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 *Le FIX - acquisition de position GPS *

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T O P I C    R E V I E W
etxegarraia Posted - 17 oct. 2004 : 15:18:08
MAJ GPSPASSION 20091020
FAIRE LE POINT AVEC UN GPS
PROBLEMES DE "FIX" ET SOLUTIONS


Le sextant



INDEX

  1. Introduction
  2. Notions de base
  3. La mémoire du GPS
  4. Les obstacles à la réception
  5. Recommandations
  6. Vous avez un problème de FIX, Essayez ceci !
  7. La précision du GPS
  8. Liens intéressants


1. INTRODUCTION


Tout comme les anciens marins navigateurs et il n'y a pas si longtemps encore les aviateurs navigateurs faisaient le point au sextant, avec des calculs très compliqués et a l'horloge de précision pour se situer en tout point sur terre, mer ou dans les air, les navigateurs modernes font toujours le point avec leur récepteur GPS, mais utilisent la puissance des calculateurs intégrés dans les micro-processeurs de ceux-ci.


Le moment précis ou la position est affichée et acquise s'apelle "le FIX" dans le jargon gps-iste.


Le fix - les coordonnées apparaîssent


Pour en arriver là, il y a en amont, tout un sytème déployé depuis les satellites de positionnement global, jusqu'à l'écran ou l'imprimante, en passant par les stations à terre chargées de contrôler la course des satellites, de coordonner les temps et les horloges ultra-précises embarquées,, de vérfier les abaques, les almanachs et les éphémérides, et le récepteur GPS qui va recevoir tous les signaux de données, les analyser, les intègrer pour calculer LA POSITION - LE FIX, qu'il va transmettre sous forme de trames de données au standard NMEA via son port de sortie à chaque seconde.

En bout de ligne, un logiciel de traitement de données et plus généralement un logiciel de navigation , va déconcanténiser les trames NMEA significatives et en extraires les informations pour les présenter à l'affichage soit sur imprimante soit sur écran sous forme de coordonnées et de données supplémentaires.

Toutes ces opérations prennent du temps, trop long pour certains.



2. NOTIONS DE BASE


24 satellites en orbites tournent autour de la terre
.

Le GPS (Global Positioning System) est basé sur une constellation de 24 satellites au minimum en orbites. La position de chaque satellite est précisément connue à tout moment. En continu et 24h sur 24, les satellites émettent des signaux incorporant l'heure précise, sur deux fréquences UHF de la bande L, L1 à 1575.42Mhz et L2 à 1227.6MHz.

Une horloge atomique est utilisée à bord des satellites. Cette horloge est basée sur un compteur de cycles qui va compter 9192631770 cycles pendant une seconde. Ce nombre est exactement la fréquence de la vibration qui fait passer l'atome de Césium 133 du niveau f3 au niveau f4. C'est dire la précision de cette référence de temps.

Le satellite êmet des signaux codés qui comprennent, ses éphémérides (données qui permettent de calculer sa trajectoire et sa position dans le ciel), son almanach (dâtes de mise à jour et validité des informations) et surtout l'heure. Tout récepteur satellite doit avoir téléchargé ces informations, ce qui prend 18 secondes dans le cas des éphémérides dans des conditions optimales.

Les signaux sont captés à vue par l'antenne incorporée (ou déportée) du récepteur GPS, qui compare alors les codes horaires avec les siens propres, pour chronométrer le temps mis par le signal, pour atteindre le récepteur. Le temps ainsi obtenu est multiplié par la vitesse de la lumière (299 792.5 km/s) et le déphasage indique par calcul, la distance entre le satellite et le récepteur. Ce qui détermine un cercle de géolocalisation sur la sphère terrestre.

Avec les signaux de trois satellites différents, par triangulation des trois cercles on obtient la position. Si les horloges des satellites et du récepteur sont synchrones, la précision est meilleure. Les signaux d'un quatrième satellite sont nécessaires pour lever l'incertitude de position (élimination du point d'incertitude) et donner la position en 3D (altitude).

