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Dans le monde de l’arpentage et de la cartographie par drone, l’exactitude est essentielle, et cela commence par la compréhension de la technologie qui la rend possible. Vous avez probablement entendu les termes GPS et GNSS, mais bien qu’ils soient souvent utilisés de manière interchangeable, ils font en réalité référence à différents niveaux de systèmes de navigation par satellite. Dans cet article, nous verrons ce qu’est le GNSS, comment le GPS s’intègre dans le tableau et pourquoi le GNSS change la donne pour les géomètres.
Qu’est-ce que le GNSS ?
Le terme « GNSS » (Global Navigation Satellite Systems) désigne un réseau de constellations de satellites qui fournissent en continu des informations précises sur le positionnement et la synchronisation dans le monde entier. Le GNSS comprend plusieurs constellations de satellites gérées par différents pays. Il existe quatre constellations : GPS (États-Unis), GLONASS (Russie), Galileo (UE) et BeiDou (Chine), avec une couverture mondiale, et deux systèmes régionaux : QZSS (Japon) et IRNSS ou NAVIC (Inde).
En termes simples, le GNSS est un terme général qui couvre le GPS et d’autres systèmes similaires exploités par différents pays. Chaque système GNSS utilise son propre ensemble de satellites et de réseaux de contrôle au sol, ce qui permet à divers appareils équipés de récepteurs GNSS d’atteindre une grande précision en combinant les signaux de plusieurs systèmes.
Qu’est-ce que le GPS ?
Le GPS (Global Positioning System), développé et entretenu par les États-Unis, a été le premier système de navigation par satellite largement disponible. Son utilisation de longue date et son intégration dans d’innombrables appareils grand public au fil des ans en ont fait un nom familier.
En outre, de nombreux appareils, tels que les smartphones et les systèmes de navigation automobile, utilisent le terme « GPS » même s’ils s’appuient sur des signaux provenant de plusieurs systèmes GNSS pour un positionnement plus précis. Le terme « GPS » étant le plus largement reconnu par les consommateurs, les fabricants et les développeurs d’applications qualifient souvent leurs services de « GPS », même lorsqu’ils utilisent le réseau GNSS au sens large.
Cette familiarité généralisée a fait que le terme « GPS » est devenu synonyme de navigation par satellite, même s’il n’est qu’un élément du système mondial de navigation par satellite (GNSS). La plupart des gens ne savent pas que le GPS et d’autres systèmes tels que GLONASS (Russie), Galileo (UE) et BeiDou (Chine) forment le GNSS.
Qu’est-ce qui se cache derrière chaque système GNSS ?
Chaque système mondial de navigation par satellite (GNSS) repose sur trois segments : l’espace, le contrôle et l’utilisateur, qui doivent fonctionner parfaitement ensemble.
Le segment spatial est constitué de satellites en orbite entre 20 000 et 37 000 kilomètres au-dessus de la Terre, qui diffusent en permanence des signaux indiquant leur position géographique et l’heure. Les satellites déterminent leur position grâce à une communication constante avec des stations de contrôle au sol, qui suivent leur position, surveillent leurs orbites et mettent à jour les systèmes embarqués des satellites avec les informations de position correctes. Le segment utilisateur comprend les appareils qui reçoivent les signaux GNSS et calculent les positions à l’aide d’algorithmes spéciaux.
La combinaison de signaux provenant de plusieurs systèmes satellitaires répond efficacement au besoin d’un positionnement plus fiable. Cela permet d’obtenir une couverture globale plus large et de réduire les angles morts. Cependant, les dispositifs GNSS offrent une précision de l’ordre du mètre en raison de facteurs tels que les interférences atmosphériques, la réflexion du signal (chemins multiples), la mauvaise géométrie des satellites et des erreurs mineures de synchronisation. Bien que cela soit suffisant pour un usage quotidien, des techniques spécialisées telles que le système de positionnement global différentiel (DGPS), à ne pas confondre avec la constellation GPS américaine, ou la cinématique en temps réel (RTK) peuvent augmenter la précision jusqu’au centimètre pour des applications telles que l’arpentage et la cartographie.
Qu’est-ce que le DGPS ?
Le DGPS améliore les données de positionnement du GPS et du GNSS en utilisant des stations de référence au sol pour corriger les erreurs de signal. Ces stations comparent les données GNSS avec leurs positions connues et diffusent les corrections aux récepteurs proches. Le DGPS améliore ainsi l’exactitude du positionnement, qui passe d’environ 5 à 10 mètres à 1 à 3 mètres.
D’autres constellations GNSS utilisent également des systèmes spéciaux pour atteindre un niveau d’exactitude similaire de plusieurs mètres. Cela est généralement suffisant pour les tâches quotidiennes telles que la navigation dans un véhicule ou sur un smartphone, mais cela ne suffit pas pour des applications précises telles que l’arpentage et la cartographie.
Qu’est-ce que le RTK ?
Dans le cas de l’arpentage et de la cartographie, où la précision au centimètre près est cruciale, la technologie de la cinématique en temps réel (RTK) vient à l’aide. La technique RTK permet de calculer les coordonnées avec une précision centimétrique en temps réel. La technique consiste à utiliser un récepteur de référence fixe, appelé station de base, et un récepteur mobile, appelé rover. La base reçoit des données des satellites et les transmet, ainsi que sa propre position, au rover. En utilisant ces données et en recevant également des signaux satellites, le rover calcule sa position avec une précision de l’ordre du centimètre. Pour en savoir plus sur le RTK, consultez cet article.
Y a-t-il des limites à l’utilisation du GNSS ?
Malgré ses avantages évidents, le GNSS présente certaines limites. Les bâtiments élevés, les arbres et autres obstacles peuvent bloquer les signaux, réduisant ainsi la précision, en particulier dans les environnements urbains ou les forêts denses où il est difficile de maintenir une connexion satellite forte.
Un autre défi est celui des interférences par chemins multiples, lorsque les signaux des satellites rebondissent sur des surfaces telles que les bâtiments ou le sol, ce qui fait que le récepteur capte plusieurs signaux à des moments légèrement différents. Il en résulte un positionnement imprécis.
Les performances du GNSS peuvent également être affectées par les conditions atmosphériques, telles que les retards ionosphériques et troposphériques, qui déforment le signal lorsqu’il traverse les différentes couches de l’atmosphère.
Pour minimiser ces problèmes et garantir une précision optimale, il est préférable de placer les récepteurs GNSS dans des zones ouvertes avec une vue dégagée du ciel à plus de 30 degrés, sans obstacles potentiels qui pourraient bloquer ou refléter les signaux.
Quelle est la précision des constellations GNSS ?
La précision des différentes constellations GNSS varie en fonction de plusieurs facteurs, notamment la qualité du récepteur, l’environnement et l’utilisation de techniques de correction (telles que le RTK). Cependant, chaque constellation a ses propres capacités et plages de précision :
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