Méthode de mesure des paramètres atmosphériques par occultation de signaux satellites du système de positionnement GPS PDF Download
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Author: Bachir Belloul
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Le systeme de positionnement gps offre une opportunite unique en termes de mesure de parametres atmospheriques comme l'indice de refraction ou la temperature dans le domaine d'altitudes situe entre sol et la stratopause. La mesure s'effectue en occultation lorsque l'un des satellites du gps se couche (ou se leve) derriere la terre par rapport a un recepteur monte sur un satellite en orbite basse. Les signaux radio emis par le satellite gps traversent alors l'atmosphere et sont ralentis, en meme temps qu'ils sont courbes par les changements des proprietes refractives du milieu. En associant cette mesure au deplacement du recepteur autour de son orbite, on obtient alors un profil dont chaque point sera le resultat d'une integration horizontale le long de la trajectoire du signal. Ce travail consiste a etudier cette methode de mesure sous tous ses aspects. On se penchera notamment sur le bilan des erreurs instrumentales mais aussi sur les erreurs liees a la nature du milieu traverse. Les etapes de l'inversion des profils de retard de phase en profils d'indice de refraction et de temperature seront developpees. On presentera finalement les resultats d'analyses de validation faites a partir de mesures obtenues par l'experience gps-meteorology (gps/met). Les profils de temperature restitues a partir de cette experience sont compares a des profils mesures in situ par radiosondage haute resolution et par lidar. Une etude quantitative par comparaison avec les analyses du modele ecmwf ont ete realisees. Cette etude montre que la moyenne des ecarts en temperature reste inferieure a 0.5k sur le domaine 12-25km et que c'est dans l'hemisphere nord, ou la distribution spatiale de radiosondages est la plus dense, que les ecarts en temperature sont les plus faibles. On montre aussi que cette methode peut constituer un outil efficace pour l'etude du champ ondulatoire global de la stratosphere
Author: Bachir Belloul
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Le systeme de positionnement gps offre une opportunite unique en termes de mesure de parametres atmospheriques comme l'indice de refraction ou la temperature dans le domaine d'altitudes situe entre sol et la stratopause. La mesure s'effectue en occultation lorsque l'un des satellites du gps se couche (ou se leve) derriere la terre par rapport a un recepteur monte sur un satellite en orbite basse. Les signaux radio emis par le satellite gps traversent alors l'atmosphere et sont ralentis, en meme temps qu'ils sont courbes par les changements des proprietes refractives du milieu. En associant cette mesure au deplacement du recepteur autour de son orbite, on obtient alors un profil dont chaque point sera le resultat d'une integration horizontale le long de la trajectoire du signal. Ce travail consiste a etudier cette methode de mesure sous tous ses aspects. On se penchera notamment sur le bilan des erreurs instrumentales mais aussi sur les erreurs liees a la nature du milieu traverse. Les etapes de l'inversion des profils de retard de phase en profils d'indice de refraction et de temperature seront developpees. On presentera finalement les resultats d'analyses de validation faites a partir de mesures obtenues par l'experience gps-meteorology (gps/met). Les profils de temperature restitues a partir de cette experience sont compares a des profils mesures in situ par radiosondage haute resolution et par lidar. Une etude quantitative par comparaison avec les analyses du modele ecmwf ont ete realisees. Cette etude montre que la moyenne des ecarts en temperature reste inferieure a 0.5k sur le domaine 12-25km et que c'est dans l'hemisphere nord, ou la distribution spatiale de radiosondages est la plus dense, que les ecarts en temperature sont les plus faibles. On montre aussi que cette methode peut constituer un outil efficace pour l'etude du champ ondulatoire global de la stratosphere