Par triangulation on obtient 2 points - 1 sera éliminé


Par calcul sur la variation des signaux et l'intégration des informations qui en découlent, le microprocesseur du GPS peut fournir d'autres données telles que, vitesse du déplacement, cap vrai du déplacement, variation positive ou négative en pourcentage de l'altidute, correction de l'altitude par calcul avec les données de la géoïde du lieu.

D'autres calcul, seront faits par la suite dans le logiciel d'intégration et de visualisation des données tel qu'un logiciel de Navigation, ou de gestion des espaces agricoles par exemple.

Il est évident que le temps mis pour le calcul de la position est imputable au systême en amont jusqu'à la mise à disposition sur le bus de sortie du GPS des trames NMEA.

En aucun cas le logiciel de traitement ou de navigation en aval, ne peut être tenu responsable du temps ou du retard de l'acquisition du FIX puisque c'est le récepteur GPS qui le fournit.

On peut essayer de réduire ce temps d'acquisition.




3. LA MEMOIRE DU GPS


Le GPS comme tout montage électronique, a besoin d'une source d'alimentation électrique pour fonctionner et garder dans sa mémoire d'une part, les informations reçues des satellites et d'autre part, le résultat de ses propres calculs. Il est donc équipé d'une mémoire (trés importante, programmable), d'une batterie rechargeable et d'un circuit d'alimentation incorporé dans le cas d'un BT (blue tooth,) ou filaire dans les autres cas.

La technologie actuelle basée sur les chipsets SiRF des processeurs ARM7 est trés économe en tant que consommation d'énergie, et l'un des modèles les plus courant, est donné pour une alimentation sous 2.7 Volts et une consommation moyenne de 45 mW (sous régime de sauvegarde d'énergie).

Pour fonctionner correctement, il faut que la batterie interne du GPS soit chargée un minimum, et/ou que l'alimentation extérieure soit branchée et fournisse du courant.

Dans le cas optimal le TTF (time to fix) est en moyenne de:
  • 47" pour un cold start : Sortie d'usine, GPS n'ayant jamais fonctionné, batterie vide, il faut que le GPS télécharge l'almanach et les éphémérides émis par les satellites ce qui prend environ 18 secondes dans de bonnes conditions (taux de transfert de 50bps) - si le niveau de signal est inférieur à 28dB le téléchargement ne peut pas s'effectuer, c'est le cas en intérieur, quelque soit le GPS
  • 30" pour un warm start : L'alimentation a été coupée, la batterie est légèrement déchargée, sa mémoire garde les informations de son dernier FIX, il redémarre d'un nouvel endroit, il doit refaire le point.
  • 4" à 8" pour un hot start : L'alimentation n'a pas été coupée, il repart du même point ou juste à côté sur les mêmes satellites, il vient de passer sous un tunel, il y a eu une obstruction temporaire à la réception des signaux.



4. LES OBSTACLES A LA RECEPTION.


Il est important de signaler, que la déviation ou la reflexion du trajet des ondes electromagnétiques dans les couches de la troposphère, de la ionosphère et des couches denses de l'athmosphère, n'affectent que le temps mis par le signal pour parvenir du satellite au récepteur GPS, et ce d'une valeur négligeable, qui n'a aucune influence dans le temps d'acquisition et du FIX.

On ne considérera donc que les obstacles qui interromptent physiquement le trajet de l'onde et coupent le signal.
  • Obstacles naturels : Montagnes, cavernes, grottes, passage étroit, routes de montagne, etc.

  • Obstacles artificiels : Murs, immeubles élevés, cours d'immeubles, canyon urbain, ponts (en dessous), tunnels, etc.

  • Obstacles occasionnels : Circulation en file entre des poids-lourds.

  • Cages de Faraday : A l'intérieur d'un volume en métal (voiture; habitacle, coffre), d'une pièce en béton armé, d'un immeuble, d'une structure métallique, etc

  • Pares brises athermiques :

  • Zones de multi-réflexion ou de rebond des ondes.

  • Phénomènes athmosphériques : Cumulo-nimbus.

  • Phénomènes de propagation, brouillage radio.



