Manuel formation GeoExplorer3 - D3E Electronique

1 GGGEEEOOOEEEXXXPPPLLLOOORRREEERRR 333 eeettt 333ccc _____ Manuel de formation _____ D3E Electronique Parc d Activit SAVIPOL BP 55 10302 SAINTE SAVINE CEDEX Tel. : Fax : E-Mail : - Site Web : 2 SSSOOOMMMMMMAAAIIIRRREEE OBJECTIFS 3 LE RECEPTEUR GPS GEOEXPLORER 3 3 LE LOGICIEL PATHFINDER OFFICE 4 LE SYSTEME GPS 5 I PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT 5 I-1) LE SIGNAL SATELLITE 5 I-2) MESURE DE LA DISTANCE A PARTIR DU SIGNAL SATELLITE 5 I-3) LA TRILATERATION 7 II PARAMETRES AFFECTANT LA PRECISION DES MESURES 7 II-1) ERREURS LIEES AU SYSTEME 7 II-2) ERREURS LIEES A L ENVIRONNEMENT 8 III LES TRAITEMENTS 9 III-1) LE GPS DIFFERENTIEL 9 III-2) LE MODE DIFFERENTIEL EN POST-TRAITEMENT ET EN TEMPS REEL 9 PLAN D UNE CAMPAGNE DE LEVERS GPS 11 IV-LES ETAPES DE LA CAMPAGNE 11 IV-1) LE TRAVAIL DE RECONNAISSANCE 11 IV-2) LA DEFINITION DU BESOIN 11 IV-3) LA PREVISION SATELLITAIRE 16 IV-5) LE LEVER SUR LE TERRAIN 26 IV-6)

2 LE TRAITEMENT DES DONNEES 31 LES FONCTIONS PARTICULIERES 38 V- LE TRAITEMENT EN LOT ( MACRO-COMMANDE ) 38 VI LA COMBINAISON DE FICHIERS. 41 VII LA NAVIGATION 42 VIII L IMPORTATION DE FICHIERS SIG 45 NOTES PERSONNELLES 47 3 IIINNNTTTRRROOODDDUUUCCCTTTIIIOOONNN OObbjjeeccttiiffss Ce Manuel a t r dig dans le but de fournir un support de r f rence lors du suivi d une formation sur le GEOEXPLORER 3 ou 3c. Il pr sente les diff rentes parties abord es lors de la formation et inclut donc notamment des explications sur l utilisation du logiciel Pathfinder Office. Ce Manuel n est pas exhaustif mais fournit les informations n cessaires pour mener bien une collecte de donn es SIG. Ce Manuel comprend : Une description du GEOEXPLORER 3 Une pr sentation g n rale du syst me GPS et des techniques de mesure La cr ation d un projet sous Pathfinder Office incluant la r alisation d un dictionnaire d attributs Le r glage des param tres de configuration du syst me dans le logiciel Pathfinder Office et dans le r cepteur Les techniques d enregistrement de donn es sur le terrain L application de la technique de correction diff rentielle appliqu e en post-traitement dans le logiciel Pathfinder Office L importation et l exportation de donn es SIG LLee rr cceepptteeuurr GGPPSS GGEEOOEEXXPPLLOORREERR 33 Le r cepteur GeoExplorer 3 comprend.

3 Un r cepteur portable pour la collecte et la maintenance de donn es SIG Le logiciel de traitement Pathfinder Office Des accessoires Le GeoExplorer 3 permet de: Naviguer vers les caract ristiques existantes V rifier leurs positions et attributs Modifier la position ou les attributs si n cessaire Collecter de nouvelles caract ristiques 4 Deux versions sont disponibles : le GeoExplorer 3 et le GeoExplorer 3c. Le GeoExplorer 3c ne permet pas : La maintenance du SIG L affichage en temps r el de la carte L utilisation des syst mes g od siques locaux LLee llooggiicciieell PPaatthhffiinnddeerr OOffffiiccee Le logiciel Pathfinder Office est l interface entre votre syst me et un SIG. Il vous permet notamment de r cup rer les donn es acquises et de les exporter vers des outils SIG.

4 5 LLLEEE SSSYYYSSSTTTEEEMMMEEE GGGPPPSSS Le syst me NAVSTAR (Navigation System by Timing and Ranging) GPS (Global Positioning System) est un syst me de positionnement par satellite con u et mis en service par le Department of Defense (DoD). Le GPS fournit des informations de position, de vitesse et de temps avec pr cision et rapidit , n importe o et n importe quand sur ou au voisinage de la Terre. Le d veloppement du syst me a commenc dans les ann es 1970 en vue de remplacer un autre syst me de positionnement, le syst me TRANSIT. Le premier satellite a t lanc en 1978 et le syst me a t d clar pleinement op rationnel fin 1993. Nous sommes aujourd hui la troisi me g n ration de satellites avec 28 satellites en fonctionnement.

