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Revue XYZ • N° 138 – 1er trimestre 2014 42 Revue XYZ • N° 138 – 1er trimestre 2

Revue XYZ • N° 138 – 1er trimestre 2014 42 Revue XYZ • N° 138 – 1er trimestre 2014 par le satellite et permettent un posi tionnement d’une précision comprise entre 5 et 10 m à l’aide d’un seul récep teur. Il s’agit de la technique dite de SPP (Single Point Positioning). Ce type de positionnement s’apparente forte ment au PPP mais n’atteint pas son niveau de précision car les mesures de pseudo-distance sur le code présentent un bruit de mesure de l’ordre du mètre. La mesure de déphasage φ j i (en cycles) est convertie en unité de longueur par multiplication par la longueur d’onde. Sa modélisation simplifiée, pour un récepteur i et un satellite j est la suivante : Avec : L’utilisation combinée des mesures de pseudo-distance et de déphasage permet de réaliser un positionnement précis à condition de lever le problème d’ambiguïté (N), paramètre qui est par définition entier. En effet, avec la mesure de déphasage les récepteurs GNSS mesurent précisément les varia tions de la distance entre le satellite et le récepteur mais ce dernier ignore le nombre entier de cycles initial que le signal a parcouru entre le satellite et le récepteur. L’estimation de ce para mètre est donc fondamentale pour se positionner à l’échelle du centimètre. Cependant, déterminer la valeur exacte des ambiguïtés entières impose une connaissance précise de la modé lisation des erreurs de mesure. Le tableau 1 résume les principaux termes de la modélisation, leur ordre de gran deur ainsi que les solutions pour les prendre en compte dans les traite ments GNSS. et quasi-temps réel. Cette technique est devenue incontournable pour le suivi des glaces (King et al, 2003) ou la déformation des volcans (Larson et al, 2001), où les méthodes différentielles imposent des bases se trouvant parfois très éloignées du ou des mobiles. A partir des années 2000, des services commerciaux qui proposaient déjà des systèmes d’augmentation GPS différen tiels ont complété leurs offres avec des solutions PPP temps réel principalement dans l’agriculture pour guider et auto guider les machines agricoles (services Omnistar XP et G2 et Starfire SF2 par exemple) mais aussi les services Starfix de Fugro et C-Nav de C&C Technology utilisés dans l’exploration et la produc tion d’hydrocarbures. Enfin, très récemment, l’IGS a poursuivi son effort vers le PPP en mettant en place le service RTS (Real Time – IGS) qui délivre en temps réel des produits formatés précis d’orbites et horloges (http://www.rtigs. net) qui favorisent le développement d’applications PPP en temps réel. Principe Généralités Dans le cadre du positionnement par GNSS, plusieurs types de mesures rentrent en œuvre mais on utilise essentiellement les mesures de pseudo-distance (R) et de déphasage (φ). Les mesures de pseudo-distance sont réalisées sur les codes envoyés A fin de mettre en lumière les avantages et les inconvénients du PPP, nous présenterons dans un premier temps l’historique et les principes de cette technique. Nous nous intéresserons ensuite aux possi bilités et à la qualité du positionnement en temps différé proposées par les logi ciels de recherche et par les services disponibles gratuitement sur Internet. Enfin nous nous intéresserons au posi tionnement PPP en temps réel avant de discuter de son intérêt pour la topogra phie et de ses futures évolutions. Historiquement, cette technique a été employée dans des logiciels de recherche et notamment au JPL (Jet Propulsion Laboratory) avec le logiciel GIPSY/OASIS depuis les années 1990 (Zumberge et al, 1997). Elle a montré qu’elle pouvait apporter des précisions quasi équivalentes aux méthodes diffé rentielles lorsque la durée d’observation dépassait plusieurs heures. Son effi cacité réside dans sa simplicité qui lui confère un temps de calcul très court en regard de celui des techniques diffé rentielles. Pour les réseaux présentant des lignes de base de plus de 500 km, le gain de temps est tel qu’elle a été adoptée par de nombreux scientifiques dans leurs applications géophysiques. La mise à disposition fréquente de produits toujours plus précis pour les orbites et horloges des satellites par l’IGS (International GNSS Service) a soutenu le PPP jusqu’à rendre cette tech nique applicable en mode cinématique PPP, la maturité ? Laurent MOREL - François FUND - Romain LEGROS - Stéphane DURAND - Bernard FLACELIÈRE La géolocalisation par GNSS (Global Navigation Satellite Systems) se développe régulièrement avec de nouvelles infrastructures comme les réseaux permanents, avec les nouvelles constellations, avec les nouveaux signaux et l’implémentation de nouveaux algorithmes. L’accumulation de ces progrès a récemment permis au PPP (Precise Point Positioning) de devenir une technique offrant une localisation