Sistèma de posicionament per satellits

Lo sistèma de posicionament per satellits, nomenat jol nom mai complet de sistèma de posicionament e de datacion per satellits o jos l'acronim anglés GNSS (Global Navigation Satellite System), es lo nom generic dels sistèmas de navegacion satellitari fornissent una cobertura globala de geoposicionament a usatge civil. Los GNSS utilizan las constellacions existentas de satellit de navegacion, e dels sistèmas satellitaris complementaris de melhorament de las performància, coma EGNOS, o de complements al sòl, coma lo DGPS.

Dempuèi 2010, lo sistèma de satellits NAVSTAR, desvolopat als Estats Units d'America, constituent lo GPS, es pas mai la sola constellacion entièrament operacionala. Lo sistèma rus GLONASS, operacional en 1996, èra vengut obsolet dins los ans 2000, a causa de la casuda de l'URSS. Pasmens, tornèt operacional dempuèi 2010.

Lo sistèma de l’Union Europèa, Galileo, es la segonda generation de GNSS en cors de desvolopament, dos satellits de validacion foguèron lançats, es planificat per venir operacional al començament de 2014. China e Índia desvolopan tanben un sistèma regional, amb de satellits geoestacionaris: Beidou e IRNSS.

Un GNSS permet a de receptors portables de determinar lor posicion sus la tèrra en longitud, latitud e altitud, amb una precision variant de qualques desena de mètres a qualques mètres segon las correccions e lo temps d’integracion utilizat. De receptors fixats pòdon determinar lor posicion amb una precision centimetrica.

Los servicis utilizant aqueles sistèmas son subretot la navegacion maritima, aeriana, e rotièra, la topografia, la sincronizacion del temps.

Aqueles sistèmas passius pòdon èsser completats per d'emetors de radiolocalizacion per d'aplicacions de seguit logistic (APRS), de salvetatge (SAR), de susvelhança del trafec maritim (AIS), d’estudi oceanografic, de biologia (radiotracking).

Principi

Los principals sistèmas de posicionament repausan a l'ora d'ara sus de desenas de satellits emetors especializats en orbita e de receptors-calculators mobils sus Tèrra. La recepcion pel calculator, d'un minim de quatre satellits assegura un calcul de posicionament precís per trilateracion.

Lo receptor, que pòt èsser al sòl o embarcat sus un veïcul (una automobila, una nau, un avion, eca.), recep de sinhals venent dels satellits que li permeton de calcular aquelas coordenadas geograficas tanben en altitud.

Per assegurar de performàncias de precision e de securitat garantidas, de senhals suplementaris son emés per de satellits o de marcas de correccion, nomenadas sistèmas d'aumentacion.

Lo receptor es sovent apariat amb un calculator que determina lo cap de seguir per rejónher un punch de coordenadas conegudas o que dona una mapa numerica sus un ecran.

Lo receptor pòt tanben èsser interfaciat a un ordinator portable provesit d'un logicial cartografic, o a una centrala de navegacion integrant tanben totes los mai captors al bòrd (compas, taquimètre, autres sistèmas de radionavegacion..).

Lo receptor pòt tanben èsser apariat a un telefòn mobil o satellitari que transmet automaticament la posicion del mobil a un central. Aquel central pòt alara contrarotlat, gerir ou susvelhar lo desplaçament dels mobils.

Istoric

Los sistèmas de radionavegacion terrèstres

Article detalhat: radionavegacion.

Los sistèmas satellitaris foguèron precedits pels sistèmas terrèstres de radionavegacion, coma le DECCA, lo LORAN e l’Oméga, qu'utilizan d'emetors terrèstres e non dels satellits. Uns d'aqueles sistèmas son encara operacionals, subretot en aeronautica, en rason de lor fiabilitat e de lor precision locala, coma l’ILS o l’ADF.

Lo sistèma “TRANSIT”

Satellit Transit-O (Generacion operacionala)

Lo sistèma TRANSIT foguèt lo primièr sistèma satellitari global operacional, lançat en 1960-70. Utilizava l’efècte doppler, permetent lo calcul de l'inclinason del satellit, e non lo temps d’arribada coma los sistèmas modèrnes, que calculan la distància al satellit. Lo nombre de satellits èran d’una desena, permetent de far un punch sonque totas las oras en mejana.

Lo senhal de 400MHz del Transit conteniá los efemerids (la posicion orbitala precisa) del satellit, indispensable pel calcul del punch. Aqueles efemerids èran determinats per l'US Naval Observatory (USNO) que metava a jorn aquelas donadas a bòrd dels satellits.