5 Dans la mesure o les trajectoires des satellites ne passent pas la verticale des p les, et que la France est situ e dans l h misph re Nord, aucun satellite ne sera visible en direction du nord pour notre pays. III PPPrrriiinnnccciiipppeee dddeee fffooonnnccctttiiiooonnnnnneeemmmeeennnt tt II--11)) LLee ssiiggnnaall ssaatteelllliittee Chaque satellite est muni d un metteur-r cepteur, d horloges atomiques et d quipements annexes servant son fonctionnement ( ex : ordinateurs ). Il g n re un signal ( message de navigation ) qui se propage jusqu au r cepteur GPS. Le message de navigation comprend notamment : Des informations sur les ph m rides du satellite ( l ments Kepleriens de l orbite), sur le satellite lui-m me ( tat), sur les almanachs, sur le temps GPS et sur les coefficients du mod le ionosph rique Des informations qui vont permettre de faire des mesures de distance.

6 II--22)) MMeessuurree ddee llaa ddiissttaannccee ppaarrttiirr dduu ssiiggnnaall ssaatteelllliittee Mesure sur le code La distance r cepteur - satellite est obtenue par la mesure du temps de propagation du signal radio du satellite jusqu au r cepteur. D = o D : distance r cepteur-satellite, c : vitesse de la lumi re, T : temps de propagation 6Si l horloge du r cepteur est pr cise, il reste conna tre le moment o le signal a t mis. La mesure sur le code consiste en une mesure de pseudo distances. La pseudo distance est la distance correspondant au d calage temporel entre une r plique du code satellite g n r par le r cepteur et le code re u du satellite, multipli par la vitesse de la lumi re. Lorsque les missions des codes entre satellite et r cepteur sont synchronis es, ce d calage temporel est la diff rence entre le temps de r ception et le temps d mission.

7 Mesure sur la phase La mesure sur la phase se fait sur les ondes porteuses sinuso dales L1 et L2. L aspect fondamental des mesures sur la phase r side dans l obligation d enregistrer les variations de la phase sur au moins deux r cepteurs observant les m mes satellites (4 au minimum). Le principe de la mesure est la comparaison de la phase du signal g n r par le r cepteur qui est une r plique du signal satellite avec le signal satellite re u. Mesure sur le code Code Satellite Code R cepteur Mesure sur la phase Satellite R cepteur 7 Pour ces deux types de mesure, il est n cessaire d avoir des horloges tr s pr cises, pour la synchronisation du satellite et du r cepteur en particulier.

8 Les satellites sont quip s d horloges atomiques, le r cepteur cale son horloge sur l horloge du signal re u. II--33)) LLaa ttrriillaatt rraattiioonn Trois mesures de distance sont r alis es sur 3 satellites ce qui fournit 2 positions dont une est invraisemblable. Un quatri me satellite est n cessaire pour r soudre les quatre inconnues X,Y,Z,et le temps. Une mesure de position en 3D (XYZ) n cessite donc 4 satellites visibles au minimum. IIIIII PPPaaarrraaammm tttrrreeesss aaaffffffeeeccctttaaannnttt lllaaa ppprrr ccciiisssiiiooonnn dddeeesss mmmeeesssuuurrreeesss Remarque pr alable : Le SA ( Selective Availability), un brouillage impos par le gouvernement am ricain sur les horloges embarqu es et les ph m rides radiodiffus es n est plus op rationnel depuis le 01 mai 2000.

9 IIII--11)) EErrrreeuurrss llii eess aauu ssyysstt mmee La propagation dans les diff rentes couches atmosph riques : l ionosph re et la troposph re. Les effets de cette propagation sur le signal sont d autant plus dommageables que le satellite est bas sur l horizon. Pour corriger cette erreur, on met en place un masque d l vation de sorte que les satellites en de d un angle de 15 par rapport l horizontale (valeur par d faut) ne seront pas pris en compte. 20,000 Km km 19,000km 21,000km La trilat ration Le masque d l vation 15 8La position du satellite par rapport au masque d l vation ainsi que le SNR, rapport signal sur bruit qui traduit la qualit de la r ception du signal GPS par rapport au bruit environnant, sont les crit res de s lection d un satellite.

10 Le SNR doit avoir une valeur lev e, comprise entre 10 et 25, le masque du SNR est fix 6. Les erreurs d horloge : Les horloges atomiques ont malgr tout une pr cision limit e. Les erreurs d ph m rides : Il arrive que le satellite sorte de sa trajectoire pr d finie ce qui limite la pr cision des orbites radiodiffus es. Pour corriger cette erreur, cinq stations de r f rence r parties au sol (Colorado Springs, Diego Garcia, Ascension Island, Kwajalein et Hawaii) observent la position r elle des satellites et recalculent leur trajectoire. IIII--22)) EErrrreeuurrss llii eess ll eennvviirroonnnneemmeenntt Le multi-trajet : Il s agit d un ph nom ne constat lorsque le signal issu du satellite arrive au r cepteur apr s avoir suivi un autre chemin que le chemin direct, en particulier apr s r flexion sur des obstacles proches.