Améliorer la précision des systèmes de localisation GPS

Par : Emmanuelle Brière
novembre 2013

Des chercheurs travaillent à la mise au point d’une application GPS permettant aux utilisateurs de déterminer rapidement, et à quelques centimètres près, leur position sans être à proximité d’une station de poursuite au sol.
Photo d’une station de référence du réseau canadien de stations de surveillance GPS à Whitehorse

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Station de référence du réseau canadien de stations de surveillance GPS à Whitehorse.

À un peu plus de 19 000 kilomètres au-dessus de nous, jusqu’à 32 satellites GPS gravitent en orbite, transmettant constamment des signaux radio à nombre d’utilisateurs sur Terre.

Grâce à au moins quatre satellites de poursuite, un récepteur GPS peut établir la longitude, la latitude et l’altitude d’utilisateurs indépendants à quelques mètres près.

Cependant, dans le cadre de certaines activités, notamment l’agriculture, une plus grande précision est cruciale. Elle permet aux agriculteurs d’enregistrer les emplacements envahis par les insectes et d’utiliser ces données pour cibler les infestations au lieu de traiter le champ en entier, atténuant ainsi l’utilisation de produits chimiques.

Pour obtenir une précision au centimètre près en temps réel, les utilisateurs de systèmes de localisation GPS doivent se trouver à quelques kilomètres d’une station de référence au sol, ce qui n’est pas toujours possible, particulièrement dans les régions éloignées.

Le Centre canadien de télédétection de Ressources naturelles Canada (RNCan) met présentement au point une nouvelle application GPS permettant d’être moins dépendant des stations au sol tout en obtenant une précision en temps réel au centimètre près.

Fonctionnement de l’application

Pour calculer un emplacement, le récepteur GPS compare la synchronisation d’un signal émis par un satellite à la synchronisation de réception du signal. Toutes les mesures GPS sont sujettes à des erreurs attribuables à cette lecture unique du moment. Il est essentiel de tenir compte de ces erreurs pour obtenir la meilleure précision possible. Par conséquent, le rôle premier des réseaux de stations de poursuite au sol consiste à fournir des mesures qui annulent toutes les erreurs temporelles de signaux.

Photo d’équipement pour le positionnement par point unique avec système de navigation par satellites

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Équipement typique pour le positionnement par point unique et précis avec un système de navigation par satellites sans fil.

Afin d’éliminer la nécessité de recourir à des réseaux de stations denses au sol, RNCan a conçu une nouvelle application GPS appelée modèle de chrono découplé (MCD). Le MCD est un algorithme qui traite la synchronisation de chaque mesure GPS séparément, découplant chaque mesure l’une de l’autre afin de régler les erreurs temporelles. En procédant ainsi, non seulement le modèle est plus précis, mais cela permet également d’appliquer certaines techniques de réseau de référence de grande exactitude, ce qui n’était pas possible auparavant.

Avantages pour les utilisateurs

Présentement, pour obtenir une précision au centimètre près, les utilisateurs situés hors des limites d’une station au sol doivent attendre entre 15 et 60 minutes, selon la visibilité du satellite et le rendement du récepteur. « Une fois au point, cette application pourrait réduire considérablement et peut-être même éliminer ce délai d’attente, et permettre une localisation instantanée au centimètre près », d’expliquer Pierre Héroux, expert principal de la géolocalisation et navigation par un système de satellites à RNCan.

En diminuant la nécessité de recourir à des réseaux denses d’infrastructures au sol, cette méthode contribuera à réduire les coûts associés à l’installation et à l’entretien des stations. Elle sera particulièrement profitable aux utilisateurs des régions éloignées du Nord où on dénombre peu de stations GPS au sol.

Le MCD pourrait également servir à améliorer la surveillance des dangers naturels contre lesquels une réaction rapide est cruciale dans le cas de mouvements même légers de terre ou d’eau. « Par exemple, pour la surveillance des tsunamis, les stations de poursuite GPS installées sur des bouées pourraient mesurer avec précision l’évolution du niveau d’eau et transmettre l’alerte avant que la vague n’atteigne la côte », de dire Pierre.

Préparation en vue de la mise en œuvre

Pierre Héroux estime qu’un réseau peu dense de référence mondial composé de 50 à 100 stations au sol serait suffisant pour recueillir les données en soutien au MCD. Une fois mis au point, les algorithmes d’un logiciel MCD pourraient être intégrés dans les GPS. Les chercheurs travaillent présentement en collaboration avec des fabricants de GPS pour examiner la possibilité d’intégrer le logiciel aux appareils de la prochaine génération.

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