Technologie — Texte


Le fonctionnement, les applications et les enjeux de la localisation satellitaire
Juliette Marais




1. Introduction

Parmi les méthodes de localisation, les utilisations de systèmes satellitaires tels que le GPS n’ont pas cessé de se multiplier, notamment dans le domaine des transports avec des applications telles que la navigation, la gestion de flotte, la gestion du trafic, etc, mais aussi dans des domaines tels que les loisirs, l’agriculture, ou encore la finance.
La constellation GPS offre une couverture mondiale. Une deuxième constellation sera disponible d’ici 2008 avec le système européen GALILEO que nous décrirons.



2. De nombreuses applications

Les applications fondées sur l’usage de la technologie de localisation par satellites sont nombreuses et variées. Elles découlent des services fournis par ces systèmes : positionnement et référence de temps.
L’objet de ce paragraphe n’est pas de proposer une liste exhaustive mais d’énoncer un panel d’applications qui permettent au lecteur d’envisager la palette de services existants et à venir.


a) Les applications existantes ou émergentes

Le service le plus connu est le positionnement qui permet par exemple à un gestionnaire de flotte (taxis, bus…) de connaître en temps réel la position de chacun de ses véhicules. Il est ainsi possible de diffuser à l’usager de transports en commun ou au propriétaire d’un container la position du train qu’il attend ou de son chargement. Ou encore, il est possible de fournir à un utilisateur toute sorte de services dits de proximité : lieu du bureau de poste/parking/restaurant… le plus proche, promotion dans un magasin de cette rue…
En découle naturellement l’application de guidage. Le marché du guidage automobile connaît aujourd’hui en France un essor important. Il permet à l’utilisateur de trouver aisément sa destination, à partir de sa position, d’une cartographie numérique de la région, et d’un calcul d’itinéraire.
Sur ce même principe se développe aujourd’hui des services d’informations touristiques. Le client est guidé, par exemple dans une ville, et l’information est distribuée en fonction de sa position.
Ces applications sont les mieux connues du grand public. Mais l’éventail d’activités s’étend bien au delà de cet horizon. Le positionnement permet aujourd’hui le guidage d’engin agricole afin de gérer de façon optimisée la répartition des engrais. Il permet le suivi de bateaux de pèches et ainsi la surveillance du respect des règles internationales.
Les techniques de localisation précises sont utilises dans les travaux publics pour la surveillance d’ouvrages d’arts ou de grands chantiers tels que le viaduc de Millau. Pour les études de tectonique des plaques ou pour les géomètres.
Dans le domaine sportif, des applications telles que le suivi de trajectoire de skieur ou de cyclistes en courses sont aujourd’hui envisagées.
Dans le domaine des loisirs, outre l’utilisation du GPS pour la randonnée, de nouvelles applications liées aux jeux vidéos voient aujourd’hui le jour.
Nous terminerons cette liste par la réponse de ces systèmes aux besoins sociétaux tels que le bracelet électronique destiné à assurer le suivi de prisonniers en liberté surveillée ou les systèmes de suivi d’enfants proposés par certaines compagnies.

Toutes ces applications sont parfois rassemblées dans la catégorie de services à caractère non sécuritaires. Ces services sont aujourd’hui réalisables avec le GPS et ne nécessitent pas forcément de meilleures performances.


b) Les applications ouvertes par l’arrivée de GALILEO

GALILEO, que nous décrirons un peu plus loin, apportera une solution européenne de localisation. L’un des apports majeurs de cette nouvelle constellation sera son information d’intégrité, qui permettra dans un délai très court (6 secondes) d’éliminer du calcul un satellite défectueux.
L’interopérabilité de GALILEO avec le GPS permettra bien sur à l’utilisateur de disposer de deux fois plus de satellites pour se localiser. Il bénéficiera ainsi d’une meilleure disponibilité de services.
Cependant, cette notion d’intégrité permettra de renforcer considérablement la sûreté du service offert. Le monde ferroviaire, par exemple, envisage aujourd’hui de nouvelles applications telles que le contrôle commande ou le pilotage de passages à niveaux. Les contraintes sécuritaires de ce type d’applications ne pouvaient pas être envisagées avec la solution GPS actuelle.



