Que vous fassiez une randonnée dans la nature ou que vous conduisiez dans une rue animée de la ville, le GNSS est un compagnon fiable qui vous guide avec la plus grande précision. Bien qu'il soit fortement influencé par l'activité ionosphérique, ce qu'on appelle les erreurs ionosphériques. Nous proposons une nouvelle solution pour les corriger : Qinertia avec son mode Ionoshield.
Introduction au GNSS
Le système mondial de navigation par satellite (GNSS) fait référence à une constellation de satellites qui fournissent des signaux depuis l'espace, lesquels transmettent des données de positionnement et de synchronisation aux récepteurs GNSS. Agriculture, cartographie, transport, navigation : la technologie GNSS a un large éventail d'applications dans tous les secteurs et dans la vie quotidienne.
Les systèmes GNSS les plus importants sont les suivants :
- Le système de positionnement mondial ou GPS, développé par le ministère américain de la Défense, est un réseau de satellites en orbite autour de la Terre. Il existe actuellement 30 satellites GPS opérationnels. Ces satellites transmettent en continu des signaux contenant des informations sur leur position et leur heure précises.
- Les systèmes mondiaux de navigation par satellite ou GLONASS sont un système de navigation par satellite développé par la Russie. Le système avait une constellation initiale de 24 satellites.
- Galileo est le système mondial de navigation par satellite de l'Union européenne. Il vise à fournir un système de positionnement indépendant pour l'Europe et d'autres régions.
- Le système de navigation par satellite BeiDou, ou BDS, est le GNSS chinois. Il fournissait initialement une couverture régionale, mais avec l'achèvement de la constellation BeiDou-3, il fournit désormais des services de navigation mondiaux.
Erreurs atmosphériques
L'une des sources d'erreurs les plus importantes dans le positionnement GNSS est attribuable à l'atmosphère. Étant donné que les satellites et les récepteurs de signaux GNSS sont situés très loin, le signal GNSS parcourt des milliers de kilomètres entre le satellite et le récepteur. Pendant ce trajet, le signal traverse les couches atmosphériques.
L'ionosphère est la couche de l'atmosphère située entre 50 et 1000 km au-dessus de la Terre. Cette couche externe de la Terre contient des particules chargées électriquement appelées ions. Elles affectent de manière significative la transmission du signal GNSS, entraînant sa distorsion et son retard.
Étant donné que les erreurs atmosphériques sont difficiles à prévoir en raison de leur nature changeante, il est difficile de déterminer leur impact précis sur les positions calculées.
Les retards causés par l'activité ionosphérique peuvent varier en fonction :
- L'heure de la journée
- La saison de l'année
- Localisation géographique
- L'activité solaire
Lignes de base
Les erreurs atmosphériques dépendent également de la distance entre la station de base de référence et le récepteur mobile. La distance entre la station de base et le récepteur mobile est appelée la ligne de base. Si les erreurs de ligne de base ne sont pas prises en compte, elles entraînent des erreurs de positionnement importantes, en particulier dans les applications à longue ligne de base.
La station de base est installée à un endroit précisément connu. Elle estime les erreurs GNSS et envoie continuellement des corrections au récepteur mobile.
Le récepteur mobile utilise ensuite ces données pour corriger toutes les erreurs et calculer la position exacte. Cela fonctionne bien lorsque la station de base et le récepteur mobile sont proches.
Nous savons que lorsque plusieurs récepteurs sont placés côte à côte dans une zone ouverte, ils ont tendance à avoir des erreurs similaires. La station de base et les récepteurs mobiles subissent le même retard dû à l'ionosphère et ont donc des erreurs identiques. C'est ce qu'on appelle une erreur GNSS standard.
Grâce à cette caractéristique unique, nous pouvons calculer la distance relative entre les récepteurs avec plus de précision. Cela permet aux systèmes de corriger plus facilement les erreurs atmosphériques.
Pourquoi la ligne de base longue présente-t-elle un intérêt particulier aujourd'hui ?
Lorsque la ligne de base est longue, l'activité ionosphérique introduit des écarts importants entre la station de base et le rover. Les fluctuations de l'ionosphère augmentent avec l'activité solaire.
Tous les onze ans, le champ magnétique du soleil se retourne complètement.
Cela entraîne une augmentation de l'activité solaire (pic entre 2023 et 2025). De nombreux logiciels de correction modernes proposent des solutions pour tenir compte de la longue ligne de base et de l'activité solaire.
Comment les utilisateurs de GNSS peuvent-ils minimiser les impacts d'une activité ionosphérique accrue ?
Réduire l'impact de l'augmentation de l'activité ionosphérique sur les opérations GNSS :
- Assurez-vous que vos capteurs GNSS disposent du logiciel le plus récent pour obtenir les meilleures performances de suivi et de positionnement avec le GNSS.
