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etxegarraia
France
14893 Posts |
 Posted - 17 oct. 2004 : 15:18:08
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MAJ GPSPASSION 20091020
FAIRE LE POINT AVEC UN GPS
PROBLEMES DE "FIX" ET SOLUTIONS
 Le sextant
INDEX
- Introduction
- Notions de base
- La mémoire du GPS
- Les obstacles à la réception
- Recommandations
- Vous avez un problème de FIX, Essayez ceci !
La précision du GPS 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.
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Edited by - etxegarraia on 22 juin 2005 14:09:20
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Thilo
191 Posts |
Posted - 15 janv. 2005 : 16:08:02
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Ce tuto est trés intéressant. J'ai trouvé par hasard sur la toile un document trés complet sur le sujet GPS mis en ligne par l'IGN
Le voilà au cas où il ne soit pas en lien sur GPS PAssion, j'ai vite décroché mais peut être que certains d'entre vous peuvent en tirer des informations.
http://www.ensg.ign.fr/~bouteloup/www/wwwfad/site_fad/pdf/chap7_g1.pdf |
Edited by - Thilo on 15 janv. 2005 16:13:18 |
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gege17
France
29 Posts |
Posted - 23 janv. 2005 : 17:30:12
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Bonjour
Ayant des problêmes d'acquisition sattelites avec mon holux gr230 (apparemment,je ne suis pas seul),et en attendant mon cable DATA de chez HOLUX pour utiliser ou sirf demo ou CE monitor ou GPS viewer..pour faire un reset factory,j'aimerai savoir s'il existe un outil de ce style marchant sur un smartphone,en l'occurence mo SPV500?
Merci d'avance pour la réponse.
Cordialement Gege17 |
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gpspassion
93392 Posts |
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gege17
France
29 Posts |
Posted - 23 janv. 2005 : 17:45:55
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| Merci pour la celerite GPSPASSION et...tant pis pour moi,je vais attendre patiemment le cable Data pour faire les manip! |
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jyp1000
France
24 Posts |
Posted - 25 janv. 2005 : 10:49:50
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Bonjour,
Cette mise au point est très intéressante, bravo !
En bas de page, le site que j'anime avec Pierre Pellot est cité. Ce site a subi pas mal de modifications, délaissant quelque peu les ordinateurs de poche pour se focaliser davantage sur le nautisme. Son adresse est maintenant : http://oceanics.free.fr/
Les articles consacrés au GPS sont là :
http://oceanics.free.fr/gps/gpsintro.htm
Dans toutes les explications que je lis sur le fonctionnement du GPS, il y a un point qui me paraît délicat. La détermination des distances entre les satellites et le récepteur (qui permet la localisation par triangulation) ne peut se faire précisément que si les satellites et le récepteur sont exactement à la même heure. Côté satellites, pas de problème, ils ont des horloges atomiques. Côté récepteur, qu'il coûte 150, 300 ou 1000 Euros, la précision ne peut pas être du même niveau. Le récepteur doit donc gérer et réactualiser constamment une erreur d'horloge qui sera utilisée dans les calculs. Comment fait-il puisqu'il reçoit ses infos des satellites et qu'initialement il ignore sa position ?
J'imagine qu'il réalise cela par des approximations successives basées sur la cohérence des informations qu'il reçoit des différents satellites, mais c'est un peu flou dans mon esprit. Quelqu'un aurait-il des idées plus claires que les miennes là-dessus ?
Bonne journée,
Jean-Yves |
Edited by - jyp1000 on 25 janv. 2005 11:02:20 |
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etxegarraia
France
14893 Posts |
Posted - 25 janv. 2005 : 16:29:50
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Oui, tu trouveras l'explication complète dans le lien cité plus haut par Thilo
http://www.ensg.ign.fr/~bouteloup/www/wwwfad/site_fad/pdf/chap7_g1.pdf
En fait la determination des distances est faite sur le déphasage (effet doppler) des signaux émis sur les deux fréquences de transmission, l'horloge interne du GPS quant à elle, est mise à jour à chaque initialisation des almanach et des éphémérides. L'un étant complémentaire de l'autre en vertu de la loi de Murphy.
Merci de nous avoir signalé le nouveau lien du site Océanics que je met tout de suite en lien, dans le tuto ci-dessus.