3. Le principe des systèmes de localisation par satellite


Le principe de la localisation par satellite est un principe de mesure de temps de propagation et de triangulation. Chaque satellite de la constellation émet des éphémérides (ensemble des paramètres qui décrivent l’orbite d’un satellite) qui permettent de calculer la position du satellite dans un repère terrestre au moment de la mesure. Le calcul de distance est fondé sur la mesure du temps de propagation du signal entre le satellite et le mobile. La position du récepteur est, en général, obtenue en quasi-temps réel en quelques secondes d’observation.
Connaissant l’heure exacte d’occurrence d’une transition donnée dans le signal émis par le satellite (t1 sur la figure 1), il suffit de lire l’heure d’arrivée de cette transition sur l’horloge du récepteur (t2) pour connaître le temps de propagation par différence et en déduire la « pseudo-distance » cherchée. Il est alors possible de tracer une sphère de rayon égal à la pseudo-distance autour du satellite considéré.




Figure 1. Mesure du temps de propagation

L’intersection de trois sphères donne deux points. L’un de ces deux points, situé à l’intérieur du globe terrestre, ne représente pas une position plausible. Il est donc éliminé et la position calculée est identifiée (cf. figure 2). Le calcul de la position requiert donc au minimum la réception de 3 satellites simultanément. Cette méthode suppose que l’utilisateur dispose d’une horloge locale parfaite, ce qui n’est évidemment jamais le cas (les horloges embarquées sur les satellites du bloc II dérivent de 10-13 à 10-14 par jour) [Botton]. Dans le système GPS (Global Positioning System), ce problème est résolu en introduisant dans le calcul une inconnue supplémentaire caractéristique de l’erreur d’horloge ou biais wx d’horloge. Dès lors, il convient d’utiliser un quatrième satellite afin de résoudre le système de 4 équations à 4 inconnues.
Avec ce même principe, l’Europe est sur le point de lancer le système GALILEO.




Figure 2. Principe de calcul du positionnement d’un mobile par triangulation (source : [KAP 96])

4. Description du système GPS


a) Généralités

Le GPS est un programme américain de satellites de radionavigation géré par le DoD (Department of Defence) qui fonctionne en permanence, par toute condition météorologique et en tout lieu. Depuis plusieurs années, le GPS appelé également NAVSTAR (NAVigation System by Timing And Ranging) est un système de positionnement à quatre dimensions qui fournit la longitude, la latitude, la hauteur et l’heure d’un point.
Le réseau du GPS-NAVSTAR est divisé en trois segments principaux :
– le segment spatial comprend 24 satellites à défilement (non géostationnaires) à 20 000 km d’altitude. En tout point de la surface du globe avec un angle de visibilité de 5 °, on dispose de six à dix satellites en vue. La constellation est représentée sur la figure 3,
– le segment de contrôle est constitué de stations terrestres. Il surveille et maintient l’état de chaque satellite,
– le segment utilisateur (sur terre, sur mer ou en l’air) est constitué des utilisateurs militaires et associés, et des utilisateurs civils. Les applications sont multiples : localisation, navigation, référence de temps, géodésie, détermination d’altitude, etc. [BER 98].
Le GPS offre deux types de service:
– le SPS (Standard Positioning System) ou service standard est accessible à tout utilisateur civil muni d’un récepteur GPS. Ce service offre une précision limitée (une dizaine de mètres) déterminée par le Department of Defence américain. De plus, l’armée américaine dispose d’un moyen de dégradation visant à limiter l’utilisation civile du système : la SA (Selective Availability). Seul le président des Etats-Unis à le pouvoir d’activer ou désactiver la SA. La SA est inactive depuis mai 2 000,
– le PPS (Precise Positioning System) est accessible uniquement aux utilisateurs militaires ou aux utilisateurs autorisés par le DoD sur des critères de défense nationale et internationale. Il offre une précision de localisation maximale (moins d’un mètre).

