Positionnement GNSS

Le positionnement précis de la plate-forme est un enjeu crucial pour le GNSS/A. Spiess et al. [1998] et Yamada et al. [2002] obtiennent un positionnement de la plate-forme d’une incertitude de l’ordre de la dizaine de centimètres. Aujourd’hui (2016), et compte tenu du nombre accru de satellites/fréquences observables, et de l’amélioration constante des matériels et des méthodes de traitement nous pouvons espérer aujourd’hui gagner un ordre de grandeur sur la qualité de la localisation par satellite.

2.4.2.1 Approche diférentielle

L’approche de positionnement précis par satellite dite diférentielle consiste à déterminer les coordonnées d’une station (le mobile ou « rover ») par rapport d’une station de référence ixe (la base). Cette dernière est elle-même déinie en amont dans un système de référence régional ou mondial.

Il faut pour cela que les deux stations observent au même moment les mêmes sa-tellites. L’immense avantage de cette technique réside dans l’élimination des biais d’observation systématiques communs aux stations (erreurs troposphérique et io-nosphérique, erreurs d’horloge interne du satellite et des récepteurs).

Cependant, un inconvénient non négligeable limite les performances de cette mé-thode : si les deux stations doivent observer la même constellation, elles doivent aussi observer le « même ciel », i.e. une atmosphère aux propriétés quasi iden-tiques et ceci ain d’éliminer les biais inhérents à cette dernière. Ceci impose une contrainte relativement lourde : le mobile et la base doivent être les plus proches possible. Les performances se dégradent rapidement : pour un mobile situé à une centaine de kilomètres de la base, l’incertitude absolue est de 50cm, même si la idélité relative des points de la trajectoire est centimétrique [Bosser, 2013]. Dans le cas du GNSS/A, on ne peut donc envisager un positionnement diférentiel qu’à proximité des côtes, là où le déploiement d’une station de référence est possible.

2.4.2.2 Approche PPP

L’alternative consiste à employer le paradigme dit PPP (pour Positionnement

Ponctuel Précis) [Zumberge et al., 1997]. Historiquement, cette méthode de calcul

a été conçue pour réduire le nombre de paramètres à estimer pour la détermination de gros réseaux géodésiques GNSS (> 100 stations), et ainsi à minimiser le temps de calcul.

Elle consiste à déterminer la position d’une station non pas à partir d’autres sta-tions de référence, mais à partir d’orbites précises et de correcsta-tions d’horloges satellites, elle-mêmes déterminées en amont par des centres de calcul spécialisés. Pour l’utilisateur, l’avantage non négligeable est qu’il n’est plus nécessaire de mettre en œuvre une station de référence, et qu’il est alors possible d’obtenir une position de qualité même dans les lieux isolés (dans notre cas, au large des côtes).

Le PPP reste encore considéré comme moins exact qu’un traitement diférentiel, car il est tributaire de la qualité de la modélisation des diférents postes d’er-reurs habituellement absorbés par la méthode diférentielle ; cependant, les eforts en matière de perfectionnement des algorithmes de résolution réalisés depuis une quinzaine d’années, ainsi que les résultats obtenus aujourd’hui avec ce type de traitements permettent d’envisager le PPP comme une solution de qualité tout à fait équivalente à un traitement diférentiel (voir chapitre 8).

2.4.2.3 Temps réel vs post-traitement

Indépendamment des deux approches diférentielle et PPP, il est possible d’ob-tenir la trajectoire du mobile « en temps réel », c’est-à-dire une position absolue inale sitôt l’observation efectuée, à partir de corrections transmises en direct par voie hertzienne au récepteur (la technique la plus répandue étant le RTK, pour

Real Time Kinematic) ; ou bien de traiter les données observées brutes en aval en

incorporant les modèles optimaux, dite méthode post-traitement.

Même si le temps réel présente l’indéniable avantage d’être facile et rapide à mettre en œuvre, permettant d’obtenir instantanément un positionnement avec une idélité allant de 50 à 5cm dans le meilleur des cas [Bosser, 2013], le GNSS/A

nécessite une précision maximale qui justiie le traitement des données « au bu-reau », d’autant que les solutions existantes développées par diférents laboratoires ofrent chacune des possibilités diférentes et de bon résultats, citons notamment : GIPSY et IT (pour Interferometric Translocation) utilisés par les équipes d’ores et déjà impliquées dans le GNSS/A[Chadwell & Spiess, 2008; Tomita et al., 2015], mais aussi GAMIT/TRACK du MIT, ou GINS développé par le CNES.

2.4.2.4 Déploiement des instruments GNSS sur le bateau

Une expérience GNSS/A utilise plusieurs antennes GNSS pour les raisons sui-vantes :

— Attitude : Plusieurs antennes judicieusement réparties sur le navire peuvent donner une information concernant l’orientation du navire dans l’espace, en analysant la disposition des instruments les uns par rapport aux autres. — Redondance : Chaque antenne apporte une information diférente, mais

équi-valente et décorrélée des autres (en première approximation). Un rattache-ment topométrique adéquat des diférents instrurattache-ments sur le bateau (voir 2.4.4) permet de relier les observations apportées par chacun des GNSS et ainsi d’ainer la position inale de la plate-forme.

— Fiabilité : Pour des raisons pratiques, il est préférable de disposer de plus d’un GNSS pour pallier une éventuelle défaillance technique.

De fait, la disposition des antennes sur le navire est à prendre en considération. Chadwell [2003] utilise ainsi trois GNSS : le premier sur le toit de la passerelle de pilotage, et les deux autres à l’arrière du navire sur les côtés bâbord et tribord, aux extrémités de mats-treillis de 12 m de haut. Il valide la stabilité d’une telle installation avec des déformations de la structure de l’ordre de 3 mm. Obana et al. [2000] utilisent une disposition plus originale où quatre antennes sont réparties en croix autour d’une antenne centrale ain de déterminer de manière simultanée la position et l’attitude du bateau. Kido et al. [2006]6, utilisant une bouée tractée, répartissent quatre GNSS sur celle-ci.