Développements actuels dans le positionnement satellites GNSS - RTCM - RTK. Moritz Lauwiner / Dr. Werner Lienhart

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1 Développements actuels dans le positionnement satellites GNSS - RTCM - RTK Moritz Lauwiner / Dr. Werner Lienhart

2 Global Navigation Satellite Systems Systèmes GNSS existants et futurs NAVSTAR GPS USA, système de positionnement militaire, développé dans les années 70 GLONASS Réponse russe au GPS, développé dans les années 80 Compass Système global de satellites chinois GALILEO GNSS européen civil, prévu opérationnel dès

3 Pourquoi un GNSS multiple est-il intéressant pour les topographes? L utilisation combinée de plusieurs GNSS permet de capter un nombre de satellites bien plus grand: Ex.: minimum 17 satellites en 24h et en moyenne 21 satellites visibles 3

4 Constellation GPS et planification : 31 satellites opérationnels (PRN-32 en arrêt) 13 satellites du bloc IIA 13 satellites du bloc IIR 5 satellites du bloc IIR-M (avec L2C) Premier lancement , IOC satellites suivant pas avant 2012 L2C code Satellites du bloc IIF, lancement en 2009, IOC 2014 (avec L2C, L5) Satellites du bloc III, lancement en 2012, FOC ~2015 (avec L2C, L5, L1C) 4

5 Constellation GLONASS et planification 1995 Constellation complète avec 24 satellites GLONASS 2001 Plus que 7 satellites disponibles en 2001, en général, vous aviez moins de 2 satellites visibles à l horizon Depuis 2000 En moyenne, 3 satellites par année sont envoyés dans l espace. Ce nombre augmenta à 6 en 2007 et satellites sont dans l espace dont 13 du type M* Planification de la constellation GLONASS complète pour 2008/2009** Source: * ** 5

6 Planification Galileo But originel Système en fonction complète dès 2008 La réalité Satellites test premier satellite test GIOVE-A (afin d occuper les fréquences) Lancement planifié du 2 ème satellite test GIOVE-B pour avril : GALILEO fait la UNE dû aux retards constants Difficultés de financement: Il manque encore 2.5 milliards d Euros au système satellitaire Galileo (Ministre des Transports Tiefensee, ) Le PPP (Plan de financement Privé-Public) a échoué. Financement principal maintenant avec l argent public Il faut calculer un retard de 4-5 ans Galileo ne sera pas opérationnel avant

7 Compass/Beidou Navigation System GNSS propre à la Chine Remarque: Actuellement seules des informations limitées sont disponibles. Sources: GPS World (11/2006), Wikipedia, NewScientist.com (11/2006), Inside GNSS

8 Historique Octobre 2000: Lancement de Beidou 1A (bande 140 E), LEO Décembre 2000: Lancement de Beidou 1B (bande 80 E), LEO Mai 2003: Lancement de Beidou 2A (bande E), est actuellement utilisé qu en backup Avril 2007: Lancement de 1 er MEO Printemps-été 2007: l Université de Stanford a suivi les signaux B1, B2 et B3 Plan pour fin 2008: 8 MEO Compass très probablement disponible avant Galileo! 8

9 Compass et Système 1200 Evolution future 9

10 Signaux GNSS futurs Mesures soutenues par GNSS... aujourd hui et en satellites GPS et 16 GLONASS 2 fréquences (L1, L2) 26 observations en moyenne par époque sans obstruction 12 observations avec obstructions RTK jusqu à 50km Temps d initialisation typique en 8 Précision RTK env. ±15mm 28 satellites GPS, 24 GLONASS, 30 Galileo (30 Compass) 3 fréquences (L1, L2, L5) >80 observations en moyenne par époque sans obstruction 32 observations avec obstructions RTK jusqu à env. 80km (Réseau de références?) Temps d initialisation typique en 1 Précision RTK env. ±10mm 10

11 Développement des formats RTCM 1990 RTCM 2.0 Correction du code => DGPS 1994 RTCM 2.1 Correction de la phase=> RTK 1998 RTCM 2.2 GLONASS 2001 RTCM 2.3 Définitions des antennes 2004 RTCM 3.0 Format de données plus compact 2006/07 RTCM 3.1 Correction de réseau: définition du concept de Leica «Master Auxilliary Concept» (MAC) comme standard Messages des transformations 11