5. RECOMMENDATIONS.



Il devient évident, que plus les conditions de réception seront idéales
et plus court sera le TTF (Time To Fix)


  • GPS en état de fonctionner, batterie chargée.

  • Alimentation du GPS en route avant de lancer la navigation.

  • Zone d'acquisition le plus dégagée possible d'obstacle

  • Positionnement extérieur si possible du récepteur GPS.

  • Utilisation d'antennes reradiantes et/ou extérieures.

  • Choisir la zone de réception prévue derrière le pare brise athermique.

  • Ne pas démarrer dans la seconde.

  • Prendre le temps de faire ses vérifications - sécurité.

  • Attendre le temps de chauffe du moteur , pendant ce temps le FIX se fait.

  • Ne pas tripoter ses appareils en conduisant.

  • Penser à GpsPassion et ses bons conseils.



6. VOUS AVEZ UN PROBLEME DE FIX, ESSAYEZ CECI !

** Se placer dans un endroit le plus dégagé possible **
** Rester IMMOBILE le temps pour le GPS d'acquérir les données dans de bonnes conditions **
Obtenir un FIX en roulant demande en effet beaucoup plus de temps (calage/recalage)


* Si le problème persiste, positionner le GPS à l'extérieur du véhicule et le replacer ensuite à l'intérieur une fois le fix obtenu *
(problème pare-brise +/- athermique)


Notes : Il peut également être intéressant de suivre le processus d'acquisition avec CE Monitor si vous avez un PocketPC :
1. Récuperer CE Monitor (* TUTORIEL *)
2. Tools/port settings COM x /4,800 - OK
3. Screen/Signal (rouge -> blue -> vert)
4. Si pas d'activité ou passage au vert alors: Tools/command - factory reset - OK

Si vous avez un GPS qui a un bouton reset, effectuez un reset.

Retour d'expérience de Xania sur Navigon bluemedia :
"- 2 mn à l'arret en extérieure ou dans la voiture (laguna 2 avec certainement parebrise athermique et sans utiliser l'antenne externe)
- 10 mn dans la voiture en marche
- 10 mn dans la maison à l'étage
- 15 à 20 mn dans le train en marche

- impossible si présence de béton au-dessus de la tête

-> conclusion, toujours prendre 2 mn pour le fix sans bouger"



7. LA PRECISION DU GPS.



De nombreux facteurs interviennent dans la dégradation des signaux et donc du calcul de la position. Des correctifs logiciels interviennent dans la résolution mathématique des équations, afin de minimiser le différentiel de l'imprécision.

Citons :

  • Le déplacement : une incertitude de position. En effet le signal du FIX est emis à chaque seconde par le récepteur. Pendant ce temps le mobile parcours une distance équivalente à sa vitesse/heure divisée par 3600 secondes c'est à dire qu'à 50km/h l'écart peut atteindre 13,8 mètres et à 130 km/h un peu plus de 36 mètres. Quelques logiciels de navigation, corrigent d'une façon "cosmétique" ce décalage


  • Une autre source d'imprécision, tient aussi à la précision de la cartographie utilisée conjointement avec le GPS.Il n'est pas rare de retrouver le curseur de navigation, placé en dehors de la route suivie à cause tant de l'ocultation temporaire d'un signal utile, que de la cartographie pas assez précise.


  • D'autres causes liées à la transmission elle même ci après.



Les données suivantes sont extraites du Données issues du "Navstar GPS user equipment introduction", sept 1996, sans origine, 200 pages, disponible en pdf à l'adresse : NAVSTAR

  • La géométrie des satellites par rapport à l'utilisateur. Le facteur représentatif de cette géométrie est le G.D.O.P (Geometric Dilution Of Precision )

  • La précision de la mesure de distance entre l'utilisateur et chaque satellite

  • La Stabilité en fréquence du satellite, variations d'accélération et autres. = 35ns -> 10.5 m

  • La connaissance de la position du satellite et autres. = 33ns -> 10 m

  • La traversée de la troposphère. = 13ns -> 3.9

  • La traversée de la ionosphère. = 33 à 65ns -> 9.8 à 16.6 m

  • La stabilité de l'horloge du récepteur, résolution du receveur et bruit, précision de la résolution des équations.= 9.7ns -> 2.9 m

  • Trajets multiples. 8ns -> 2.4 m


Au pire, le cercle de dilution pourrait avoir un diamètre de 39 à 49 m.

