Qu’est-ce qu’un module GNSS ?
Les modules GNSS sont des modules qui utilisent les signaux émis par les satellites pour acquérir des données telles que des informations de position, etc. GNSS signifie “Global Navigation Satellite System”, un système mondial de positionnement par satellite. GNSS est le nom générique du GPS, du système russe de positionnement par satellite GLONASS et du système européen Galileo, qui sont les systèmes les plus courants pour déterminer les informations de position. En utilisant les signaux envoyés par les différents systèmes satellitaires, il est possible de mesurer les informations de position avec une plus grande précision.
Utilisations des modules GNSS
Les modules GNSS sont utilisés, par exemple, pour mesurer la position, la vitesse et la direction de déplacement d’un véhicule, ou pour obtenir des informations de position pour les fonctions de cartographie des smartphones, etc. Lors du choix d’un module GNSS, la taille et le coût du module ainsi que la taille de traitement des signaux reçus de l’antenne doivent être pris en compte. D’autres facteurs sont à prendre en compte tels que la résistance aux chocs contre les chutes pour les smartphones et les tablettes PC, et la résistance à la chaleur et aux vibrations pour les modules GNSS destinés aux utilisations automobiles.
Principe des modules GNSS
Un module GNSS se compose d’un récepteur, d’un amplificateur à faible bruit et d’un récepteur GNSS. Le principe de fonctionnement est le suivant : les signaux faibles émis par les satellites sont reçus par le récepteur de signaux et amplifiés par un amplificateur à faible bruit. Les signaux amplifiés sont traités par le récepteur GNSS et les informations relatives à la position sont calculées. Ces informations sont ensuite transmises à l’équipement connecté au module GNSS et utilisées dans des utilisations basées sur la position.
Cette section explique comment le GNSS calcule les informations de position. Les informations sur la position et l’heure des satellites envoyées par plusieurs satellites sont reçues par le récepteur de signaux. La distance entre le satellite et le GNSS est déterminée à partir de l’heure de réception du signal, de l’heure de transmission du signal et de la vitesse de déplacement du signal, ce qui est fait à partir de plusieurs signaux. D’autre part, les signaux envoyés par les satellites sont faibles et peuvent ne pas atteindre le récepteur s’il y a des obstructions, ou peuvent être bruités en raison de l’influence de l’environnement de réception, ce qui rend impossible la détermination d’informations précises sur la position. C’est pourquoi il existe également des produits qui mettent en œuvre un traitement avancé des signaux pour déterminer des informations de position précises.
Principales sources d’erreur dans les modules GNSS
Bien que les modules GNSS puissent fournir des mesures de position de haute qualité en captant les signaux des satellites, des erreurs peuvent se produire en raison de facteurs tels que l’orbite du satellite, l’horloge du satellite, le retard ionosphérique, le retard troposphérique, le récepteur (antenne) et la propagation par trajets multiples. Les raisons des erreurs causées par chaque facteur sont énumérées ci-dessous.
- Facteur de l’orbite du satellite
Les calculs de positionnement sont effectués en recevant des satellites des données éphémérides (données d’orbite du satellite) et des données d’almanach (historique de l’orbite du satellite). Les données éphémérides sont mises à jour toutes les deux heures et les données almanachs tous les six jours. Par conséquent, pendant les périodes où les données d’éphéméride et d’almanach ne sont pas mises à jour, il est nécessaire d’estimer la position sur la base des données les plus récentes, ce qui peut entraîner des erreurs.
- Facteur d’horloge du satellite
En plus des éphémérides et des almanachs, les données provenant des satellites comprennent également des informations sur l’horloge du satellite. Il existe un décalage entre le moment où l’information sur l’horloge du satellite est transmise par le satellite et le moment où le récepteur capte le signal.
- Facteur de retard ionosphérique
L’ionosphère est le territoire situé entre 50 km et 1000 km au-dessus de la surface de la Terre, où l’activité solaire provoque des variations dans le type et la densité des gaz. Lorsque les ondes radio des satellites traversent cette ionosphère, il y a un retard dans la vitesse de transmission dû au principe de réfraction de la lumière.
- Facteur de retard troposphérique
La troposphère est le territoire qui existe entre le sol et 11 km d’altitude. Lorsque les ondes radio des satellites traversent la troposphère, comme dans l’ionosphère, il y a un retard dans la vitesse de transmission dû au principe de réfraction de la lumière.
- Facteur récepteur (antenne)
Une fois que les informations du satellite sont reçues par l’antenne, des erreurs sont causées par divers facteurs tels que les retards de câble, de circuit et de radio, la vitesse des opérations de calcul de positionnement et la vitesse d’accès à la mémoire.
- Facteur de multi-trajets
Les trajets multiples font référence aux ondes radio qui rebondissent sur des objets réfléchissants et qui sont plus tardives que les ondes radio directement incidentes. Dans certains cas, l’émission d’ondes radio à trajets multiples par les satellites est plus importante que celle des ondes radio directement incidentes. Dans ce cas, la trajectoire multiple la plus élevée peut être adoptée pour les calculs de positionnement.
Méthodes de positionnement des modules GNSS
Les méthodes de positionnement des modules GNSS peuvent être classées en deux catégories : le positionnement autonome et le positionnement relatif.
Le positionnement autonome utilise un seul récepteur (antenne) pour recevoir les signaux de quatre satellites ou plus afin d’effectuer le positionnement. En raison du facteur d’erreur d’horloge et d’autres facteurs, la limite des mesures effectuées par un seul satellite est de 10m~20m en termes de qualité de positionnement.
Le positionnement relatif effectue un positionnement autonome simultané au point de référence pour lequel des coordonnées précises sont requises et au point à mesurer. Comme les informations provenant de plusieurs récepteurs (antennes) sont utilisées de cette manière, il est possible d’obtenir un positionnement de meilleure qualité qu’avec le positionnement autonome.