Author: BACHIR.. BELLOUL
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Pages : 150
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LE SYSTEME DE POSITIONNEMENT GPS OFFRE UNE OPPORTUNITE UNIQUE EN TERMES DE MESURE DE PARAMETRES ATMOSPHERIQUES COMME L'INDICE DE REFRACTION OU LA TEMPERATURE DANS LE DOMAINE D'ALTITUDES SITUE ENTRE SOL ET LA STRATOPAUSE. LA MESURE S'EFFECTUE EN OCCULTATION LORSQUE L'UN DES SATELLITES DU GPS SE COUCHE (OU SE LEVE) DERRIERE LA TERRE PAR RAPPORT A UN RECEPTEUR MONTE SUR UN SATELLITE EN ORBITE BASSE. LES SIGNAUX RADIO EMIS PAR LE SATELLITE GPS TRAVERSENT ALORS L'ATMOSPHERE ET SONT RALENTIS, EN MEME TEMPS QU'ILS SONT COURBES PAR LES CHANGEMENTS DES PROPRIETES REFRACTIVES DU MILIEU. EN ASSOCIANT CETTE MESURE AU DEPLACEMENT DU RECEPTEUR AUTOUR DE SON ORBITE, ON OBTIENT ALORS UN PROFIL DONT CHAQUE POINT SERA LE RESULTAT D'UNE INTEGRATION HORIZONTALE LE LONG DE LA TRAJECTOIRE DU SIGNAL. CE TRAVAIL CONSISTE A ETUDIER CETTE METHODE DE MESURE SOUS TOUS SES ASPECTS. ON SE PENCHERA NOTAMMENT SUR LE BILAN DES ERREURS INSTRUMENTALES MAIS AUSSI SUR LES ERREURS LIEES A LA NATURE DU MILIEU TRAVERSE. LES ETAPES DE L'INVERSION DES PROFILS DE RETARD DE PHASE EN PROFILS D'INDICE DE REFRACTION ET DE TEMPERATURE SERONT DEVELOPPEES. ON PRESENTERA FINALEMENT LES RESULTATS D'ANALYSES DE VALIDATION FAITES A PARTIR DE MESURES OBTENUES PAR L'EXPERIENCE GPS-METEOROLOGY (GPS/MET). LES PROFILS DE TEMPERATURE RESTITUES A PARTIR DE CETTE EXPERIENCE SONT COMPARES A DES PROFILS MESURES IN SITU PAR RADIOSONDAGE HAUTE RESOLUTION ET PAR LIDAR. UNE ETUDE QUANTITATIVE PAR COMPARAISON AVEC LES ANALYSES DU MODELE ECMWF ONT ETE REALISEES. CETTE ETUDE MONTRE QUE LA MOYENNE DES ECARTS EN TEMPERATURE RESTE INFERIEURE A 0.5K SUR LE DOMAINE 12-25KM ET QUE C'EST DANS L'HEMISPHERE NORD, OU LA DISTRIBUTION SPATIALE DE RADIOSONDAGES EST LA PLUS DENSE, QUE LES ECARTS EN TEMPERATURE SONT LES PLUS FAIBLES. ON MONTRE AUSSI QUE CETTE METHODE PEUT CONSTITUER UN OUTIL EFFICACE POUR L'ETUDE DU CHAMP ONDULATOIRE GLOBAL DE LA STRATOSPHERE
Author: Alexandre Vervisch-Picois
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La thèse propose l'étude de systèmes de constellations locales permettant le positionnement dans des milieux difficiles. Dans ce contexte, il apparaît que les trajets indirects perturbent la mesure du temps de propagation entre l'antenne de l'émetteur et l'antenne du récepteur. L'éblouissement entre les signaux, phénomène d'interférence du CDMA, est exacerbé à cause des distances courtes et des variations de puissance de réception. La thèse apporte des réponses à ces deux problématiques. Pour les trajets indirects nous proposons d'utiliser les mesures de phase de la porteuse qui y sont moins sensibles. Il faut alors solutionner le problème de l'ambiguïté entière sur ces mesures. Une méthode le permet sans avoir recours à une technique différentielle en utilisant une boucle de poursuite insensible aux trajets indirects : la SMICL. Pour l'éblouissement, nous avons développé trois approches. L'une d'elle utilise les séquences de longueurs maximales et permet de réduire notablement son importance. Une deuxième méthode, baptisé Technique de la Double Emission (TDE), permet de supprimer intégralement ces interférences pour une paire d'émetteurs lorsque leurs Doppler respectifs sont égaux. Nous avons étudié le cas où les Doppler sont différents et mis au point une version améliorée de la TDE, la TDE étendue à la porteuse, qui permet de supprimer les influences du Doppler. Nous avons également montré que cette dernière peut s'appliquer à un émetteur fixe en présence d'une constellation de satellites. Une troisième méthode, appelée TDE maximale, utilise à nouveau une séquence de longueur maximale pour étendre la méthode TDE au cas de plusieurs émetteurs en présence.
