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Les systèmes de navigation par satellites sont en permanente évolution afin d’accroître l’intégrité, la précision, la disponibilité et la robustesse du service pour les applications civiles et militaires. D’une part, ce fait est dû au lancement des nouveaux systèmes de navigation (ex. Galiléo) et de l’autre, par la modernisation des systèmes déjà existants (ex. GPS et GLONASS).
Cette diversité des systèmes, grâce à un nombre plus élevé des satellites disponibles et une grande variété de signaux, offre des possibilités uniques. En même temps, elle relève un défi d’ingénierie de taille quant à l’utilisation la plus efficace de plusieurs types de systèmes de navigation d’une part et des différents signaux au sein d’un seul système de l’autre (De Mateo, 2002).
La conception des récepteurs hybrides (ex. GPS/Galiléo) pourra considérablement contribuer à résoudre ce problème. Dans ce chapitre, nous prendrons connaissance avec les signaux du système GPS et les signaux du futur système européen Galiléo afin de pouvoir estimer la possibilité de réalisation d’un récepteur hybride GPS/Galiléo.
Principes de la radionavigation
D’après la définition, la navigation, c’est l’art de se rendre à une destination donnée par la détermination de la position. La quête d’exploration et des nouvelles découvertes a toujours poussé les êtres humains plus loin de ses origines dans les endroits encore inconnus qu’ils soient sur terre, sur mer ou dans l’espace.
Le recours aux outils de navigation est devenu une nécessité dont les êtres humains faisaient usage depuis la nuit des temps. Au début, ce furent les astres comme le soleil et les étoiles ou encore les différentes marques sur la surface de la terre; après, c’étaient les objets comme le sextant, la boussole et la montre. De nos jours, la nécessité d’obtenir une position de plus en plus précise dans un délai de temps de plus en plus court à n’importe quel point de la terre ou de l’espace, nous oblige à utiliser des systèmes de navigation de plus en plus sophistiqués comme le système de radionavigation par satellite GPS, par exemple .
Si les horloges des sources ne sont pas parfaitement synchronisées avec l’horloge du récepteur, on a également une erreur sur le calcul du temps de propagation qui se traduit par une erreur sur la distance mesurée . Si l’erreur relative sur les horloges est la même pour chacune des trois sources utilisées, dans ce cas, elle peut être éliminée par les techniques décrites plus loin qui nécessitent obligatoirement l’utilisation d’une quatrième source supplémentaire. Les exemples présentés ci-haut évoquent le principe général du calcul de la position appliqué sur une surface. En réalité, les trois satellites (sources) vont décrire plutôt trois sphères avec deux points d’intersection. Dans les systèmes de positionnement par satellites, les coordonnées des satellites sont calculées par rapport au centre de la terre .
Signaux GPS et leur modernisation
Le système de positionnement GPS était originalement conçu par le Département de la Défense des Etats-Unis dans les années 1970s comme un système de navigation par satellite pour les applications militaires. À partir du début des années 1980s, le plan fédéral sur la radionavigation basé sur la collaboration avec le Département de la Défense et le Département du Transport a transformé ce système en un outil global de positionnement et de navigation (Kamer, 2002).
La constellation GPS se compose de 24 satellites répartis en six plans orbitaux d’un rayon de 26.560 km et une inclinaison de 55 degrés relative au plan équatorial . L’utilisation des deux fréquences porteuses a plusieurs avantages dont le principal est la réduction d’erreur due au délai ionosphérique. Mais malheureusement, cet avantage ne peut être utilisé que pour les applications restreintes (ex. militaires), car le signal civil est transmis sur une seule porteuse L1. Donc, l’incapacité de réduire les erreurs dues au délai ionosphérique, reste présentement, un grand handicap du signal civil utilisé.
Principes de génération des codes-M (militaires)
Le code-M fut conçu pour assurer une plus grande robustesse aux brouilleurs par rapport au signal de précision P utilisé actuellement par l’augmentation de sa puissance transmise sans qu’il interfère avec les codes déjà existants ou les codes qui seront utilisés dans le future. La modulation proposée, appelé BOC (Binary Offset Carrier modulation) utilise une sous-porteuse de 10.23 MHz et une séquence pseudo aléatoire de 5.115 Mbps dont l’ensemble est simplement notée modulation BOC(10,5) (Betz, 1999). Les valeurs des fréquences utilisées sont des multiples de 1.023 MHz. Donc, la notation BOC(n,m) signifie que la sous-porteuse a une fréquence de nx 1.023 MHz et le taux du code pseudo-aléatoire est de m x 1. 023 Mbps. Le nouveau code-M sera utilisé sur les porteuses L1 (1575.42 MHz) et L2 (1227.6 MHz). En même temps, les données de navigation transmises seront sécurisées d’avantage en utilisant les techniques de cryptage de nouvelle génération.
Particularités des signaux GALILEO
Le programme de navigation par satellite GALILÉO est le plus grand projet du genre lancé par la collaboration entre l’Union Européenne et l’agence spatiale européenne, l’ESA (European Space Agency). Déjà en 1994, la Commission Européenne a soulevé la nécessité de contribuer au développement d’un nouveau système de positionnement par satellite nommé GNSS (Global Navigation Satellite System).
Le 26 mars 2002, le Conseil Européen est arrivé à un accord unamme quant au lancement du nouveau programme civil de navigation par satellite Galilée. Ce nouveau système contribuera à accélérer 1 a p opularisation des systèmes de positionnement par satellites dans tous les domaines liés à la navigation et facilitera son adoption comme moyen principal de navigation. La grande précision et l’intégrité des messages vont contribuer également aux opérations de sauvetages en assurant une couverture globale. Avec la disponibilité beaucoup plus grande des signaux Galilée dans les conditions urbaines, le nouveau système de navigation contribuera au développement des autres applications comme le repérage des usagers par les réseaux locaux ou le guidage des mobiles (Flament, 2003).
La constellation Galilée est formée de 27 satellites répartis en trois plans orbitaux avec 9 satellites chacun. Le rayon des orbites est de 29.994 km et l’inclinaison est de 56 degrés. Pour assurer la redondance nécessaire et le remplacement rapide en cas de pannes des satellites, il est prévu l’utilisation d’un satellites upplémentaire dans chacun des trois plans orbitaux pour arriver à une constellation de 30 satellites au total.
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