de qualité centimétrique. Il ne s’agit pas d’une technique nouvelle mais elle s’affiche aujourd’hui comme une alternative au positionnement différentiel. Il est donc légitime de se demander quelle place elle occupera demain en topographie. GÉODÉSIE MOTS-CLÉS Positionnement - Géolocalisation - PPP - Précis - Différentiel - Post traitement - Temps réel - GNSS - ITRF - ETRS - RGF93 Différentiel - Post traitement - Temps réel - GNSS - ITRF - ETRS - RGF93 Revue XYZ • N° 138 – 1er trimestre 2014 43 q Revue XYZ • N° 138 – 1er trimestre 2014 q parle aussi de positionnement zéro- différence. Cette technique impose que toutes les erreurs affectant le positionnement par méthodes GNSS qui s’éliminaient par différence soient prises en compte de manière opti male, soit par l’utilisation de produits externes, soit par modélisation. La technique PPP est alors dite de type “SSR” pour “State Space Representation”, soit littéralement “Représentation des paramètres d’état du système” par opposition à l’ap proche différentielle dite “OSR” pour “Observation Space Representation” consistant à prendre en compte sur la base la résultante globale de toutes ces erreurs dans le “champ ou espace des observations” sans être capable de les dissocier, avant de les appliquer au mobile. Erreurs liées aux satellites Pour un traitement PPP en temps différé, plusieurs produits d’orbites des satel lites sont disponibles en ligne sur le site Internet de l’IGS (http://igscb.jpl.nasa. gov/). Ces produits sont issus d’une combinaison des orbites calculées par plusieurs centres d’analyse de l’IGS permettant de disposer des valeurs les plus fiables et les plus précises existantes. Les produits de meilleure qualité (produits finaux) atteignent des précisions centimétriques pour un échantillonnage de 900 s. Cependant, ces produits sont diffusés avec une latence minimum de 12 jours. Les produits diffusés les plus rapidement sont les produits ultra-rapides diffusés avec une latence minimum de 3 h et une précision de 5 cm. On notera que le PPP ne s’affranchit pas complètement des méthodes GNSS différentielles puisque certains centres d’analyses estiment les paramètres orbitaux des satellites en utilisant des mesures de doubles différences. Pour les décalages d’horloge satellite, la qualité et la fréquence de ces déca lages sont cruciaux dans la technique PPP puisqu’ils ne s’éliminent plus par différence. Les décalages d’horloge ultra-rapides de l’IGS ont une précision de 0.1 ns et sont échantillonnés à 900 s. Pour les applications en temps différé, on peut récupérer des décalages d’hor loge échantillonnés à 30 s depuis la Erreur Ordre de grandeur Solution Satellite Orbites 1 m en temps réel 2.5 cm en temps différé Produits IGS Horloges 5 ns en temps réel 0.2 ns en temps différé Produits IGS Effet relativiste [0.15 – 0.45] m Modèle Centre de phase 3 m et variations de +/- 5 mm IGS - Fichier ANTEX de calibration Phase Wind-up [2 – 4] cm Modèle Propagation Troposphère 2.3 m au zénith Modélisation et estimation Ionosphère 14 m au zénith Produits externes ou combinaison linéaire Récepteur Centre de phase Jusque 20 cm et variations de +/- 10 mm IGS - Fichier ANTEX de calibration Marée solide 12 cm en vertical Modèle (IERS 2010) Marée polaire 2.5 cm en vertical Modèle (IERS 2010) Surcharge océanique 5 cm en vertical Modèle (IERS 2010) Rotation de la Terre 3 cm Modèle (IERS 2010) permet alors d’isoler les ambiguïtés (ici des ambiguïtés de doubles différences) et de les résoudre en même temps que les positions du mobile après avoir modélisé (ligne de base longue) ou négligé (ligne de base courte) les doubles différences d’allongement ionosphérique et troposphérique. Les méthodes GNSS différentielles pour la topographie impliquent systémati quement l’utilisation d’au moins deux récepteurs relativement proches afin que les erreurs d’allongements atmos phériques des signaux GNSS lors de la traversée de l’atmosphère s’annulent par doubles différences. En résumé, pour bénéficier de la précision des mesures de déphasage, la résolution des ambiguïtés qui s’en trouve induite impose de réaliser un positionnement différentiel entre une base et un mobile. Cependant, il est possible de profiter des mesures de déphasage et d’obtenir un positionnement précis en ne mettant en œuvre qu’un seul récepteur, c’est la méthode PPP (Precise Point Positioning ou Positionnement Ponctuel Précis). Approche zéro différence Dans le cas du PPP, on ne procède à aucune différence des mesures. On Approche différentielle Le positionnement différentiel est une technique qui permet de s’affran chir d’une connaissance précise de chaque terme d’erreur. En appliquant le principe des doubles différences à une paire de satellites j, k et une paire de récepteurs référence et mobile, certains termes de la modélisation sont uploads/Marketing/ 15-ppp-la-maturite-xyz-n0138.pdf