Les corrections des équations réduisent fortement cette dilution.



On trouvera une analyse remarquable des erreurs - très mathématique - sur le Site de Daniel Wilson : Le site a été entièrement mis à jour en mai 2000.






8. LIENS INTERESSANTS.

15   L A T E S T    R E P L I E S    (Newest First)
barbudor Posted - 17 août 2010 : 22:10:16
Ca leur permet peut être de vendre des abonnements ?

Hier j'ai téléchargé la mise à jour QuickFix pour mon GO 950 Live
Ce matin j'ai fait Clamart -> Orly avec un fix quasi instantané : Ok.
Par contre une fois arrivé à Berlin, a l'extérieur de la voiture, en plein parking à l'air libre complètement découvert, il a fallu 3 minutes exactement pour obtenir le fix.
De retour ce soir, dans le véhicule en mouvement en sortant du parking souterrain, il a fallu 2 minutes pour réobtenir un fix.

Bizarre qu'il m'ait fallu plus de temps dans les meilleurs conditions pour obtenir le fix a Berlin qu'une fois rentré en France dans des conditions plus difficiles.

A+
gpspassion Posted - 17 août 2010 : 19:55:19
Ca existe, c'est l'auto-AGPS mais ça ce passe au niveau de la puce et TomTom n'utilise pas cette version du SiRFInstantFix également HotFix sur les STMicro de Garmin -> http://www.gpspassion.com/forumsen/topic.asp?topic_id=104273 - ils doivent vouloir que les gens se connectent à TomTom HOME ;-)
eric2 Posted - 17 août 2010 : 10:36:48
Merci, c'est très bien expliqué

Sur Tomtom Go 720 je vais donc refaire des mesures plus précises en extérieur. Je me demande entre autres si le fait d'effacer le contenu du dossier Ephem (plutôt que de garder des fichiers obsoletes) peut raccourcir le temps d'acquisition l'appareil

Perso je trouve dommage que l'appareil ne sauvegarde pas lui-meme , au moins une fois par jour, en cours d'utilisation, la position des éphémérides de facon à pouvoir les réutiliser lors d'un démarage à froid ou après 4 heures d'utilisation...
ou pouvoir faire en gros de lui-meme depuis les satellites, en cours d'utilisation, ce que Tomtom nous demande faire manuellement par voie de connexion PC.
gpspassion Posted - 16 août 2010 : 19:20:31
Ca se fait automatiquement via le réseau et c'est du "Full AGPS", bien plus que les éphémérides, voir http://www.gpspassion.com/fr/articles.asp?id=274 point 2 et l'article GPS+ d'Orange en lien là-bas.

Ceci étant dit ton 720 devrait se recaler en 45 secondes en extérieur sans bouger, comme ce n'est pas le cas il y a peut-être un problème d'antenne interne. Si les 4 minutes c'est en roulant dans Paris derrière un pare-brise athermique c'est normal en revanche ;-)
eric2 Posted - 16 août 2010 : 12:49:36
Bonjour,
Je trouve le FIX plutot long sur mon GO 720 une fois que les éphemerides sont obsoletes (un FIX de l'ordre de plusieurs minutes, environ 3 à 4 minutes, meme à l'arrêt avec le GPS en exterieur à bout de bras) ... Et je trouve contraignant cette mesure nous obligeant à mettre à jour ces fichies ephemerides chaque semaine via son PC.

Ce que je ne comprends c'est pourquoi sur un Iphone le FIX ne prend que quelques secondes , meme apres plus de 24 heures apres la derniere connexion, et alors qu'il n'y a pas d'éphemerides à mettre à jour
Popol2 Posted - 12 janv. 2008 : 10:35:32
Normal que le temps de Fix soit plus long en roulant.
Mieux vaut faire le Fix immobile, endroit bien dégagé, appareil à l'extérieur, et ne le rentrer que le Fix obtenu.
Prend normalement une minute, quelques dizaines de secondes si l'appareil a été quitté depuis moins de 4 heures.

