Que vous fassiez de la randonnée en pleine nature ou que vous conduisiez dans une rue animée, le GNSS est un compagnon fiable qui vous guide avec la plus grande précision. Bien qu'fortement impacté par l'activité ionosphérique, ce que l'on appelle les erreurs ionosphériques. Nous proposons une nouvelle solution pour les corriger : Qinertia avec son mode Ionoshield.
Introduction au GNSS
Le système de navigation par satellite (GNSS) désigne une constellation de satellites fournissant des signaux spatiaux qui transmettent des données de positionnement et de temps aux récepteurs GNSS. Agriculture, cartographie, transport, navigation : la technologie GNSS trouve un large éventail d'applications dans tous les secteurs et dans la vie quotidienne.
Parmi les systèmes GNSS les plus importants en service figurent :
- Le Global Positioning System, ou GPS, développé par le département de la Défense des États-Unis, est un réseau de satellites en orbite autour de la Terre. Il compte actuellement 30 satellites opérationnels. Ces satellites transmettent en continu des signaux contenant des informations sur leur position précise et l'heure.
- Le système mondial de navigation par satellite ou GLONASS est un système de navigation par satellite développé par la Russie. Le système comptait initialement une constellation de 24 satellites.
- Galileo est le système mondial de navigation par satellite de l'Union européenne. Son objectif est de 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 de la Chine. Il a initialement fourni une couverture régionale, mais avec l'achèvement de la constellation BeiDou-3, il offre désormais des services de navigation mondiaux.
Les erreurs atmosphériques
Une des sources d'erreurs les plus importantes dans le positionnement GNSS peut être attribuée à l'atmosphère. Étant donné que les satellites et les récepteurs de signaux GNSS sont très éloignés, le signal GNSS parcourt des milliers de kilomètres entre le satellite et le récepteur. Durant 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 électriquement chargées, appelées ions. Elles affectent significativement la transmission du signal GNSS, provoquant 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 de :
- L'heure de la journée
- La saison de l'année
- L'emplacement 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 (rover). La distance entre la station de base et le rover est appelée la ligne de base (baseline). Si les erreurs de ligne de base ne sont pas prises en compte, elles provoquent des erreurs de positionnement significatives, en particulier dans les applications à longue ligne de base.
La station de base est installée à un emplacement précisément connu. Elle estime les erreurs GNSS et envoie continuellement des corrections au récepteur rover.
Le récepteur rover utilise ensuite ces données pour corriger toutes les erreurs et calculer la position exacte. Cela fonctionne bien lorsque la station de base et le rover sont proches.
Nous savons que lorsque plusieurs récepteurs sont placés côte à côte dans une zone ouverte, ils ont tendance à présenter des erreurs similaires. La station de base et les récepteurs rover subissent le même retard dû à l'ionosphère et ont par conséquent des erreurs identiques. C'est ce que l'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 facilite la correction des erreurs atmosphériques par les systèmes.
Pourquoi la ligne de base longue présente-t-elle un intérêt particulier aujourd'hui ?
Lorsque la ligne de base est longue, l'activité ionosphérique entraîne des écarts importants entre la station de base et le mobile. À mesure que l'activité solaire augmente, les fluctuations de l'ionosphère s'intensifient.
Tous les onze ans, le champ magnétique du Soleil s'inverse 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 ligne de base longue et de l'activité solaire.
Comment les utilisateurs de GNSS peuvent-ils minimiser les impacts d'une activité ionosphérique accrue ?
Pour réduire les impacts d'une activité ionosphérique accrue sur les opérations GNSS :
- Assurez-vous que vos capteurs GNSS disposent du logiciel le plus récent afin d'obtenir les meilleures performances en matière de suivi et de positionnement GNSS.
- Exploitez divers systèmes GNSS tels que le GPS, GLONASS, Galileo et Baidu, lorsqu'ils sont accessibles. Cela augmente le nombre d'observations utilisées pour le positionnement et intègre une plus grande variété de signaux GNSS suivis. Plus de données mènent à une plus grande fiabilité.
- Dans le cadre de tâches d'arpentage de haute précision, effectuez deux mesures ou plus à des moments différents et dans des conditions ionosphériques variables.
