Journée Technique ATEC ITS FRANCE du 26 mars 2015 Mieux connaître les systèmes de navigation par satellite pour une mobilité plus intelligente Atelier 1 – État de l’art, rappel des fondamentaux Animé par François PEYRET, Directeur du laboratoire GEOLOC – IFSTTAR

1. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Journée technique ATEC ITS France
Lundi 16 mars
à l’UIC
16, rue Jean Rey
75015 Paris
Possibilités et limitations actuelles des GNSS
Yves Capelle Directeur SSA , Telespazio France

2. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Agenda
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• Les GNSS (Global Navigation Satellites Systems)
• GPS
• Glonass
• Galileo, Compass/Beidou,
• Les SBAS : WAAS, EGNOS…
• Performances GNSS
• Une introduction aux performances des GNSS
• Performances actuelles et futures-Le contexte multi-constellation
• Autres corrections : DGNSS, RTK, PPP
• Limitations
• Environnements: masquage, atténuation
• Sécurité: brouillage, leurrage
• Contremesures , Services Galileo

3. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
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Les GNSS
(Global Navigation Satellites
Systems)

4. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
GPS
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Global Positioning System/NAVSTAR (NAVigation Satellite
Timing And Ranging)
• 1er Satellite 1978, 1995 : Full Ops capability
• 2 services : SPS (L1) C/A Code, PPS (L1/L2) P(Y)code
• Selective Availability: active de 1990 à 2000: dégradation
volontaire du service SPS de l’ordre de 100m
• Depuis 2010 : environ 32 satellites. MAIS: les
performances garanties par US correspondent à une
constellation de 24 satellites (2008-SPS-performance-
standard)
• -158.5 dBW for L1 C/A-code

5. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Glonass
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6. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Glonass
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7. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Galileo
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• Programme lancé en 1999
• 27 satellites + 3 spares en orbite
• Actuellement
• 4 IOV satellites, 1 HS
• 2 FOC satellites sur orbite non nominale
• 2 autres lancés en Mars 2015, 4 en Septembre 2015
• 18 en orbite en 2018
• 3 services de Positionnement (SoL (integrité) suspendu)
• OS : ~SPS du GPS
• CS: Service PPP + authentification
• PRS: ~PPS du GPS
• 1 service Search & Rescue

8. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Galileo
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9. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
BEIDOU/Compass
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Constellation de 35 satellites :
• 5 satellites Geostationnaires (GEO)
• 27 satellites Medium Earth Orbit (MEO)
• 3 Inclined Geosynchronous Orbit (IGSO)

10. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
BEIDOU/Compass
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11. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Interopérabilité des GNSS
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Les différents systèmes GNSS sont inter-
opérables entre eux:
• Les récepteurs de demain (et certains déjà
aujourd’hui) sont multi-constellations

12. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Les SPACE-Based Augmentation System (SBAS)
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• US : WAAS (Wide Area Augmentation
System)
• Eu : EGNOS (European Geostationnary
Navigation Overlay System)
• India : GAGAN
• Japan : MSAS (Multi functionnal Satellite
Augmentation System), QZSS
• Russia :SDCM
Commercial SBAS*: Starfix, OmniStar

13. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Les SPACE-Based Augmentation System (SBAS)
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Principale application :
Aéronautique: atterrissage des aéronefs
2 fonctions :
1. Corrections Différentielles Etendues
• Correction d’orbite et de synchronisation des horloges
• Correction ionosphérique
2. Integrité
• Calcul de « Protection Levels » (xPL), associés à un risque de non
intégrité (10-7)
Communication des Corrections & Intégrité par Satellite Geo
Quadruplet de KPI de performance indissociables: Précision,
Disponibilité, Intégrité, (Continuité)
Ne traite pas des effets locaux (multitrajets, masquage,…)

14. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Les SPACE-Based Augmentation System (SBAS)
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15. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
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Performances GNSS
Quadruplet de KPI de performance indissociables: Précision,
Disponibilité, Intégrité, (Continuité)

16. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Une introduction aux performances du GNSS
(Synthèse du GPS 2008-SPS-performance-standard)
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Equations (Simplifiées)de base:
Précision= UERE x DOP
UERE= (URE2 +UEE)2)1/2
UERE= User Equivalent Range Error
DOP = Dilution of Precision
URE : User Range Error : % budget error attribué
au Space Segment
UEE: User Equipment Error % budget error attribué
au User Equipment (Récepteur)

17. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Une introduction aux performances du GNSS
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18. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Une introduction aux performances du GNSS
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U
R
E
U
E
E

19. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Une introduction aux performances du GNSS
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20. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Une introduction aux performances du GNSS
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21. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Une introduction aux performances du GNSS
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22. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Une introduction aux performances du GNSS
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23. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Une introduction aux performances du GNSS
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24. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Performances actuelles et futures
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Dans la pratique, c’est meilleur :
• Calculs basés sur 24 au lieu de 32 : =>DOP
Meilleurs
• Forte amélioration de l’URE (Plus de stations au
segment sol GPS, meilleurs algo d’orbito-synchro…)
• Amélioration de l’UEE (techno récepteur)
Précision (horizontale) : entre 2 m et 20 m
(95%) pour du GPS L1 bas de gamme suivant
les environnements

25. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Performances actuelles et futures
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Multi constellation DOP <<<<<

26. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Performances actuelles et futures
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27. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Autres corrections : DGNSS, RTK, PPP
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• DGNSS : GNSS différentiel
• Station de référence à une position connue
• Correction iono & tropo meilleures
• Rayon de service ~50 km (< 1 m)
• RTK : Real Time Kinematic
• Correction de phase à la station de référence
• Rayon de service ~5 km (< 5 cm)
• PPP : Precise Point Positionning
• Orbito synchro précise (< 10 cm)
Nécessitent un lien de communication terrestre, (sauf PPP
Galileo sur Commercial Service)

28. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
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LES LIMITATIONS

29. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Les limitations
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• Environnements:
• Masquage:
• Augmentation du DOP
• s de 3 m, 7 m, 14 m avec masquage de
10°,30°, 60°
• Multi-constellation
• Atténuation:
• Feuillage , vitre, parebrise, murs, -3dB->-15dB
• Seuil de sensibilité/acquisition, Augmentation du
TTFF,
• Assisted GNSS (+ Galileo Pilot Tone)

30. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Les limitations
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• Environnement
• Multi-trajets
• Sauts de position, non intégrité
• Modulation signaux Galileo plus robuste, multi-Antenne
• Iono
• Récepteur bi-fréquence
• Sécurité
• Leurrage
• Authentification par CS Galileo, hybridation Inertielle/GNSS
• Brouillage
• Donner les moyens aux autorité de détecter les brouilleurs

31. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Les limitations
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Limitation des SBAS
• Ne traitent pas les effets locaux
• Masquage du Géo
• Le MOPS impose le traitement d’une suite de
messages  masquage  perte de messages 
reprise à zéro de la suite de messages  baisse de
la disponibilité
• Pour EGNOS : EDAS diffuse les corrections par
réseau de communication terrestre (service dit
« commercial » d’EGNOS)

32. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Conclusions
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Dans le futur (proche)
• Récepteurs
• Multi-constellation
• Multi-fréquence
• Gestion optimisée de l’énergie
• Sécurité à traiter par des infrastructures
appropriées
• Convergence SatCom/SatNav

33. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Merci de votre attention
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Questions?
Contact: yves.capelle@telespazio.com