Système mondial de positionnement par satellites russe (GLONASS)

Tout comme le GPS, le système GLONASS a été développé au milieu des années 70 pour des fins militaires. Ce n’est qu’en 1995 que la constellation fut officiellement opérationnelle avec 24 satellites. Toutefois, des difficultés économiques durant la chute de l’Union soviétique ont empêché le maintien de la constellation, entrainant le dysfonctionnement de plusieurs satellites. En 2004, la Russie a annoncé la relance de leur constellation en prévoyant la mise en orbite de trois nouveaux satellites par an. Lors de la rédaction de ce mémoire, la constellation était constituée de 20 satellites transmettant sur L1/L2.

GLONASS est constituée d’au moins 24 satellites répartis sur trois plans orbitaux d’une inclinaison de 64,8o par rapport à l’équateur. Ces satellites, à une altitude de 19 100 km, effectuent un tour complet à chaque 11 heures et 15 minutes.

2.3.2 Présentation des signaux GLONASS

Contrairement au GPS, qui utilise une même plage de fréquence à l’aide du CDMA, GLONASS utilise le même code d’étalement sur différentes plages de fréquences (FDMA –

Frequency Division Multiple Access). Cette technique permet de prévenir qu’une interférence

affecte tous les satellites contrairement au CDMA (Misra et Enge, 2006). La transmission des signaux se fait via une modulation BPSK dont la porteuse est comprise dans la bande L. Les deux bandes de fréquences présentement utilisées sont centrées sur 1602 MHz (L1) et 1246 MHz (L2). Toutefois, selon les plans de modernisation, une troisième fréquence aux environ de 1198-1208 MHz (L3) devrait être bientôt disponible. Cette nouvelle fréquence utilisera le CDMA au lieu du FDMA par souci de compatibilité avec le GPS. De plus, les russes pensent ajouter deux autres signaux CDMA sur les bandes L1 et L5 (Reshetnev Company, 2009).

GLONASS L1

Le signal GLONASS L1 est composé d’un message de navigation de 50 Hz modulé avec un code d’étalement de 511 bribes cadencées à 0,511 MHz et avec un code secondaire de 100 Hz. En fait, le code secondaire est simplement une onde carré. Autrement dit, le bit de donnée est modulé avec 20 séquences du code d’étalement et la moitié du bit de donnée est inversée par le code de méandre. Ce message est ensuite modulé par BPSK avec une porteuse dont la fréquence est fonction du canal fréquentiel du satellite (K). Cette fréquence se calcule comme suit :

1 1602 0.5625 MHz K

f = + ⋅K

7, 6, 5, … , 13 (2.1)

Afin de réduire la plage fréquentielle utilisée, l’objectif est d’assigner le même canal fréquentiel à deux satellites se trouvant de part et d’autre de la Terre. Cela étant, il y a deux fois moins de possibilités de recherche lors de la phase d’acquisition du signal. Le numéro du canal fréquentiel varie entre -7 et 13. D’après l’équation 2.1, les fréquences varient donc de

1598,0625 à 1609,3125 MHz (CSIC, 2002). Toutefois, les canaux utilisés ne varient que de -7 à 6 depuis 2005 en raison d’interférence.

GLONASS L2

Le signal GLONASS L2 est composé de la même manière que GLONASS L1, c'est-à-dire, à l’aide d’un message de navigation de 50 Hz modulés avec un code d’étalement de 511 bribes cadencées à 0,511 MHz et d’un code secondaire. Ce signal est ensuite modulé par BPSK avec une porteuse dont la fréquence est fonction, elle aussi, du canal fréquentiel du satellite (K) mais dont la fréquence se calcule comme suit :

2 1246 0.4375 MHz K

f = + ⋅K

7, 6, 5, … , 13 (2.2)

Puisque le numéro du canal du satellite est le même pour L1 et L2, les fréquences varient de 1242,9375 à 1251,6875 MHz.

2.3.3 Présentation des différents satellites GLONASS

Tout comme pour le GPS, les satellites GLONASS ont évolué avec le temps. Au moment de la rédaction de ce mémoire, il existait trois différentes séries de satellites : GLONASS, GLONASS-M et GLONASS-K.

Les premiers lancements de satellites GLONASS, connus sous le nom d’Ouragan, furent effectués en 1982. Au cours de cette série, il y a eu deux principaux blocs (I, II) et trois variantes sur le dernier bloc (a, b, c). La différence entre ces différents satellites était principalement la durée de vie. En fait, les premiers satellites de cette génération avaient une espérance de vie de seulement 1-2 ans rendant le maintien de la constellation très difficile (Kaplan et Hegarty, 2005). De plus, ces satellites ne transmettaient qu’un signal civil sur la plage L1. Au total, il y a eu 81 satellites de cette génération en orbite, où une espérance de

vie de 3 ans était garantie pour la dernière variante (Klimov et al., 2005). À ce jour, il ne reste qu’un seul satellite de cette génération dans la constellation.

La deuxième génération des satellites GLONASS fut lancée pour la première fois en 2003. Le ‘M’ de GLONASS-M fait référence à « Modernisation » puisque cette nouvelle génération avait plusieurs avantages par rapport à la première. Non seulement les satellites ont une garantie de vie de sept ans, mais ils peuvent transmettre un signal civil sur la plage L1 et L2. De plus, les satellites possèdent une horloge plus stable, de meilleurs panneaux solaires et des modèles dynamiques de prédiction plus fiables (Klimov et al., 2005).

La dernière génération des satellites GLONASS dont le premier lancement est prévu pour 2011 offrira une nouvelle fréquence civile (L3). Ces satellites seront beaucoup plus légers permettant ainsi de réduire les coûts de lancement. De plus, la durée de vie sera prolongée jusqu’à 10 ou 12 ans (Reshetnev Company, 2009).

En somme, la constellation GLONASS a vécu plusieurs bouleversements au cours de son existence. Par contre, la Russie semble vouloir rattraper le temps perdu et retrouver leur indépendance envers les États-Unis sur cette technologie. Ces cinq dernières années, où plus de vingt satellites ont été lancés, démontrent très bien leur désir d’être au premier plan dans le domaine de la navigation par satellite. Le système GLONASS fut longtemps négligé, mais ce temps semble être désormais révolu puisque ce sera sous peu la première constellation civile bi-fréquence.

2.4 Système régional d’augmentation de précision du GPS (SBAS)