PERFORMANCES AERONAUTIQUES DU GPS POUR GALILEO

Les différentes phases de vol

Les différentes phases de vol sont [3]:
• En route / Terminal :
Océanique en route ;
Domestique en route ;
Terminal ou Départ.
• Approche / Atterrissage :
Approche initiale, Approche intermédiaire, NPA (Non Precision Approach);
APV (Approach with vertical guidance) ;
Cat I (catégorie 1);
Missed Approach ;
PA (Precise approach): Cat. II/ Cat. III.
Classiquement, une approche commence à environ 30 NM de l’aérodrome (un peu plus de 50km) et se poursuit jusqu’à la décision d’atterrissage par l’équipage, à 350ft (foot) équivalent à 100m environ.

Phénomènes liés à la propagation des ondes

La propagation des ondes suit la même loi qu’en FH (Faisceaux Hertzien). Les seules différences sont les suivantes :
• Faible épaisseur de la couche atmosphérique traversée pour le FH ;
• Le satellite souffre très peu des dégradations de Fading ;
• Perturbation :
Ondes électromagnétiques générées par les éruptions solaires ;
Pluies ou givres qui provoquent des affaiblissements ;
Lorsque le soleil est sur l’axe de l’antenne, l’antenne est aveuglée par le soleil pendant 5 à 20 mn.
La propagation des ondes entre un satellite et la terre n’est pas affectée par les phénomènes de réflexion et de diffraction qui sont dus à l’influence du sol. L’étude d’une liaison avec un satellite se ramène dans la plupart des cas à l’étude de la réfraction et de l’atténuation de l’onde à la traversée de la troposphère et de l’ionosphère [28].

Les codes

Remarque : Le code P est chiffré et devient ainsi le code Y. Ce code est accessible uniquement aux utilisateurs habilités du DoD (Department of Defense). On fait souvent référence au P(Y) code lorsque le satellite peut transmettre soit le code P, soit le code Y. Le codage Y permet de prévenir la possibilité de tromper le récepteur avec un faux signal GPS de forte puissance contenant un message de navigation erroné (Spoofing) [1].

Configuration des satellites

La configuration de la constellation GPS joue un rôle très important dans la disponibilité, la précision et l’exactitude des données GPS. Elle est telle qu’elle ne permet pas une couverture intégrale de la planète à chaque instant. Dans 5% des cas la mesure de positionnement n’est possible qu’avec trois satellites et la panne de l’un d’entre eux n’est pas un incident rare [7]. Les principaux problèmes sont :
• Nombre de satellites visibles insuffisants ;
• Mauvais GDOP.

Galileo : historique et but

Le nom de Galileo a été choisi en hommage à Galileo Galilei dit Galilée qui fût un physicien, mathématicien et astronome italien né à Pise en 1564 et mort à Arcetri en 1642. En 1610, la méthode mise au point par Galilée pour déterminer les longitudes grâce à l’observation des éclipses des satellites joviens a été au centre de la révolution qu’ont connue les transports (essentiellement maritimes à l’époque) aux XVIIème et XVIIIème siècles. Près de 400 ans plus tard, les transports s’apprêtent à connaître une deuxième révolution avec le nouveau système européen de localisation par satellite Galileo, dont la validation en orbite a réellement débutée avec le lancement du premier satellite expérimental Giove-A en décembre 2005. En résumé, le programme Galileo comporte donc les phases suivantes : une phase de développement et de validation (2002 – 2009) avec le développement des satellites, des composantes terrestres ainsi que la validation « en orbite » du système ; une phase de déploiement (2009 – 2011) avec la fabrication et le lancement des satellites ainsi que la mise en place du segment sol complet ; une phase d’exploitation commerciale (dès 2012).

Architecture du système

Le segment spatial est composé de 30 satellites répartis sur 3 orbites. La configuration de trois orbites a été choisie vis-à-vis de l’avantage du GLONASS pour une réorganisation plus facile. La constellation permet une meilleure couverture aux pôles. L’accroissement du nombre de satellites améliora la disponibilité du système puisque le nombre de satellites visibles à chaque endroit augmente. Par ailleurs, le nombre de stations de contrôle a été augmenté en raison de redondance système et pour améliorer les modélisations à apporter plus de précision.

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Table des matières

NOTATIONS
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 GENERALITES SUR LA RADIONAVIGATION
1.1 Historique
1.2 La Radionavigation
1.2.1 Quelques définitions
1.2.2 But de la Navigation
1.3 Les différentes phases de vol
1.4 Les critères de performance
1.4.1 Précision
1.4.2 Intégrité
1.4.3 Continuité de service
1.4.4 Disponibilité
1.5 Les instruments de Radionavigation
1.5.1 Allocation générale de fréquences pour les NAVAIDS
1.5.2 Les principaux aides au sol utilisés
1.5.3 Caractéristiques techniques de quelques aides au sol
1.5.4 Mécanismes utilisés pour assurer les exigences de performances
1.6 Les GNSS ou systèmes de radionavigation par satellites
1.6.1 Principe
1.6.2 Architecture des GNSS
1.6.3 Les GNSS1 ou systèmes de première génération
1.6.4 Les systèmes de deuxième génération : GNSS 2
1.6.5 Evaluation des performances
1.6.6 Caractéristiques techniques d’un récepteur GNSS
1.7 Comparaison des systèmes d’aide au sol et des GNSS [19]
1.8 Conclusion
CHAPITRE 2 BASES THEORIQUES
2.1 Modulation à étalement de spectre
2.1.1 Modulation numérique
2.1.2 Etalement de spectre
2.2 Liaison
2.3 Phénomènes liés à la propagation des ondes
2.3.1 Influence de l’ionosphère
2.3.2 Effet de la troposphère
2.3.3 Effet Doppler
2.4 Les Bruits
2.4.1 Bruits internes
2.4.2 Bruits externes
2.5 DOP ou Dilution Of Precision
2.6 Conclusion
CHAPITRE 3 LE GPS
3.1 Historique
3.2 La constellation des satellites
3.3 Les signaux
3.3.1 Les codes
3.3.2 Le message de navigation
3.4 La modulation des signaux
3.4.1 Equations d’ondes
3.4.2 Application du spectre étalé au GPS
3.4.3 Modulation d’un signal PPS
3.4.4 Modulation d’un signal SPS
3.4.5 Spectres des signaux
3.5 Traitements au niveau d’un récepteur
3.5.1 Le positionnement
3.5.2 Calcul du temps UTC (Universal Time Coordinated)
3.6 Evaluation des performances du GPS
3.7 Les causes des erreurs
3.7.1 Configuration des satellites
3.7.2 Emission du satellite
3.7.3 Qualité du récepteur
3.7.4 Propagation
3.7.5 Faiblesse des signaux
3.8 Principales limitations
3.9 Conclusion
CHAPITRE 4 LE SYSTEME GALILEO
4.1 Galileo : historique et but
4.2 Architecture du système
4.3 Les signaux
4.3.1 Partage de bande avec le GPS
4.3.2 La modulation BOC
4.4 Principe de protection pour l’intégrité
4.4.1 FD (Fault Detection)
4.4.2 FE (Fault Exclusion)
4.5 Le RAIM : Estimation au sens des moindres carrées
4.6 Conclusion
CONCLUSION