Sa precision èra 1 km, sufisenta per la navegacion de long cors.

Foncionament

Article detalhat: Sistèma de posicionament global.

Los sistèmas actuals son mai dirèctes per l’utilisaire: Lo satellit transmet un senhal contenent sa posicion e l’instant exacte d’emission. Aquel messatge es superpausat al còde que conten la referéncia temporala. La sincronizacion dels senhals es obtenguda per de relòtges atomics al bòrd de cada satellit.

Lo receptor compara l’instant d’arribada al respècte del seu relòtge, amb l’instant d’emission indicat e mesura atal la distància del satellit. Aquelas mesuras sont repetidas sus totes los satellits visibles e permeton de calcular una posicion de contunh.

Cada mesura de distància, quin que siá lo sistèma utilizat (constellacion bassa o geoestacionària o marca locala) plaça lo receptor sus una esfèra centrada sus l’emetor. Utilizant al mens tres emetors, aquelas esfèras an un sol punch d’interseccion. Pasmens aquel principi simple se complica:

• Lo relòtge local del receptor es rarament de precision atomic, solas las diferéncias de temps son doncas precisas, çò que demanda quatre marcas o satellits per far un punch al luòc de tres (se coneissam l’altitud, tres marcas sufison)
• Los receptors son mobils, e las mesuras son doncas efectuadas en de punchs diferents.
• Las ondas ràdio an una velocitat leugièrament variable segon los jaces ionosferics traversats.

Lo receptor intègra doncas aquelas divèrsas errors, utilizant de correccions e de mesuras de divèrs satellits o marcas, puèi de tecnicas d’integracion e de filtratge coma los filtres de Kalman, per obtenir lo punch mai probable e sa precision estimada, sa velocitat atal que lo temps universel.

Per las aplicacions demandant una securitat absoluda del punch (aterratge sens visibilitat, antitust, ...) los senhals de navegacion son completats per un senhal dich d’«integritat» que permet d’eliminar tota mesura eissida d’un emetor en defaut temporari o prolongat.

Usatge civil o militar

Los sistèmas de navegacion satellitaris foguèron desvolopats d’en primièr pel besonh militar. Permeton en efècte una precision inegalala dins lo guidatge dels missils a la cibla, aumentant la lor eficacitat e redusent los riscs de damatge collaterals. Aqueles sistèmas permeton tanben a las fòrças terrèstres de se posicionar amb precision, redusent las incertituds tacticas, a las marinas e a las fòrças aerianas de navegar amb precision, independentament de tota ajuda al sòl.

navegacion amb un portable e un receptor GPS

Atal, los satellits de navegacion agisson en multiplicator de poténcia militar, e dins los conflites fòrça mediatizats, redusent los repercucions de las pèrdas civilas. Tota nacion avent d'ambicions militàrias deseja doncas se dotar d'aqueles sistèmas.

La possibilitat de distribuir de senhals de radionavegacion inclutz egalament la possibilitat d'enebir l’emplec sus de zones sens una clau de decriptatge. Le senhal civil del GPS èra progit fins a 1990 d’un còdi de disponibilitat selectiva per evitar son emplec militar (‘’selective availability’’ ), que mermava la precision a 100 m al luòc dels 10 m actuals.

Caracteristicas

Los sistèmas son caracterizats per lors performàncias per las aplicacions desirada, subretot:

Precision

La precision de la localizacion despend del nombre de satellits recebut e del temps d’integracion, atal que de la geometria de las mesuras. Los receptors mai simples pòdon localizar en qualques segondas un mobil amb una precision melhora que 100 mètres. Los receptors sofisticats coma aqueles embarcats suls avions civils e militars permeton una precision inferiora al decamètre, veire al mètre. Un receptor fixe al sòl permet, aprèp una integracion sus un periòde de qualques minutas, de coneisser la posicion d’un punch amb una precision centimetrica.

La posicion es calculada al respècte del sistèma geodesic World Geodetic System en 1984 WGS 84), mas las referéncias cartograficas son sovent basadas sus de sistèmas geodesics mai ancians (WGS 72 o precedent). L'escart entre aqueles sistèmas cartografics locals e lo sistèma de referéncia (fins a 500m dins qualques islas oceanicas) pòt provocar una error de posicionament superiora a l'imprecision del sistèma. Aquelas correccions devon doncas èsser introduchas.

Integritat

L'integritat es lo tèrme oficial de l'OACI per designar la fiabilitat del punch fornit: una posicion utilizada en navegacion de long cors, per exemple pòt èsser occasionalament erronèa (integritat flaca) sens consequéncias gravas, se lo mobil possedís d'instruments autonòms, alara qu'una posicion utilizada per un atterratge sens visibilitat deu al contrari aver una integritat absoluda.