Author: Jérôme Tarniewicz
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Pages : 214
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Une action de recherche est menée conjointement entre l'Institut Géographique National (IGN) et le Service d'Aéronomie (SA) sur amélioration de la précision du positionnement vertical par le système GPS (Global Positioning System). Cette amélioration concerne la détermination du délai troposphérique (principalement dû à la présence de vapeur d'eau dont la distribution spatiale est très variable). Cette thèse porte sur l'étude d'une méthode de correction des mesures GPS de la propagation troposphérique et la validation du concept proposé à partir de mesures atmosphériques et de simulations numériques .L'erreur de positionnement induite par des hétérogénéités atmosphériques est estimée par simulation simplifiée de la chaîne de traitement GPS: une correction externe des mesures GPS est nécessaire, et les méthodes de traitement GPS ne sont pas adaptées à des situations présentant de fortes hétérogénéités dans la distribution de vapeur d'eau atmosphérique. L'étude se focalise ensuite sur le mode de la correction des mesures GPS. Les délais humides obtenus à partir d'une mesure résolue en distance sont comparés à ceux obtenus à partir d'une mesure intégrée: une mesure résolue, fournie par un lidar Raman à balayage, permet d'obtenir une précision verticale sub-millimétrique. Le développement instrumental d'un lidar Raman vapeur d'eau à balayage est ensuite abordé. Les caractéristiques d'un système lidar Raman compact sont présentées. Les premiers résultats expérimentaux obtenus en visée zénithale lors des campagnes de mesure en 2001 et 2002 sont présentés. Enfin le bénéfice d'une correction externe des mesures GPS par lidar Raman à balayage est démontré par la simulation numérique: les précisions de positionnement sub-millimétriques (environ 10 fois plus faibles que celles obtenues lors d'un traitement GPS classique) peuvent être obtenues sur une journée, avec un balayage séquentiel et homogène de la constellation de satellites GPS.
Author: Stanislas Boutoille
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Pages : 187
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Le système de positionnement GPS (Global Positioning System) permet à tout utilisateur de déterminer sa position sur la Terre. Un récepteur calcule les temps de propagation que mettent les ondes électromagnétiques émises par une constellation de satellites pour lui parvenir. L’estimation de ce temps de propagation est obtenue grâce à un signal discriminant, construit à partir de la corrélation des codes du signal reçu avec les codes générés par le récepteur. Actuellement, ces ondes ne sont émises que sur une unique fréquence porteuse pour une utilisation civile. Avec l’évolution future du système GPS, ainsi que la mise en place du système européen Galiléo, plusieurs fréquences et donc plusieurs mesures de discriminants seront disponibles. Le travail présenté dans cette thèse a pour objet l’étude et la mise en œuvre de méthodes de fusion appliquées à la segmentation hors-ligne des discriminants de code. Pour cela, plusieurs approches de segmentations bayésiennes sont étudiées. Une première technique de fusion hybride permet de déterminer la présence d’une rupture de stationnarité dans une fenêtre d’observation et sur plusieurs signaux. La seconde méthode de fusion, hors-ligne et multi-ruptures, permet de déterminer les ruptures de linéarités de signaux grâce à la minimisation d’une fonction de contraste pénalisée. Ces méthodes sont ensuite appliquées à l’estimation de la distance entre un satellite et un récepteur, et évaluées sur signaux réels pour le calcul de la position d’un récepteur toutes les millisecondes.