Figure 3. Constellation GPS

b) Le signal GPS

Le système GPS fonctionne selon le principe de l’étalement de spectre par code ou CDMA (Code Division Multiple Access). Le message est multiplié par un code pseudo-aléatoire propre à chaque satellite afin que le récepteur puisse l’identifier parfaitement. Le message est constitué des éphémérides de chaque satellite qui permettent au récepteur de retrouver très précisément la position du satellite dans le temps absolu GPS ; des données de correction de propagation et de temps satellites qui permettent au récepteur de retrouver très précisément la position du satellite dans le temps absolu GPS. Il est émis à la cadence de 50 bits/s.
Le signal satellite est transmis sur deux ondes porteuses L1 et L2, de fréquences respectives 1575,42 MHz et 1227,6 MHz. Dans la notation GPS, les signaux modulés, issus des porteuses L1 et L2 seront appelés signaux L1 et L2. Les codes pseudo-aléatoires (Pseudo Random Number) sont générés à des vitesses différentes et permettent d’offrir deux types de services :
– le Code C/A (Coarse/Acquisition code) module la porteuse L1 à 1,023 MHz (soit 1 Mbit/s). Il est appelé code « court »,
– le Code P (Precision Code) module L1 et L2 à 10 MHz (soit 10 Mbits/s). Il est appelé code « long » et est réservé à l’armée américaine. Il offre l’accès au PPS. Un code militaire, ajouté au code P sur les deux porteuses, permet de protéger son utilisation militaire : l’antibrouillage ou antileurrage ou AS (Anti Spoofing) limite l’effet du brouillage volontaire des signaux GPS par des utilisateurs «ennemis».

c) Traitement du signal par le récepteur

L’accès au satellite se fait par identification de son code. Le récepteur génère alors une réplique du code du satellite qu’il désire exploiter. Il effectue ensuite une corrélation entre les deux séquences qui lui permettra de connaître le temps de parcours Dt effectué par le signal afin d’en extraire la pseudo-distance entre le satellite et le récepteur.
Certains récepteurs effectuent des mesures de phase avec une comparaison de la phase du signal reçu avec la phase de la réplique du signal généré par le récepteur. La pseudo-distance étant proportionnelle à la différence de phase entre le récepteur et le satellite, ce calcul constitue un autre moyen de localiser le récepteur, utilisé généralement pour des applications précises telles que la géodésie. Dans la suite de cet article, nous ne traiterons que les mesures de corrélation sur les codes.


d) Les erreurs de localisation

Les précisions de localisation atteignent aujourd’hui la dizaine de mètres avec la suppression de la SA. Les sources d’imprécisions sont principalement liées à une mauvaise estimation de la distance entre le satellite et le récepteur. Ces erreurs sont imputables à la mauvaise mesure du temps de propagation du fait :
– de la disposition géométrique des satellites,
– de la disponibilité des signaux dans le temps,
– des phénomènes de propagation (propagation dans l’ionosphère, la troposphère ou phénomènes de trajets multiples),
– des erreurs d’éphémérides ou de synchronisation des horloges. Les erreurs d’éphémérides sont les erreurs de modélisation de la position du satellite,
– des erreurs propres au récepteur (biais de l’horloge, bruit de mesure…).

Les sources d’erreurs sont quantifiées dans le tableau 1.

Source de l’erreur Erreur typique
(mètres, 1s)

 

SPS avec la SA SPS sans la SA
SA

24.0

0.0

Délai ionosphérique
Délai troposphérique

7.0
0.2

7.0
0.2

Erreur d’horloge et d’éphémérides 2.3 2.3
Bruit du récepteur
Trajets multiples
0.6
1.5
0.6
1.5
UERE (erreur sur la mesure de distance) 25.0 7.5
HDOP 1.5 1.5
Précision horizontale totale, 95% 75.0 22.5

Figure 4
Tableau 1.
Classification des erreurs avec et sans la SA (source : [SHA 00]) 