Un lien sur GpsPassion dans votre site ?
Team GpsPassion - Modérateur
Dell Axim X30 624 Mhz BT Wifi - SD Kingmax 1Go - GPS Leadtek BT 9537 SirfXtrac V2 Navigon MN|4.2
 Urundik ikhusten ditut  Où commencer ?- N'oubliez pas : La Charte
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Edited by - etxegarraia on 25 janv. 2005 16:43:36 |
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jyp1000
France
24 Posts |
Posted - 25 janv. 2005 : 17:56:24
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Je crois que les récepteurs qui fonctionnent en utilisant le déphasage des signaux émis sur les deux fréquences de transmission sont hélas au-dessus de nos moyens. Nos récepteurs "courants" n'utilisent qu'une fréquence (L1 : 1575.42 MHz) et sont moins précis, mais je crois savoir qu'ils peuvent utiliser l'effet doppler pour déterminer la vitesse du récepteur lorsqu'il se déplace.
Le pdf de l'IGN mentionné par Thilo est très détaillé. La réponse à ma question s'y trouve aux pages VII-25 et VII-26 .. mes chères études sont bien loin déjà et j'ai un peu de mal à saisir le tout !
Je vais m'occuper d'installer un lien vers GpSPassion sur Oceanics dès la prochaine mise à jour.
Amitiés,
Jean-Yves |
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etxegarraia
France
14893 Posts |
Posted - 25 janv. 2005 : 18:01:46
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La précision des horloges de nos petits appareils "courants" est incroyable, n'est-ce pas ?
Remerciements anticipés, Cdt
Team GpsPassion - Modérateur
Dell Axim X30 624 Mhz BT Wifi - SD Kingmax 1Go - GPS Leadtek BT 9537 SirfXtrac V2 Navigon MN|4.2
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Edited by - etxegarraia on 25 janv. 2005 18:06:18 |
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Peanut
France
25 Posts |
Posted - 22 juin 2005 : 13:46:07
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Génial ce tuto ! Merci.
PS : le lien vers "Site de Daniel Wilson" est HS
Loox 720 - GlobalSat BT338 |
Edited by - Peanut on 22 juin 2005 13:47:37 |
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etxegarraia
France
14893 Posts |
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dytered
74 Posts |
Posted - 08 juil. 2005 : 22:33:40
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Bravo pour ce tuto, j'ai enfin comprit pourquoi mon GPS mettait autant de temps à démarrer en roulant !
merci beaucoup ! |
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loulaulau
France
3 Posts |
Posted - 28 sept. 2005 : 21:41:29
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tout ça parait tres interressant mais existe t'il un petit programme qui sait donner l'altidude sur le PPC en plus de TTM 5, merci par avance
LCA |
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DocteurN
France
9591 Posts |
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claude_nancy
France
166 Posts |
Posted - 26 déc. 2005 : 16:21:01
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Bonjour,
Je ne sais pas exactement où poster cette demande. Peut-être est-ce ici le plus logique, mais j'ai peur d'apparaître naïf!
Voilà, j'utilise un BT338 qui fait son fix rapidement, mais il y a une exception. Je me promène souvent dans une forêt, et là, impossible de faire le fix. Je ne suis pas dans la forêt, mais dans une clairière bien dégagée, pas d'arbre autour, pas de toit bien sûr, mais j'ai fait l'exprience d'attendre une demi-heure, rien! Je quitte le lieu, et tout redevient normal...
Y-a-t-il des lieux "maudits"? Si je fais le fix avant d'arriver, pas de problème, mais si j'ai oublié avant, impossible de le faire.
Y-a-t-il une explication?
Merci
et bonne année à GPSPASSION et à toute l'équipe.
Claude_nancy
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etxegarraia
France
14893 Posts |
Posted - 26 déc. 2005 : 17:00:03
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Pas de honte à poser des questions, et pas de lieux maudits non plus, coîncidence sans doute avec un angle d'élévation très bas et une coupure de réception due à "la ballade dans la Forêt" avant d'atteindre la clairière.
La bonne expérience serait d'y enregistrer pendant 24 heures les trames de 3 GPS différents posés au même endroit.
Team GpsPasSion
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*Le FIX - acquisition de position GPS *