Author: Christophe Macabiau
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Pages : 148
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LE SYSTEME AMERICAIN GPS (GLOBAL POSITIONING SYSTEM) FOURNIT A TOUT UTILISATEUR DANS LE MONDE ENTIER UN SERVICE DE POSITIONNEMENT PRECIS, MAIS SES CARACTERISTIQUES SONT TROP ELOIGNEES DE CELLES D'UN GNSS (GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM) POUR L'AVIATION CIVILE. UNE DES TECHNIQUES POSSIBLES POUR OBTENIR UNE PRECISION DE POSITIONNEMENT CENTIMETRIQUE CONSISTE A UTILISER LES MESURES DE PHASE GPS APRES RESOLUTION DE LEURS AMBIGUITES. CEPENDANT, DES DOUTES SUBSISTENT QUANT A LA FIABILITE DES METHODES DE LEVER D'AMBIGUITE (METHODES AROF) LORS DES APPLICATIONS DYNAMIQUES EN TEMPS REEL. LE BUT DE CETTE TUDE EST DE CONTRIBUER A L'ANALYSE DE L'APPLICABILITE DES METHODES DE LEVER D'AMBIGUITE DE LA MESURE DE PHASE GPS AU GUIDAGE DES AVIONS EN PHASE D'ATTERRISSAGE DE PRECISION (CATEGORIE 2 ET 3). LE POINT DE DEPART DE CETTE ANALYSE EST LE RAPPEL DES EXIGENCES OPERATIONNELLES DES SYSTEMES D'ATTERRISSAGE BASES SUR UN SYSTEME GNSS. ENSUITE, APRES LA DETERMINATION D'UN MODELE MATHEMATIQUE DES MESURES DE PHASE GPS, LES PROCEDURES AROF SONT ANALYSEES DE LA MANIERE SUIVANTE. ON PROPOSE TOUT D'ABORD UNE CLASSIFICATION DES METHODES AROF, ET ON DECRIT LES PRINCIPES THEORIQUES DE PLUSIEURS TECHNIQUES, Y COMPRIS DE LA METHODE MAPAS, DEVELOPPEE AU COURS DE CETTE THESE. CETTE DESCRIPTION EST LA BASE DE L'IDENTIFICATION DES CARACTERISTIQUES DES PROCEDURES AROF. ENSUITE, LES CONTRAINTES SUR CES CARACTERISTIQUES SONT DETERMINEES D'APRES LES EXIGENCES OPERATIONNELLES. PUIS, LA DIFFICULTE DE L'ETABLISSEMENT DES PERFORMANCES THEORIQUES DE CES METHODES EST ANALYSEE, ET DES EXPRESSIONS MATHEMATIQUES DES PERFORMANCES DE MAPAS SONT PRESENTEES. ENFIN, LES PERFORMANCES DE MAPAS SONT EVALUEES SUR UN PLAN PRATIQUE, EN UTILISANT DES MESURES SIMULEES, DES MESURES COLLECTEES SUR UN GENERATEUR DE SIGNAUX GPS NORTEL, ET DES MESURES REELLES EN SITUATION AEROPORTUAIRE. FINALEMENT, LES CARACTERISTIQUES DE CES PROCEDURES SONT COMPAREES AUX CONTRAINTES, ET UNE CONCLUSION EST TIREE DE CETTE ANALYSE.
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Publisher: Ed. Techniques Ingénieur
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Pages : 32
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Author: Camille Desjardins
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Pages : 300
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Les signaux électromagnétiques micro-ondes utilisés par les systèmes de positionnement par satellites, se propagent à la vitesse de la lumière en ligne droite dans le vide mais leur propagation est modifiée en traversant l'atmosphère neutre, du fait des variations temporelles et spatiales des densité, composition et réfractivité de cette partie de l'atmosphère. Ces ondes sont ralenties et leur trajectoire est infléchie. Ce travail de thèse modélise la propagation troposphérique par la technique de lancer de rayons au travers des analyses du centre météorologique européen (ECMWF), pour les besoins géodésiques. L'objectif atteint est une modélisation millimétrique de la variabilité spatiale de la propagation utilisant l'information tri-dimensionnelle de température, de pression, de vapeur d'eau, de glace et d'eau liquide, et une conservation précise des délais obtenus dans une fonctionnelle nommée AMF et paramétrée par quelques dizaines de coefficients. Les performances subcentimétriques des AMF sont démontrées par les restitutions de positions des sites et des orbites GPS.