Des corrections ont été apportées pour remédier à ces erreurs. Des modèles permettent de corriger une partie des erreurs dues aux phénomènes de propagation dans l’ionosphère et la troposphère. Des mesures différentielles d’atténuation du signal sur les fréquences L1 et L2 complètent le processus.
Une autre méthode connue sous le nom de DGPS (Differential-GPS) permet de diminuer les erreurs. Le principe de la correction différentielle peut s’appliquer aux signaux GPS comme aux signaux de toute autre constellation. Deux méthodes ont été développées, l’une appelée « Local Area Differential GPS » (LADGPS) qui fournit des corrections valides dans une zone de superficie limitée, l’autre appelée « Wide Area DGPS » (WADGPS) qui couvre une zone étendue. A cette fin, une station terrestre réceptrice « géoréférencée » compare en temps réel la localisation fournie par les satellites à sa position absolue. Elle diffuse ensuite des données de correction par un moyen de communication (radiodiffusion, GSM, radio privée, liaison avec un satellite géostationnaire, etc.) vers des récepteurs couplés aux capteurs de localisation embarqués. Les corrections sont alors introduites dans l’équipement au moyen d’un port de communication normalisé [HUN 90] [BON 90]. Le principe de la correction différentielle est illustré sur la figure 5. Les satellites pour lesquels une correction est apportée, la station terrestre et les mobiles doivent être dans une zone unique de couverture.



Figure 5. Principe du DGPS

Aux erreurs liées à la propagation dans l’atmosphère, il convient d’ajouter les erreurs provoquées par les phénomènes de masquage. Ceux-ci constituent un inconvénient majeur des systèmes satellitaires pour des applications en environnement urbain ou dans certains environnements ferroviaires. En effet, la présence de masques élevés autour de l’antenne limite la réception d’un nombre important de satellites et dégrade la disponibilité du système.


e) La notion de disponibilité ou couverture radioélectrique

« La disponibilité d’un système de navigation est le pourcentage de temps pendant lequel le service du système est utilisable avec la précision souhaitée » [KAP 96]. Elle est fonction à la fois des caractéristiques physiques de l’environnement, de la disponibilité du signal et des performances techniques de la transmission. Elle prend notamment en compte la couverture radioélectrique du système mais aussi les temps de panne et de maintenance des satellites non programmés. La précision de localisation est directement liée à la disponibilité du système. Dans la définition de la disponibilité du service de localisation, il convient de prendre en compte conjointement les deux facteurs précision et pourcentage du temps pour lequel cette précision est atteinte.
Les exigences en terme de disponibilité varient suivant les applications. Pour des applications à caractère non sécuritaire, une précision d’une centaine de mètres « de temps en temps » peut s’avérer suffisante. Dans des applications ferroviaires à caractère sécuritaire, il peut être nécessaire de connaître la position d’un mobile à 5 mètres près 95 % du temps [COT 98].
La disponibilité dépend d’un grand nombre de critères parmi lesquels on peut principalement distinguer :
– la position géométrique des satellites,
– le nombre de satellites visibles,
– la précision de localisation pendant un pourcentage du temps.


f) Disponibilité dans le temps

Les satellites GPS sont des satellites défilant en orbites quasi-circulaires. Le système est conçu de manière à ce qu’en un point donné, 6 satellites au minimum soient accessibles. En pratique, 8 satellites seront visibles au dessus de 5 degrés d’élévation dans plus de 70 % du temps (figure 7). Cependant, suivant l’heure et le jour de la mesure les satellites utilisés ne seront pas les mêmes.



Figure 6. Profil de visibilité des satellites GPS
Dans le cadre de certaines applications, il est fréquent de traverser des environnements très masqués (tunnels, milieux urbains denses, passage en tranchées…) affectés par les problèmes de disponibilité que nous venons de décrire. L’arrivée de GALILEO va permettre de réduire ces difficultés dans certains environnement, en permettant à l’utilisateur d’utiliser les deux constellations simultanément.
g) Les difficultés en environnement masquant
Dans les paragraphes précédents, nous avons expliqué qu’un nombre minimal de 4 satellites est nécessaire pour que le récepteur calcule sa position. De plus, nous avons montré que plus de 70% du temps, plus de 8 satellites sont reçu en tout point du globe. Ce chiffre est exact lorsque la réception de tous les satellites disponibles est possible, c’est à dire lorsque aucun obstacle n’obstrue la trajectoire du signal depuis le satellite jusqu’au récepteur.
En effet, en raison notamment de la distance parcourue, la puissance du signal satellite reçu est faible. Sa puissance ne lui permet pas de supporter l’atténuation provoquée par la transmission à travers un matériau (conséquence : hormis les nouveaux récepteurs très haute sensibilité, les récepteurs GPS ne fonctionnent pas à l’intérieur de bâtiments). Ces obstacles ont ainsi plusieurs impacts sur l’utilisateur :
- si moins de 4 satellites sont reçus, le récepteur n’est pas en mesure de se localiser. Le récepteur ne fournit donc aucune information.
- Certains signaux peuvent cependant être reçus si le signal s’est réfléchi sur les obstacles environnants. Dans la mesure où la pseudo-distance entre le satellite et le récepteur repose sur la mesure du temps de propagation du signal, l’évaluation de cette pseudo-distance va alors être erronée. Ce phénomène est illustré sur la figure 8. Si le satellite était reçu correctement, la pseudo-distance mesurée serait égale à a. Le trajet reçu a cependant subi une réflexion sur les arbres, la pseudo-distance mesurée est égale à b+c. Elle est donc plus longue que souhaité.