- Vérifiez l'influence actuelle de l'ionosphère dans votre région en utilisant différents fournisseurs de services de correction GNSS.
- Choisissez une méthode de correction GNSS qui correspond à vos exigences.
Corrections d'erreurs GNSS : RTK vs PPK
Imaginez un monde où tout serait parfait : aucune erreur provenant des appareils qui reçoivent les signaux, aucun problème lié aux satellites et aucune perturbation de l'atmosphère. Dans ce monde idéal, le GNSS pourrait localiser des emplacements avec une précision incroyable.
Mais en réalité, des erreurs peuvent survenir. Il existe un moyen de les réduire. C'est ce que font divers types de GPS différentiels, ou DGPS. Le DGPS fonctionne en utilisant les informations de plusieurs récepteurs pour estimer les erreurs et les éliminer.
Certaines applications, comme la topographie, nécessitent une plus grande précision. Cela dépend de la technologie et des capacités de correction du récepteur.
Plusieurs méthodes de correction peuvent être appliquées pour traiter l'erreur liée au récepteur :
- Cinématique en temps réel (RTK)
- Cinématique post-traitée (PPK)
Corrections RTK
Le RTK utilise un point de référence, tel qu'une station de base, situé à proximité du récepteur GPS dont on souhaite connaître la position (appelé mobile).
En connaissant l'emplacement de la station de base et en utilisant des algorithmes, le RTK permet d'éliminer les erreurs communes à la station de base et au mobile. Ces erreurs peuvent provenir des satellites et/ou de l'atmosphère.
Pour corriger les perturbations atmosphériques, le mobile et la station de base doivent être soumis aux mêmes erreurs. C'est pourquoi ils doivent se trouver à proximité l'un de l'autre.
Grâce au RTK, le GPS peut atteindre une précision de l'ordre du centimètre. Cette méthode est extrêmement efficace pour obtenir des solutions GPS de haute précision, en particulier pour les levés topographiques.
Corrections PPK
Le PPK permet un post-traitement précis des données GNSS afin d'améliorer la qualité des informations de position. Il s'avère particulièrement utile dans les scénarios où les conditions de signal GNSS sont difficiles, offrant ainsi des résultats plus fiables et précis.
Il est largement utilisé dans des applications telles que la cartographie par drone, les levés géodésiques et la gestion d'actifs.
La grande question est désormais de savoir quelle méthode de correction est la meilleure. Cela dépend de nombreux 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'erreurs GNSS RTK et PPK
Comparons deux des méthodes de correction les plus populaires :
| Critères | RTK | PPK |
|---|---|---|
| Correction des données | Fournit une correction en temps réel des données de position collectées. | Collecte d'abord l'ensemble des données de position et applique la correction en différé. |
| Post-traitement | Ne nécessite aucun post-traitement des données et, par conséquent, aucun logiciel de post-traitement. | Requiert un logiciel spécialisé. |
| Intensité du signal entre la station de base et le mobile | Nécessite une connexion constante entre la station de base et le récepteur mobile. Une perte de signal entraîne une perte de données et augmente ainsi les erreurs. | Ne nécessite pas une forte intensité de signal entre la station de base et le récepteur mobile. |
| Environnement de travail | Fonctionne de manière optimale sous un ciel dégagé, en l'absence d'obstacles tels que des arbres, des bâtiments et des montagnes. Lorsque des éléments bloquent les signaux GNSS, il est difficile de maintenir une précision fiable. | Maintient une précision décimétrique même dans les zones encombrées (tunnels, ponts, vallées). Cela est rendu possible grâce à des artefacts algorithmiques tels que le traitement bidirectionnel (Backward-Forward). |
| Lignes de base | Fonctionne pour des lignes de base allant jusqu'à 30 km. | Évalue et compense les erreurs ionosphériques en cas de lignes de base plus longues. |
| Récupération de journaux endommagés | N/A | Permet de récupérer un journal endommagé affecté par une forte activité solaire en utilisant le traitement « a posteriori sur ligne de base longue » |
| Activité solaire | Ne prend pas en compte l'activité solaire lors du calcul des données. | Prend en compte l'activité solaire pour choisir entre les modes de ligne de base longue et courte. |