Cobertura e disponibilitat

Un sistèma pòt aver una cobertura globala o regionala, pòt èsser indisponible pendent de periòdes mai o mens longs, aver de mancas de satellits (per exemple GLONASS). La tòca dels sistèmas combinats coma los GNSS-1 e GNSS-2 es cobrir las decas de cada sistèma individual mercé a de combinasons e complements dichs d'aumentacion.

Sistèmas de navegacion satellitaris existents o en desvolopament

Comparason de las orbitas dels diferents sistèmas

Los sistèmas de posicionament satellitaris globals son:

• GPS pels Estats Units d'America (operacional plenament dempuèi 1995);
• GLONASS per Russia (operacional entre 1996 e 1999, puèi de nòu operacional dempuèi 2010);
• Galileo per l'UE (en cors de desvolopament, será operacional en 2014) ;
• Compass (evolucion a dimension mondiala de Beidou, regional) per la Republica populara de China;
• IRNSS per Índia (en projècte);
• QZSS per Japon (en projècte);

Los sistèmas d'overlay existent (o en desvelopament) son:

• WAAS, pels Estats Units d'America (zòne de servici nomenada CONUS), complementant lo GPS
• EGNOS, per Euròpa (zona de servici nomenada ECAC), completant los GPS & GLONASS.
• MSAS en cors d'ensag per Japon.
• GAGAN en cors de desvolopament per Índia.

GPS

Article detalhat: Sistèma de posicionament global.

Lo sistèma GPS, se desvelopèt, a partir de 1978 (an de la misa en servici del primièr satellit) e venguèt disponible liurament en 1994 (amb un accès qu'èra pas mai reservat a l'armada americana) e plenament operacional en 1995 (amb una constellacion de 24 satellits). Èra alara, pendent un an, lo sol sistèma de posicionament per satellit, plenament eficaç e foncional. Un an mai tard (1996), lo sistèma GLONASS rus venguèt, el tanben, plenament operacional. Pasmens, entre 1999 e 2010 (a causa de l’obsolescéncia de GLONASS), lo sistèma GPS èra encara vengut lo sol sistèma mondial de navegacion satellitari entièrament operacional. Es a l'ora d'ara constituit de 321 satellits (24 a l'origina) en orbita intermediària (MEO) sus sièis plans orbitals. Lo nombre exacte de satellits varia en fonccion dels remplaçaments dels satellits en fin de vida.

GLONASS

Article detalhat: GLONASS.

Lo sistèma GLONASS de l’URSS, uèi de Russia), èra tanben una constellacion foncionala apareguda en 1995 e operacionala en 1996, mas amb la casuda de l’Union Sovietica, foguèt pas mai entretengut, provocant des pannas materialas en 1997 aumentant entre 1997 e 2000 e provocant de traucs de coberturas, fasent obsolet e non foncional. Entre 2000 e 2010, la disponibilitat venguèt alara parciala. En 2005, pasmens, la federacion russa s’est engatjèt a li restaurar avant 2010, amb una collaboracion indiana. Entre 2008 e 2010, de nòu sattelits foguèron lançats, lo sistèma venent de nòu, pauc apauc foncional per èsser operacional en 2011. L'iPhone 4S e le Samsung Wave III venguèron en 2011, los primiers smartphones grand public (fòra del mercat rus) a recebre nativament los sinhals GLONASS e a los utilizar per evaluar lo posicionament.

Galileo

Article detalhat: Sistèma Galileo.

L’Union europèa signèt amn l’agéncia espaciala europèa en març de 2002 l’acòrdi sul desvelopament del sistèma global Galileo. Lo cost es estimat a prèp de 3 miliards d’èuros. Lo sistèma èra previst per èsser operacional en 2012. Lo primièr satellit experimental foguèt lançat lo 28 de decembre de 2005. Un segond satellit de validacion foguèt lançat en 2008 Los senhals de navegacion de Galileo seràn compatibles amb aqueles del futur GPS, permetent als receptors de los combinar per aumentar la precision coma la veracitat del punch.

Compass

La China a indiqué son intention d’étendre son système régional Beidou en sistèma global. Aquel programa es nomenat Compass dins l’agéncia d’informacions chinesas oficiala « Xinhua News Agency ». Lo sistèma Compass deu comportar 30 satellits en orbita MEO e 5 geoestacionaris. Aquela anoncia es accompanhada d’una invitacion a d’autres païses d'i collaborar, alara que la China es tanben engatjada dins lo programa Galileo.