Figure 7. Calcul de la pseudo-distance lors d’un trajet réfléchi
Les sphères de la figure 2, qui permettent de calculer la position de l’utilisateur auront donc un rayon trop grand, et la position calculée sera imprécise.
Par conséquent, l’utilisation d’un récepteur sans autre capteur ou complément fournira à l’utilisateur une position erronée (à l’intérieur d’un bâtiment au lieu de la route sur laquelle circule le véhicule par exemple…).
La figure 8 compare ainsi la dispersion des positions simulés dans un environnement dégagé (figure a) et dans un environnement urbain (figure b).




Figure 8. Dispersion des positions dans deux environnements différents (dégagé et contraint)
a)-------------------------------b)
Pour pallier ces difficultés, différentes solutions ont été imaginées. Des capteurs sont ajoutés au système ou des systèmes extérieurs sont sollicités. On décriera ici en particulier le cas de l’hybridation typique du GPS avec un ensemble de capteurs inertiels et l’utilisation de cartographies numériques mais citons également :
- l’utilisation de balises au sol afin de localiser ponctuellement l’utilisateur,
- ou encore les répéteurs GNSS qui permettent de prolonger la diffusion de signaux dans des zones non couvertes (en tunnel par exemple).
Dans le cas de systèmes automobiles, différents types de systèmes se partagent le marché. On distingue les systèmes nomades des systèmes intégrés. Les systèmes nomades, conçus pour être totalement indépendants, sont en général équipés de GPS et de cartographie. Les systèmes intégrés relient le GPS à différents capteurs embraqués tels que l’odomètre (capable de calculer la distance parcourue à partir de la rotation de roue) ou le gyroscope (capable de mesurer l’angle de rotation du volant). Le principe de l’hybridation de ces systèmes combiner les avantages de ces deux techniques.
- Les capteurs inertiels permettent de calculer la position du véhicule relativement à la dernière position calculée tel qu’illustré figure 10. Ils sont disponibles tout le temps, et transmettent une information en continu. L’inconvénient de ces systèmes est leur dérive. L’imprécision de leur information augmente avec la distance parcourue.




Figure 9. Calcul d’une position relativement à la position précédente, à l’aide des données angles au volant a et de la distance parcourue d.
- Le GPS, qui transmet une localisation absolue, permet de recaler la position régulièrement.
L’ensemble des solutions exploite aujourd’hui également les informations issues de la cartographie numérique embarquée. Celle-ci contient la modélisation du réseau routier représenté par des segments, des courbes , des nœuds. Le travail du logiciel, appelé map-matching, consiste à replacer la position calculée sur une route. Différentes techniques sont étudiées qui prennent en compte le segment le plus près ou, plus élaboré, qui utilisent l’historique de la trajectoire pour analyser la trajectoire la plus plausible.

L’arrivée de GALILEO, décrit ci-dessous, va offrir à l’utilisateur la possibilité d’utiliser un nombre de satellites plus important. Par conséquent, les zones très masquées souffriront moins fortement de problèmes de disponibilité. Cependant, toutes les difficultés ne pourront être résolues comme l’indisponibilité du service en tunnel par exemple, ou le manque de précision lié aux phénomènes de réflexion des signaux.
 


