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Auteur(s)
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Gérard BONIN : Ingénieur de l’Institut de Chimie et de Physique industrielles de Lyon ICPI
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Lire l’articleINTRODUCTION
Bien que le système GPS (« Global Positionning System ») ait été essentiellement conçu pour déterminer la position d’un porteur, les caractéristiques du système et la qualité des mesures font que nombre d’applications dépassant le strict domaine de la localisation ont pu être développées.
S’il est illusoire de vouloir dresser une liste exhaustive des catégories d’utilisateurs, on doit souligner que les besoins exprimés ont aiguisé l’imagination des constructeurs de matériels ou les systémiers, assembleurs de sous-ensembles et développeurs de logiciels spécifiques.
Dans le cadre de cet article, on tentera une classification des grands domaines d’application et on insistera sur quelques aspects particuliers ouvrant d’importants débouchés commerciaux.
Cet article fait suite à l’article [TE 6 715] qui décrit le système GPS, en donne l’expression des mesures, étudie les erreurs susceptibles d’affecter ces mesures et les techniques différentielles capables de les réduire et enfin expose les évolutions et les concepts futurs.
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- Version courante de févr. 2014 par Philippe SAINT-MARTIN
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3. Mesures d’attitude et de cap
Des applications destinées à déterminer l’attitude d’un navire pour l’orientation du sonar par exemple, celle d’un avion pour l’orientation d’un appareil de mesure, dans le cas de photogrammétrie, ou celle de véhicules équipés d’engins divers (antennes orientables, canon…) ont utilisé la mesure des paramètres d’attitude (cap, roulis, tangage) par exploitation des signaux GPS.
Ce moyen de mesure, allié à la fourniture de la position du porteur, présente bien des avantages économiques et techniques.
Le principe des mesures d’attitude par GPS est le suivant. En constituant une base rigide d’antennes dont les distances entre les centres de phase sont connues, et en effectuant les mesures de phases, il est possible de déterminer les trois angles, α, β, γ déterminant l’orientation de cette base dans un repère orthonormé.
Bien qu’il soit possible de travailler sur la seule fréquence L 1 [TE 6 715], il est toutefois préférable d’utiliser des récepteurs bifréquence. Dans ce dernier cas, le temps nécessaire au lever d’ambiguité entière des phases sera écourté et la disponibilité de la mesure angulaire plus rapide.
La base doit, au minimum, être composée de trois antennes. Plus la distance séparant les antennes sera grande, plus précise sera la détermination angulaire mais plus la recherche des entiers sera longue. Un compromis est donc nécessaire. Ce compromis est obtenu avec des antennes distantes de 80 cm à 1,20 m pour un temps d’accrochage (temps nécessaire à l’acquisition de signaux exploitables) d’une minute environ avec des récepteurs bifréquence.
Lorsque la base est composée de trois antennes, celles-ci doivent avantageusement former les sommets d’un triangle équilatéral.
Lorsque la base est composée de quatre antennes, celles-ci sont disposées en formant un carré.
La base d’antenne doit être rigidement couplée à la structure du mobile (avion, bateau, véhicule tout terrain). Les trois angles α, β, γ représentent alors respectivement le cap, le roulis et le tangage du porteur.
La précision, en environnement dégagé, peut atteindre 1 à 2 mrad pour la détermination du cap et 3 à 4 mrad pour la détermination du roulis et du tangage à 1 σ (probabilité de 50 %).
La principale limitation actuelle vient des coupures intempestives du signal ou des sauts de cycles...
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