IRNSS

Le sistème IRNSS (Indian Regional Navigational Satellite System) es un projècte de sistèma autonòm de navegacion regionala bastit e contraròtlat pel govèrn indian. Deu permetre una precision absoluda de 20 mètres sus l’Índia e s'espandiriá fins a 2 000 km a l'entorn. La tòca es un sistèma entièrament jos contraròtle indian, le segment espacial, terrèstre e lis receptors essent desvelopats per l’Índia.

QZSS

Lo sistèma QZSS (Quasi-Zenith Satellite System), es desvelopat per Japon per un primier lançament en 2008. Será constituit de tres satellits geoestacionaris permetent le transferiment de temps e una aumentacion del GPS. Cobrirá lo Japon e sa region

Autres sistèmas de posicionament satellitaris

Lo sistèma francés DORIS (Doppler Orbitography and Radio-positioning Integrated by Satellite) pòt èsser considerat coma l’invèrsa dels GNSS: dempuèi de marcas al sol, permet de determinar amb precision la posicion d’un satellit. Es utilizat per exemple suls satellits d’observacion

Los sistèmas ARGOS e Cospas-Sarsat son pas vertadièrament de sistèmas de navegacion, mas de posicionament a distància: lo mobil conten pas qu'un emetor, e la posicion es coneguda pel centre de calcul del sistèma. Quitament se la precision es mediòcra (1 a Modèl:Initat) son utilizats per la securitat aeriana e maritima o lo radiotracking d'animals, mercé a la simplicitat de las marcass embarcadas. Foncionat, coma le TRANSIT, per mesura d'efècte doppler.

Sistèmas d'aumentacion de performàncias

Los sistèmas satellitaris existents (GPS & GLONASS) pòdon èsser completats per de sistèmas dichs d'aumentacion o d'overlay que desliuran en temps vertadièr de correccions permetent d'aumentar la precision e las informacions permetent de garantir l'integritat d'aquelas correccions. Lo principi d'aqueles sistèmas es qu'una ou mai estacions al sòl mesuran en permanéncia l'error e transmeton un senhal de correccion als utilizaires.

Existís fòrça sistèmas diferents segon las correccions fornidas al receptor. Uns transmeton d'informacions sus las fonts d’error (escarts de relòtge, efemerids, retards ionosferics), d’autres fornisson l’escart constatat total (diferencial), d’autres apondon d'informacions eissidas del quita veïcul (velocitat, altitud...)

Classam mai sovent aqueles sistèmas d'aumentacion en tres categorias, segon lo biais que la correccion es calculadas e transmesa:

• Aumentacion basada sus de satellits: SBAS (Satellite-Based Augmentation System) coma WAAS (Wide Area Augmentation System), EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) e MSAS (Multi-functional Satellite Augmentation System)
• Aumentacion basada sus de sistèmas al sòl: GBAS (Ground-Based Augmentation system) coma DGPS (diferencial GPS) o los pseudolits (pseudosatellits al sòl)
• Aumentacion basada sus de sistèmas embarcats (pels avions) : ABAS (Aircraft Based Augmentation System) coma las centralas a inercia.

Aqueles sistèmas permeton d'obtenir una precision anant fins al centimètre. Per la navegacion aeriana, lo concèpte GNSS (Global Navigation Satellite System) de l'OACI demanda que l'integritat dels sistèmas de navegacion per satellit siá susvelhada, e qu'una alèrta siá emisa a bòrd en cas de pèrda de l'integritat necessària (que depend de la fasa du vòl).

Definicions de L'OACI

Los sistèmas GNSS capables de fornir una precision e una integritat compatibla amb las exigéncias de la navegacion aeronautica civila son definits atal per l'OACI:

GNSS-1

Lo GNSS-1 es la primièra generacion, combinant l’utilizacion dels sistèmas GPS e GLONASS, amb de sistèmas d’aumentacion satellitària (SBAS) o terrèstres (GBAS). Als Estats Units d'America, lo complement satellitari es lo WAAS, en Euròpa, es l'EGNOS, e al Japon, lo MSAS. Los sistèmas complementaris terrèstres (GBAS) son mai sovent locals, coma lo ‘’Local Area Augmentation System’’ (LAAS). Las performàncias del GNSS1 son compatiblas amb la navegacion «en rota» (seguit dels corredors aerians e dels espaçaments) e eventualament d’apròchi s'un sistèma LAAS es disponible.