Quinze minutes ? Ou bien tu n'es pas dans un endroit dégagé (pire en roulant) ou SAV.
PIMPROM Posted - 12 janv. 2008 : 10:24:09
Bonjour,

j'ai un ASUS Mypal A636 avec antenne intégrée et j'ai l'impression que plus ça va, plus mon temps de fix est long ! il y a encore un an, je mettais 2 à 5 minutes pour avoir le fix avec Tomtom 6. Mais en ce moment, je mets jusqu'à 15 minutes pour l'obtenir en région parisienne ! je ne sais plus quoi faire ! J'ai un pare brise athermique et j'obtiens ce temps de fix dans la voiture en roulant (j'ai bien souvent pas le temps de poireauter dehors à attendre un fix qui va durer au moins 5 minutes en statique !).
En revanche, j'ai essayé quelque fois avec Navigon et là le temps de fix est beaucoup moins long (de 1 à 2 minutes). Est-ce normal qu'il y ait des différences de fix suivant le logiciel utilisé ?
etxegarraia Posted - 11 janv. 2008 : 08:45:24
Merci de reposter ici : http://www.gpspassion.com/forumsen/topic.asp?TOPIC_ID=47607
jluc63 Posted - 11 janv. 2008 : 08:00:11
Bonjour,
Du nouveau chez SIRF et MIO sur la durée du fix ici :
http://www.01net.com/editorial/369127/des-gps-qui-demarreront-en-moins-de-cinq-secondes/
Certainement pas foudroyant mais un petit pas surtout pour les utilisateurs réguliers des systèmes de navigation et particulièrement pour les GPS embarqués d'origine 'si les constructeurs .....)
Bonne journée
harnaud Posted - 03 juin 2007 : 12:00:31
Désolé.
Pouvez-vous supprimer mon message et le déplacer au bon endroit.
Merci.
etxegarraia Posted - 03 juin 2007 : 11:51:37
Hors Sujet ici (lire le titre), à reposter dans la discussion du GO910
harnaud Posted - 03 juin 2007 : 08:18:20
Ceci est mon tout premier message sur le site.
Alors, mes excuses si elle semble un peu bête, et je ne sais pas si c'est le bon endroit.
Je lis pas mal de topics parlant des problèmes de réception des satellites (notamment pare-brise athermiques).
J'avais dans le temps un Palm Tungsten T3 avec une antenne sans fil Bluetooth. Cette antenne était très pratique pour contourner le pare-brise athermique de ma 206.

Je souhaite acheter un tomtom 910 et utiliser cette antenne sans fil (connecter avec le BT du TomTom - initialement utiliser pour les téléphones BlueTooth).

Est-ce une bonne solution pour régler ces problèmes et éviter l'achat d'une antenne (inesthétique) extérieure.

Merci pour vos réponses.
etxegarraia Posted - 02 juin 2007 : 10:14:15
En France comme dans le Monde entier, le Fix est acquis avec 3 satellites actifs et le Fix 3D (Altitude) avec 4 satellites.

La constellation Satellite et le protocole NMEA, permettent de recevoir les trames de 12 satellites actifs maximum..

Voir http://www.gpspassion.com/forumsen/topic.asp?TOPIC_ID=17661
Little Tiger Posted - 02 juin 2007 : 09:55:52
EN France quel est le nombre de satellites minimum captables en "fix" ? Mon système GPS indique 5 ou 6. Est-ce une valeur correcte ?
snkyo Posted - 05 mai 2007 : 16:05:25
Bonjour a tous,

C'est bon j'ai reussi a obtenir un fix avec ce type de matériel on est en fait obligé de brancher le socle du palm sur l'allume-cigar.

J'ai l'habitude d'utiliser des tom tom go qui ne requiert aucun branchement.

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