L'erreur de trajet multiple est un problème courant dans les systèmes de positionnement par satellite, tels que les systèmes mondiaux de navigation par satellite (GNSS). Plus précisément, elle se produit lorsque les signaux d'un satellite atteignent le récepteur en empruntant plusieurs trajets. Par conséquent, ces signaux entraînent des inexactitudes dans les données de positionnement. Pour résoudre ce problème, les ingénieurs et les chercheurs doivent comprendre et atténuer l'erreur de trajet multiple afin d'améliorer la précision des systèmes GNSS utilisés dans la navigation, la topographie et les applications scientifiques.
De plus, elle fait référence aux inexactitudes dans le positionnement GNSS qui surviennent lorsque les signaux satellites se réfléchissent ou se dispersent sur les surfaces proches, telles que les bâtiments, les arbres ou le sol.
Au lieu de recevoir un seul signal direct du satellite, le récepteur GNSS détecte plusieurs signaux qui empruntent différents trajets avant d'arriver à l'antenne. Par conséquent, l'interférence entre ces signaux entraîne des erreurs dans la position calculée.
Les principaux aspects de l'erreur par trajets multiples sont les suivants :
- Réflexion du signal : les signaux réfléchis rebondissent sur les surfaces avant d’atteindre le récepteur, ce qui entraîne des écarts dans la synchronisation du signal et les calculs de positionnement.
- Diffusion du signal : les signaux diffusés s’étendent après avoir heurté des surfaces irrégulières, ce qui complique davantage la réception et la mesure de données précises.
- Différence de trajet : Les longueurs variables des trajets du signal entraînent des différences dans le temps de propagation du signal, ce qui contribue aux erreurs de positionnement.
3 causes d'erreur de trajets multiples
L'erreur de trajet multiple est influencée par divers facteurs environnementaux et techniques. La compréhension de ces causes aide à élaborer des stratégies efficaces pour minimiser leur impact sur la précision du GNSS.
1 – Surfaces réfléchissantes
Les surfaces dures telles que les bâtiments, les chaussées et les plans d'eau sont des exemples de surfaces réfléchissantes qui peuvent provoquer la réflexion des signaux satellites. Ces réflexions atteignent le récepteur en même temps que le signal direct, ce qui entraîne des erreurs dans la mesure du temps de trajet du signal.
Environnements urbains
Dans les villes où les bâtiments et les infrastructures sont denses, l’erreur de trajet multiple est plus prononcée en raison du nombre accru de surfaces réfléchissantes. Cela peut nuire considérablement à la précision des systèmes de positionnement en milieu urbain.
Plans d'eau
Les grandes étendues d'eau, telles que les lacs et les océans, peuvent réfléchir les signaux GNSS, ce qui entraîne une erreur de multi-trajet. La nature réfléchissante des surfaces d'eau peut provoquer des interférences de signaux complexes.
2 – Irrégularités de surface
Irrégularités de surface : Les surfaces irrégulières ou inégales peuvent disperser les signaux GNSS dans plusieurs directions. Ces signaux dispersés peuvent se mélanger aux signaux directs, créant ainsi des erreurs dans le calcul de la position.
Caractéristiques du terrain
Les éléments naturels comme les collines, les arbres et les affleurements rocheux peuvent diffuser et réfléchir les signaux GNSS, contribuant ainsi à l’erreur de trajet multiple. Les irrégularités du terrain affectent la propagation et la réception du signal.
Structures artificielles
Les structures telles que les antennes, les clôtures et les surfaces des véhicules peuvent également provoquer la diffusion et la réflexion du signal. Ces structures introduisent des trajets supplémentaires pour le signal, augmentant ainsi le potentiel d'erreur due aux trajets multiples.
3 – Conditions atmosphériques
Les variations des conditions atmosphériques, telles que la température et l'humidité, peuvent affecter la propagation des signaux GNSS. Ces conditions peuvent indirectement influencer l'erreur par trajets multiples en modifiant les caractéristiques des signaux réfléchis ou diffusés.
Variations de température
Les changements de température peuvent affecter la densité et la composition de l’atmosphère, influençant la propagation et la réflexion des signaux GNSS.
Niveaux d'humidité
Une humidité élevée peut entraîner des changements dans l'indice de réfraction de l'atmosphère, ce qui a un impact sur le trajet du signal et contribue à l'erreur due aux trajets multiples.
Stratégies d’atténuation des erreurs de trajets multiples
Plusieurs techniques et technologies sont employées pour réduire l'impact des erreurs dues aux trajets multiples sur la précision du positionnement GNSS. La mise en œuvre de ces stratégies peut considérablement améliorer la fiabilité des systèmes de navigation.
Technologie de récepteur avancée
Les récepteurs GNSS modernes sont équipés de capacités avancées de traitement du signal pour identifier et atténuer les interférences dues aux trajets multiples. Ces récepteurs utilisent des algorithmes pour distinguer les signaux directs des signaux réfléchis.
Algorithmes de détection des trajets multiples
Les récepteurs utilisent des algorithmes pour détecter et filtrer les signaux à trajets multiples. Ces algorithmes analysent les caractéristiques des signaux entrants afin de séparer les signaux directs des signaux réfléchis.
Techniques de traitement du signal : des techniques avancées de traitement du signal, telles que le filtrage adaptatif et l’analyse de corrélation, contribuent à réduire les effets de l’erreur de trajet multiple (réjection des trajets multiples). Ces techniques améliorent la précision du positionnement en améliorant la qualité des signaux reçus.
Conception d'antenne
La conception et l'emplacement des antennes GNSS jouent un rôle crucial dans la réduction des erreurs dues aux trajets multiples. Des antennes de conception spécifique peuvent réduire la sensibilité aux signaux réfléchis.
Plans de masse
L'utilisation de plans de masse ou de surfaces réfléchissantes autour de l'antenne peut contribuer à améliorer la réception du signal en réduisant l'impact des réflexions provenant des surfaces proches.
Placement de l’antenne
Le placement approprié des antennes GNSS, loin des surfaces réfléchissantes et des sources potentielles d’interférences, aide à réduire l’erreur de trajets multiples. Assurer une ligne de visée dégagée vers le ciel minimise les risques de réflexions et de diffusion du signal.
Techniques d'enquête et de traitement des données
Dans les applications topographiques et scientifiques, des techniques de post-traitement peuvent être utilisées pour corriger les erreurs de trajets multiples. Ces techniques consistent à analyser les données collectées au fil du temps afin d'identifier et de corriger les erreurs causées par les effets de trajets multiples.
Corrections de post-traitement
Les outils et algorithmes des logiciels de post-traitement peuvent analyser les données GNSS enregistrées afin d'identifier et de corriger les erreurs de trajets multiples. Ces corrections améliorent la précision des résultats de positionnement et de mesure.
Utilisation de stations de référence
Les stations de référence avec des emplacements fixes peuvent fournir des données de correction pour ajuster les erreurs de trajet multiple dans les mesures GNSS. Cette technique est couramment utilisée dans les applications de haute précision.
L'erreur de trajet multiple est un défi important dans le positionnement GNSS qui découle de la réflexion et de la diffusion des signaux satellites. En comprenant les causes de l'erreur de trajet multiple et en mettant en œuvre des stratégies d'atténuation efficaces, il est possible d'améliorer la précision et la fiabilité des systèmes GNSS.
La technologie de récepteur avancée, la conception appropriée de l'antenne et les techniques de traitement des données jouent un rôle clé dans la résolution des interférences de trajets multiples, garantissant ainsi que les applications de navigation et de positionnement atteignent des performances optimales dans divers environnements.