5. GALILEO


a) L’historique et les motivations

GALILEO est le fruit d’une série de décisions politiques et d’études qui ont débuté au début des années 1990.

Pourquoi développer un système européen de navigation ? Les raisons sont autant techniques, qu’économiques, et politiques.

Si le GPS répond aujourd’hui à un large éventail d’applications, ses performances en termes de précision, disponibilité et intégrité ne suffisent pas toujours. C’est notamment le cas des applications à caractère sécuritaire évoquées plus haut. GALILEO offrira une précision et une disponibilité au moins équivalentes à celles du GPS. Cependant, la compatibilité et l’interopérabilité des deux systèmes permettra à l’utilisateur de bénéficier d’un nombre plus important de satellites, et ainsi d’accroître encore davantage la précision de la localisation. De plus, l’information d’intégrité n’est aujourd’hui pas délivrée par le GPS. C’est ainsi un atout et un argument majeurs pour GALILEO.

GPS étant en situation de monopole mondial, la dépendance de l’ensemble de la communauté d’utilisateurs est très forte. Cette dépendance est d’autant moins acceptable que le système n’est pas civil mais militaire et que l’Europe n’a aucun contrôle sur ce système.

Dans les applications militaires, le guidage d’engins ou de missiles par GPS est aujourd’hui fréquemment utilisé. Si la plupart des pays européens utilisent aujourd’hui le signal militaire crypté dans le cadre d’accords bilatéraux avec le gouvernement américain, il y a des limites à cette utilisation qui n’existeront plus avec GALILEO. Le développement de GALILEO représente ainsi une certaine indépendance de la défense.

D’autre part, nous avons évoqué la SA (Selective Availability) active avant 2000 et qui peut être réactivée à tout instant. La remise en service de cette dégradation volontaire diminuerait fortement les performances des services développés.

En termes économiques, il est fondamental pour l’Europe de maîtriser cette technologie afin de bénéficier dans les années à venir des retombées économiques attendues liées à un usage densifié, tant en termes d’équipement que d’emplois. Pour toutes ces raisons, la mise en place de GALILEO représente un enjeu important au niveau européen. La position de chacun des pays composant l’union européenne n’est d’ailleurs pas homogène sur ce sujet en raison des stratégies politiques de chacun.

Ainsi, l’histoire des débuts de GALILEO est ponctuée d’accélérations et de freinages. EGNOS, premier volet du développement, a été initié en 1994 par l’Agence Spatiale Européenne (ESA), la Commission Européenne et Eurocontrol. EGNOS est composé de trois satellites géostationnaires, situés au dessus de l’Europe. Leur rôle est la transmission d’informations qui permettent à l’utilisateur d’améliorer la précision de son positionnement GPS, en Europe. Un réseau de stations terrestres calcule les erreurs liées à la propagation du signal dans l’ionosphère. Les retards subis par les signaux sont assez homogènes dans une même région. L’utilisateur bénéficie ainsi de performances plus importantes.

Le Conseil Transports de la Commission Européenne a lancé la phase de développement de GALILEO, le 21 décembre 2000. Les divergences internes à l’Union Européenne ont provoqué quelques refus de financement du Conseil Transports. Mais le 26 mars 2002, incité par le Conseil Européen, les Quinze donnent le feu vert ! Entre temps, des négociations se mettent en place avec les Etats-Unis, qui font pression sur le projet. Les raisons invoquées sont sécuritaires. L’accord permet à chacun des deux systèmes de fonctionner en parallèle, sans interférences de leurs signaux respectifs.

Afin de conserver les autorisations d’émettre aux fréquences réservées auprès de l’Union Internationale des Télécommunications, et dans le but de débuter les validations en orbite du système, un premier satellite de la constellation, Giove-A, a été lancé le 28/12/05 depuis Baïkonour.

