inhabitées ou sur certains itinéraires lorsqu'un équipement de radionavigation est requis. Ø      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.

GPS UTILISATION Une base de données est à jour lorsque l’on 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.

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.….

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…)

PROJETS EN COURS

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

GPS PROJETS EN COURS EGNOS Première étape du projet GALILEO. 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.

CONCLUSION

GPS CONCLUSION 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. Enfin assurez-vous d'avoir une connaissance suffisante et approfondie de l'équipement utilisé.

GPS CONCLUSION Exemple d’évènement Les conditions météo obligent le pilote à des variations de trajectoires.il est confronté a un vent fort. Le pilote est contraint d’atterrir en campagne à la suite d’une panne d’essence.La jauge était masquée par le récepteur GPS.

GPS CONCLUSION 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 Le « pianotage » prolongé du GPS en vol consomme beaucoup de ressources Le suivi d’une 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 »

BON VOL ! ! !