GNSS-2

Lo GNSS-2 es la segonda generacion dels sistèmas, capable de fornir totes los servicis civils, que l’exemple mai avançat es lo Galileo europèu. Aqueles sistèmas progirán simultanèament la precision e l’integritat necessària per la navegacion civila dins totas las fasas de vòl. Lo sistèma GPS en desvolopament deu inclure tanben la portaira L5 d’integritat, lo metent atal al nivèl GNSS2.

• Los sistèmas de basa son las constellacions operacionalas existentas o en desvolupament: GPS, Galileo e GLONASS.
• Los sistèmas d’aumentacion satellitaris globals: Omnistar e StarFire.
• Los sistèmas d’aumentacion satellitaris regionals ( SBAS) incluent lo WAAS dels Estats Units d'America, l’EGNOS de l'europèu, lo MSAS japonés, e lo GAGAN indian.
• Los sistèmas de navegacion satellitaris regionals coma lo QZSS japonés, l'IRNSS indian e lo Beidou chinés.
• Los sistèmas d’aumentacion terrèstres continentals (GBAS) per exemple l’australian GRAS e lo servici DGPS del ministèri dels transpòrts dels Estats Units d'America.
• Los GBAS regionals coma lo malhum CORS .
• Los GBAS locals utilizant una seula estacion de referéncia foncionant en correccions cinematicas. (Real Time Kinematic).

Utilizacions

Un receptor GPS dins un taxi

Los usatges civils dels GNSS son multiples:

• La navegacion, dempuèi los receptors portables de caminada, los navegadors de veïculs, fins a las centralas de navegacion dels aeronèus e naus
• Lo transfèrt de temps e la sincronizacion, scientific o per las telecomunicacions
• La susvelhança, en ligam amb un emetor APRS
• La topografia, en construccions o trabalhs publics.
• Lo salvetatge aeronautica o maritima (Search and rescue), en ligam amb una marca-emetòra d'alarma.
• La geofisica, per exemple la susvelhança de las falhas.
• Lo seguit dels animals de passa o de las populacions d'espècias menaçadas, per radiotracking
• La gestion dels malhum de transpòrt, bus, remòrcas, eca
• La susvelhança de las zonas de pèsca
• l'agricultura de precision, per exemple en permetent d'espandiment sens recobrament.
• la gestion de las collectivitats localas, per la mesa a jorn del cadastre
• la luta contre lo raube, subretot dels veïculs o dels containers.
• la luta contra la piratariá maritima
• eca.

Son tanben a la disposicion dels particulars, que pòdon comprar de material lor permetent de localizar lor posicion exacta a tot moment, per exemple dins lors desplaçaments en automobila o en caminda.

Enjòcs politics e economics

Los sistèmas GNSS an d'implicacions economicas:

• Lor construccion representa d'enòrmes budgèts, que solament los Estats Units d'America pòdon envisatjar d'espereles. L'URSS daissèt un temps se degradar lo sistèma GLONASS per rason budgetària. Euròpa s'uniquèt per Galileo, mas las decisions budgetàrias dificilas retardèron lo programa.
• Las entrepresas son causidas per bastir lo segment espacial aprèp de fòrtas lutas d'influéncia politicas.
• Lo mercat de las aplicacions, en material e logicial es en aumentacion, mas pòt pas contribuir al budgèt d'un sistèma novèl, lo sistèma existent GPS essent d'usatge gratuit.
• Las economias realizadas suls sistèmas terrèstres ancians permeton de compensar en partida los costs. Per exemple, lo desvolopament complet del GNSS2 deu permetre d'abandonar una partida dels mejans de radionavegacion aeronautics actuals (VOR ILS DME ADF..)
• La navigacion mai precisa autreja d'estauvis suls còstes de carburant, e lo desengorjament dels corredors aerians e dels terminals per reduccion dels intervals.

Per capitat, los Estats cercan una independéncia al respècte del GPS dels Estats Units D'America, per poser desvolopar d'applicacions civilas o militàrias nacionalas. Lo desvolopament d'un sistèma de navegacion satellitari es tanben un element de prestigi per las novèlas nacions espacialas (China e Índia). Dins aquèla meteissa tòca, la Comission Europèa donèt lo seu sosten a la creacion del Master GNSS per l'École nationale de l'aviation civile e l'Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace.

Vejatz tanben

Articles connèxes

• Radionavegacion
• Global Positioning System
• GPX (format de fichièr)
• Geolocalizacion

Ligams extèrnes

• (fr) Estudi sua las tecnicas de geolocalizacion
• Organizacions en rapòrt amb los GNSS
• GALILEO and GNSS Test Bed - HELILEO HELILEO