Les derniers rebondissements du projet concernent son mode de financement. Un partenariat public privé avait été retenu pour le financement du développement du système, suivi d’une concession cédée à un opérateur pour 20 ans. Aucun accord n’est parvenu à terme, causant un retard du projet d’environ 3 ans par rapport au calendrier initial. Pour assurer le lancement du service pour 2012 au plus tard, une solution de financement 100% public est envisagée. Une décision était attendue au mois de septembre 2007.


b) Le système

Les services :
Alors que le GPS permets deux niveaux de service : public et militaire, GALILEO offrira 5 niveaux de services [ACA 03]. C’est la raison pour laquelle les satellites diffuseront davantage de signaux, tel que décrit plus loin.
- Le service ouvert sera public et gratuit. Il offrira des performances similaires au GPS.
- Le service commercial autorisera une précision plus importante et une garantie de service.
- Le service sûreté de la vie sera ouvert et offrira une information d’intégrité et l’authentification des signaux.
- Le service public sera crypté et d’une grande robustesse.
- Enfin, le service de recherche et sauvetage permettra la détection temps réel d’un incident et une voie retour pour déclencher les secours.

Le segment spatial :
La constellation GALILEO sera, comme la constellation GPS, de type Walker. Elle sera constituée de 30 satellites placées, comme le GPS sur des orbites circulaires inclinées. Leur altitude sera de 23 222 Km et l’inclinaison des orbites de 56° sur l’équateur. Contrairement aux satellites GPS répartis sur 6 orbites, les satellites GALILEO seront sur 3 plans d’orbite. 9 satellites seront régulièrement répartis sur chaque plan, plus un en réserve pour pallier aux satellites défaillants.

Les signaux :
Les satellites GALILEO émettront dans la bande de fréquences 1.1 à 1.6 GHz. Chaque satellite diffusera 10 signaux différents de navigation afin de proposer les 5 services différents. De la même façon que le GPS, tous les signaux émettent à la même fréquence. Il s’agit donc de distinguer chacun des signaux reçus, grâce au code attribué à chacun des satellites. Une réplique du code, générée par le récepteur, permettra ainsi de séparer chacun des signaux et de calculer le temps de propagation du signal.
GPS et GALILEO partagent des bandes de fréquences très proches. Afin d’éviter les interférences entre les signaux, une modulation différente a été choisie. Elle est appelée BOC (Binary Offset Carrier).

Le segment de contrôle :
Un réseau de stations terrestres assurera le contrôle du segment spatial. Son cœur sera composé de deux centres de contrôle situés en Europe. Chaque centre gérera des fonctions de contrôle via le « Ground Control Segment » (GCS) et assurera des fonctions de « mission » via le « Ground Mission Segment » (GMS). Le GCS traitera la maintenance de la constellation et des satellites alors que le GMS assurera le contrôle du système de navigation. Pour le GCS, un réseau de 5 stations permettra de communiquer avec chacun des satellites. Pour le GMS, un réseau de 30 stations (GALILEO Sensor Stations - GSS) sera chargé d’enregistrer en continu les signaux de navigation. Le GMS communiquera avec les satellites GALILEO via des stations de lien montant installées sur 5 sites. Le GMS utilisera ce réseau de stations pour différentes taches telles que la détermination des orbites, la synchronisation du temps ou encore le calcul de l’intégrité de chacun des signaux.

Mars 2006


Références

[ACA 03] Académie de marine, Bureau des longitudes, Académie nationale de l’air et de
l’espace, « Un système de positionnement — GALILEO — Un enjeu stratégique,
scientifique, technique. » Juin 2003.
[BLA] http://www.blasttheory.co.uk/
[BON 90] G. Bonin, G. Nard et J. Rabian, « Localisation très précise de véhicules en
zone urbaine » Navigation n° 150, Avril 1990.
[DUQ 05] F. Duquenne, S. Botton, F. Peyret, D. Bétaille, P. Willis, « GPS, Localisation
et navigation par satellites », 2e édition, Hermes, 2005.
[HUN 90] T. Hunter, W. Kosmalski et P. Truong, “Vehicle Navigation using differential
GPS”, IEEE Plans’ 90, 20-23 March 1990.
[KAP 96] “Understanding GPS, principles and applications”. Ed. E.D. Kaplan. 1996.
[SHA 00] M. Shawn, D. Turner, K. Shandhoo, “GPS modernization”, GNSS 2000,
Edinburgh, May 4, 2000.