Author: jérôme Soubielle
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Pages : 159
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LE GPS EST UN SYSTEME DE POSITIONNEMENT PAR SATELLITE MIS AU POINT PAR LES ETATS-UNIS DANS LES ANNEES 60. A L'ORIGINE PREVU A DES FINS MILITAIRES, CE SYSTEME EST PRESENT DE NOS JOURS DANS DE MULTIPLES APPLICATIONS CIVILES (RADIO-NAVIGATION AERIENNE, MARITIME, POSITIONNEMENT DE TELEPHONES MOBILES). MEME SI LE SYSTEME RENCONTRE UN GRAND SUCCES DE PAR LA DIVERSITE DE SES CAPACITES, IL RESTE UNE SOURCE D'ERREURS (IMPRECISIONS DU POSITIONNEMENT) NON NEGLIGEABLES DUES A LA PRESENCE DE TRAJETS SECONDAIRES DANS CERTAINES CONFIGURATIONS OU LE SIGNAL DIRECT PEUT SE REFLECHIR SUR LA SURFACE TERRESTRE, DES BATIMENTS L'OBJECTIF DE LA THESE EST DE REMEDIER AUX ERREURS DE POSITIONNEMENT GENEREES PAR CES MULTITRAJETS. L'ORIGINALITE DU TRAVAIL EFFECTUE EST DE PRESENTER DANS UN PREMIER TEMPS LES TECHNIQUES DE POSITIONNEMENT USUELLES DANS LE CONTEXTE SANS MULTITRAJET. LES ETUDES PARUES SUR LES PROBLEMES D'ESTIMATION DE RETARD DE SIGNAUX GPS PRESENTENT HABITUELLEMENT LES METHODES (ALGORITHME, ARCHITECTURE,) DE RESOLUTION SANS LES JUSTIFIER. L'ETUDE S'ATTACHE A DEMONTRER QUE LES CHOIX RETENUS SONT ISSUS D'UNE ETUDE DU MAXIMUM DE VRAISEMBLANCE ET QUE L'ESTIMATEUR RETENU EST DONC, EN FAIT, OPTIMAL DANS LE CAS SANS MULTITRAJET. DE PLUS, NOUS DEMONTRONS LES LIMITATIONS (IMPRECISIONS DE MESURE) DE CET ESTIMATEUR DANS LE CAS AVEC TRAJETS MULTIPLES. DANS UN DEUXIEME TEMPS, NOUS ANALYSONS LES PROPRIETES PHYSIQUES DES SIGNAUX REFLECHIS GRACE AUX RELEVES EXPERIMENTAUX DE NOS COLLABORATEURS INDUSTRIELS (THOMSON-CSF DETEXIS), CECI AFIN DE MODELISER AU MIEUX LES REFLEXIONS ET DE CONNAITRE LES LOIS REGISSANT DE TELS PHENOMENES PHYSIQUES. FINALEMENT, A PARTIR DES ETUDES PRECEDENTES ET NOTAMMENT EN SE BASANT SUR LA CARACTERISATION DES TRAJETS MULTIPLES, L'OBJECTIF EST DE CONCEVOIR UNE METHODE D'ESTIMATION ROBUSTE TOUT AUSSI BIEN A L'ABSENCE QU'A LA PRESENCE DE CES TRAJETS SECONDAIRES. LE CHOIX RETENU A ETE DE SE CONSACRER A UNE ETUDE DU MAXIMUM DE VRAISEMBLANCE (DEDIEE AU CONTEXTE AVEC MULTITRAJET DONC FONDEE SUR UN MODELE AVEC TRAJETS MULTIPLES) POUR OBTENIR L'ESTIMATEUR OPTIMAL DANS LE CONTEXTE ETUDIE. ON A MONTRE QUE CELA PERMET, ALORS, DE CONSERVER UNE CERTAINE CONTINUITE DES TRAITEMENTS (HABITUELLEMENT UTILISES EN ABSENCE DE MULTITRAJET) ET DONC DE PREVOIR UNE ARCHITECTURE (BREVETEE) SIMPLE ET FACILE A METTRE EN OEUVRE DANS L'ENSEMBLE DES TRAITEMENTS REALISES EN VUE DU POSITIONNEMENT EN PRESENCE DE MULTITRAJET
Author: Kouadio Séverin M'bra
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Book Description
NAVSTAR/GPS est un système de localisation par satellites qui permet d'obtenir des précisions très variées suivant le type de récepteur utilisé, le mode d'observation et le mode de calcul. Au cours de cette thèse portée sur la localisation relative de précision, trois études ont été menées : une étude nouvelle sur la combinaison des récepteurs rendue nécessaire par l'utilisation récente de récepteurs et antennes de caractéristiques différentes au cours d'une même campagne, la correction ionosphérique par modèle bi-fréquence, l'amélioration des orbites radiodiffusées dans le cadre de réseaux régionaux tels que EUREF89. L'application des modèles de corrections qui ont été développés, a permis d'atteindre une exactitude relative de 0,4 ppm sur une ligne de base de 500 km et une exactitude absolue, utile en navigation différentielle, de 0,700 m sur 1 000 km. Les performances courantes de la méthode GPS en géodésie (quelques ppm sur moins de 100 km) sont ainsi améliorées.