12 Bases des réseaux RTK Concepts de réseaux RTK existants avant le format RTCM V3.1 FKP Paramètre de correction surfacique VRS Station de référence virtuelle Limitations du VRS et FKP Modélisation propriétaire des corrections de réseaux Représentation et transfert des corrections réseau souvent dans des formats non standardisés internationalement Messages de corrections contenant des données MODELLISEES et pas de DONNEES BRUTES comme l exige RTCM. VRS: nécessite une communication en duplex => limitation de l utilisation simultanée de rover Positionnement du rover VRS incomplète lors de mesures cinématiques à cause des stations de référence changeantes Leica Geosystems voulait un standard unique et développa le Master- Auxiliary Concept dans le RTCM Special Committee

13 Bases de MAC (1) Transfert des données brutes des stations de référence au calcul du réseau (2) Calcul du réseau avec résolution des ambiguïtés (3) Composition et transfert des messages réseau RTCM 3.1 Calcul des parties d erreur dispersée et non dispersée pour chaque paire de récepteurs satellites Station de référence auxiliaire A Rover User 1 4 Station de référence auxiliaire C 3 Station de référence auxiliaire D Transfert des corrections réseau totales et des coordonnées (et seulement celle-ci) de la station principale (4) Calcul de la position du rover très précisément sous utilisation des informations complètes du réseau Station de référence auxiliaire B Station de référence principale (MASTER) 2 Network Processing Facility 13

14 SmartRTK Développement continu de MAX Plus grand nombre de satellites utilisés Plus grande précision grâce à la technologie de décorrélations atmosphériques Standard international RTCM V3.1 14

15 SmartRTK Nombre de satellites utilisés Avec SmartRTK tous les satellites, dont les ambiguïtés sont fixées dans le réseau, sont utilisés et en plus tous les satellites de la station principale: qui n ont pas été observés sur les autres stations pour qui les ambiguïtés n ont pas pu être résolues dans le réseau Avantage Plus de données de corrections disponibles pour plus de satellites Plus d époques fixées au rover 15

16 SmartRTK Exemple: disponibilité des satellites Réseau de stations de références utilisant les corrections MAX Rover avec exploitation standard Rover avec SmartRTK pas de position fixée RTK fixé pour toutes les époques Seulement 5 satellites pour la résolution des ambiguïtés 6-8 satellites pour la résolution des ambiguïtés 16

17 SmartRTK Technologie de décorrélation atmosphérique Avec SmartRTK Il n existe plus de limite dépendante de la distance pour le changement d une solution L1L2 à une solution sans ionosphère A cause de la situation atmosphérique actuelle, on décide quelle solution est plus avantageuse Avantage Plus haute précision de la position du rover Précision homogène sur tout le réseau, pas de saut dans la position du rover 17

18 SmartRTK Exemple Distances du rover à la station principale: 48 km à 4 stations auxiliaires: 18

19 SmartRTK Exemple Solution standard (=L3) SmartRTK Écart standard: 4.6cm Écart standard : 1.8 cm 19

20 SmartRTK Standard international SmartRTK et RTCM 3.1 Utilisation de mesures réelles au rover Algorithmes définis pour le calcul des corrections Avantage Les corrections: se réfèrent à une station de référence fixe peuvent être reproduites à n importe quel moment sont indépendantes du fournisseur de matériel Résultats consistants dans tout le réseau pas de perte de précision (comme par exemple en s éloignant d une station de référence virtuelle qui est optimisée pour la première initialisation) 20

21 SmartRTK En résumé SmartRTK est un développement continu de MAX SmartRTK utilise toutes les informations du réseau Plus grand nombre de satellites utilisés Plus haute précision grâce à la technologie de décorrélation atmosphérique SmartRTK est un standard international Basé sur des données réelles Reproductible à tout moment Standard réseau RTCM V3.1 SmartRTK livre des résultats consistants dans tout le réseau 21

22 En résumé Status GNSS Actuellement 2 GNSS opérationnel et 2 autres en préparation Compass probablement disponible avant Galileo Le Système Leica 1200 peut être mis à jour sur les 4 systèmes RTCM 3.1 et SmartRTK RTCM 3.1 est le seul standard international pour des corrections de réseaux; il est entièrement base sur Le MAC de Leica SmartRTK livre la meilleure performance réseau avec RTCM 3.1 MAC 22