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

Le système d’augmentation de précision du GPS consiste à calculer des mesures de correction et d’intégrité via un réseau de bases terrestres puis de les retransmettre aux usagers

via des satellites GEO. Un point intéressant de ce système, c’est qu’il a été conçu afin d’être aussi utilisé par les autres constellations comme GLONASS. Il permet de transmettre de l’information pour 210 satellites. Ce service utilise un standard développé par l’Organisation d’Aviation Civil International (ICAO – International Civil Aviation Organization) qui définit la structure des messages et la structure du signal. L’objectif principal du SBAS est d’obtenir une performance de positionnement avec le GPS correspondant aux exigences de l’aviation civile de la phase « En-route » jusqu’à la phase d’approches guidée. Afin d’obtenir les performances requises par l’aviation civile, les systèmes SBAS améliorent l’intégrité, la précision, la disponibilité et la probabilité du Service Standard de Positionnement (SPS) GPS. À ce jour, il existe six systèmes déployés ou en déploiement et dont la couverture est représentée à la Figure 2.1 (European Space Agency, 2005):

• Le système américain : Wide Area Augmentation System (WAAS),

• Le système canadien : Canadian Wide Area Augmentation System (CWAAS), fortement dépendant du système américain,

• Le système européen : European Geostationary Navigation Overlay System (EGNOS), • Le système japonais : Multifunctional Satellite Augmentation System (MSAS),

• Le système indien : GPS Aided Geo Augmented Navigation (GAGAN).

Figure 2.1 Zone de couverture des systèmes SBAS. Tirée de European Space Agency (2004, p.12)

Le concept de transmettre des données d’intégrité pour le GPS via un satellite GEO sur la fréquence GPS L1 a vu le jour au début des années 1980. Suite à une preuve de concept réussie en 1989, une organisation formée d’Inmarsat et d’un comité spécial du Radio

Technical Commission for Aeronautics (RTCA) a débuté la définition du standard que nous

connaissons aujourd’hui comme étant le SBAS.

Le système WAAS découle de cette première preuve de concept, il est développé conjointement par le Federal Aviation Administration (FAA) et l’US Department of

Transportation (DOT). Ce système a été pleinement opérationnel en 2003 pour les États-

Unis et en 2007 pour le Canada (Misra et Enge, 2006). De son côté, le système EGNOS est développé par l’Agence Spatial Européenne (ESA), la Commission européenne et Eurocontrol pour les systèmes de sauvegarde de la navigation aérienne. Ce système a débuté sa phase pré-opérationnelle en 2006 et sera bientôt autorisé comme système de sauvegarde de la vie (European Space Agency, 2007). Le système MSAS est développé par la Japan Civil

Aviation Bureau (JCAB) afin de permettre l’utilisation du GPS par l’industrie avionique. Ce

système a été approuvé pour utilisation en septembre 2007 (Japan Civil aviation Bureau, 2007). Le financement pour le système GAGAN a été approuvé par le gouvernement Indien le 11 septembre 2008. Ce projet est développé conjointement par l’Indian Space Research

Organisation et par l’Airports Authority of India . Ce système devrait être opérationnel d’ici

2011 (GPS World, 2008). Par contre, le lancement du 15 avril 2010 a échoué ce qui devrait nécessairement reporter cette date.

2.4.2 Présentation des signaux SBAS

Tous les satellites SBAS transmettent des signaux suivant les mêmes spécifications définies initialement par le RTCA. Ces spécifications sont décrites par le document Minimum

Operational Performance Standards for Global Positioning System / Wide Area Augmentation System Airborne Equipment (MOPS) (Radio Technical Commission for

SBAS L1

Le signal SBAS L1 est composé d’un message de navigation de 250 bps avec une protection d’erreur dont le taux d’encodage est d’un demi. Ces symboles, d’un débit de 500 sps, sont modulés avec un code d’étalement de 1023 bribes cadencées à 1,023 MHz. Ce signal est ensuite modulé en BPSK avec une porteuse dont la fréquence est de 1575,42 MHz.

SBAS L5

Le signal SBAS L5 est similaire au signal GPS L5 sauf qu’un seul canal est utilisé, le canal I. Ce signal devrait être composé d’un message de navigation de 250 bps avec une protection d’erreur dont le taux d’encodage est d’un demi. Ces symboles, d’un débit de 500 sps, sont modulés avec un code d’étalement de 10230 bribes cadencées à 10,23 MHz. Ce signal est ensuite modulé en BPSK avec une porteuse dont la fréquence est de 1176,45 MHz.

2.4.3 Bref historique et présentation des différents satellites SBAS

Les satellites utilisés pour la transmission des signaux SBAS sont généralement loués à des compagnies privées. La gestion de ces locations ou de ces satellites est effectuée par les organismes impliqués dans le projet SBAS des différentes régions.

Le segment spatial du WAAS a connu beaucoup de changement au cours des dernières années. Initialement, c'est-à-dire de 2003 à 2006, les signaux WAAS étaient transmis via deux satellites GEO situés de part et d’autres de l’Amérique. Ces satellites, Inmarsat 3F4 et Inmarsat 3F3, étaient situés respectivement aux longitudes 55,5o O et 178,0o E. Le 9 septembre 2005, un troisième satellite, Anik F1R, fut lancé à la longitude 107,3o O. Le 13 octobre 2005, un quatrième satellite, Galaxy 15, prenait place à la longitude 133,0o O. Suite à cela, le satellite Inmarsat 3F4 fut déplacé de la longitude 55,5o O à la longitude 142,0o O en 2006. Puis en 2007, les deux satellites Inmarsat III cessèrent de transmettre des signaux WAAS ne laissant que deux satellites WAAS opérationnels (FAA, 2009a). Tout dernièrement, Intelsat a perdu la communication avec Galaxy 15, laissant entendre que celui-

ci allait tranquillement sortir de sa position jusqu’à ce qu’il soit inutilisable. Heureusement, un nouveau satellite, Inmarsat 4F3 (PRN 133), est présentement en test et permettra de combler ce problème technique d’ici décembre 2010 (Erik Gakskatter, 2010).

En ce qui a trait au segment spatial des autres systèmes SBAS, ceux-ci ont subi beaucoup moins de changements. Tout comme pour WAAS, le segment spatial d’EGNOS est constitué de deux satellites loués à Inmarsat ainsi que d’un autre provenant de l’ESA. En 2009, les satellites Inmarsat 3F2 et Artemis sont utilisés pour les opérations initiales du système tandis que le satellite Inmarsat 3F5 n’est utilisé que pour des fins de tests. L’Inde a aussi choisi de louer un satellite à Inmarsat pour la transmission des signaux SBAS. Toutefois, le Japon a décidé d’utiliser ces nouveaux satellites météorologiques MTSAT pour le segment spatial de MSAS. Le Tableau 2.1 présente les satellites actuellement utilisés pour le système SBAS ainsi que leur emplacement.

Tableau 2.1 Résumé de la constellation SBAS actuel (2010)

Constellation SBAS PRN Satellite Longitude

WAAS 133 Inmarsat 4F3 98,0° O WAAS 135 Galaxy 15 133,0° O WAAS 138 Anik F1R 107,3° O EGNOS 120 Inmarsat 3F2 15,5° O EGNOS 124 Artemis 21,5° E EGNOS 126 Inmarsat 3F5 25,5° E GAGAN 127 Inmarsat 4F1 64,0° E MSAS 129 MTSAT 1R 140,0° E MSAS 137 MTSAT 2 145,0° E : Satellite en test