- Utilisez divers systèmes GNSS tels que GPS, GLONASS, Galileo et Baidu, s'ils sont accessibles. Cela augmente le nombre d'observations utilisées pour le positionnement et apporte une gamme plus large de signaux GNSS suivis. Plus de données conduit à une plus grande fiabilité.
- Dans les tâches de levés de haute précision, effectuez au moins deux mesures à des moments différents et dans des conditions ionosphériques variables.
- Vérifiez l'influence actuelle de l'ionosphère dans votre région en utilisant divers fournisseurs de services de correction GNSS.
- Choisissez une méthode de correction GNSS qui correspond à vos besoins.
Corrections d'erreurs GNSS : RTK vs PPK
Imaginez un monde où tout est parfait : pas d'erreurs des appareils qui reçoivent les signaux, pas de problèmes des satellites et pas de perturbations de l'atmosphère. Dans ce monde idéal, le GNSS pourrait localiser les positions avec une précision incroyable.
Mais en réalité, des erreurs peuvent se produire. Il existe un moyen de réduire ces erreurs. C'est ce que font les différents GPS différentiels, ou DGPS. Le DGPS fonctionne en utilisant les informations de plusieurs récepteurs pour estimer les erreurs et les supprimer.
Les applications, comme la topographie, exigent une plus grande précision. Cela dépend de la technologie et des capacités de correction du récepteur.
Diverses méthodes de correction peuvent être appliquées pour gérer l'erreur côté récepteur :
- Cinématique en Temps Réel (RTK)
- Post-Processed Kinematic (PPK)
Corrections RTK
Le RTK utilise un point de référence, comme une station de base, qui est proche de l'appareil GPS dont nous voulons connaître l'emplacement (appelé rover).
En connaissant l'emplacement de la station de base et en utilisant un algorithme, le RTK peut se débarrasser des erreurs que la station de base et le rover partagent. Ces erreurs peuvent provenir des satellites et/ou de l'atmosphère.
Pour corriger les erreurs provenant de l'atmosphère, le rover et la station de base doivent faire face aux mêmes erreurs. C'est pourquoi ils doivent être proches l'un de l'autre.
Grâce au RTK, le GPS peut être précis jusqu'à 1 centimètre. Cette méthode RTK est très efficace pour les solutions GPS précises, en particulier pour la topographie.
Corrections PPK
Le PPK permet un post-traitement précis des données GNSS afin d'améliorer la qualité des informations de localisation. Il est particulièrement utile dans les scénarios où les conditions de signal GNSS sont difficiles, fournissant des résultats plus fiables et plus précis.
Il est largement utilisé dans des applications telles que la cartographie par drone, les levés géodésiques et la gestion d'actifs.
Maintenant, la grande question est de savoir quelle est la meilleure méthode de correction ? Cela dépend d'un certain nombre de facteurs tels que l'emplacement, la longueur de la ligne de base, l'activité ionosphérique, les exigences de précision, la fiabilité et le budget.
Méthodes de correction d'erreur GNSS RTK et PPK
Comparons deux des méthodes de correction les plus populaires :
| Critères | RTK | PPK |
|---|---|---|
| Correction des données | Fournit une correction en direct aux données de localisation collectées. | Collecte d'abord l'ensemble des données de localisation et fournit une correction hors site. |
| Post-traitement | Ne nécessite pas de post-traitement des données et, par conséquent, pas besoin d'utiliser un logiciel de post-traitement. | Nécessite un logiciel spécialisé. |
| Puissance du signal entre la station de base et le rover | Doit avoir une connexion constante entre la station de base et le récepteur mobile. La perte de signal entraîne une perte de données et introduit donc plus d'erreurs. | Ne nécessite pas une forte puissance du signal entre la station de base et le récepteur du rover. |
| Environnement de travail | Il fonctionne mieux dans des conditions de ciel ouvert, lorsqu'il n'y a pas d'obstacles tels que des arbres, des bâtiments ou des montagnes. Lorsque des éléments bloquent les signaux GNSS, il est difficile de conserver une précision fiable. | Maintient une précision au décimètre même dans les endroits avec des obstacles (tunnels, ponts, vallées). Ceci est possible en utilisant des artefacts algorithmiques tels que le traitement Backward-Forward. |
| Lignes de base | Fonctionne pour des lignes de base jusqu'à 30 km. | Évalue et compense les erreurs ionosphériques en cas de longues lignes de base. |
| Récupération des logs endommagés | N/A | Peut récupérer un journal endommagé affecté par une forte activité solaire en utilisant la méthode « longue ligne de base a posteriori » |
| Activité solaire | Ne tient pas compte de l'activité solaire lors du calcul des données. | Prend en compte l'activité solaire pour décider entre les modes de base long et court. |