Un projet exploitant les systèmes mondiaux de navigation par satellite (GNSS) pour établir le modèle du service de positionnement en temps réel le plus précis au monde doit être exécuté à l'Université de Nottingham.

Le service, à développer au niveau du prototype, profitera aux industries critiques pour la sécurité comme l'aviation et la navigation maritime, ainsi que des applications dépendantes de haute précision telles que les opérations de forage et de production en mer, dragage, construction, l'agriculture et les voitures et drones sans conducteur, Juste pour en nommer quelques-uns.

Le projet TREASURE financé par l'UE, intégrera les signaux des systèmes de navigation par satellite tels que le GPS, lancé par les États-Unis, aux côtés du russe GLONASS, Le chinois BeiDou et le nouveau système européen Galileo.

La combinaison de ces différents systèmes satellitaires pour fonctionner ensemble est un nouveau développement connu sous le nom de multi-GNSS, ce qui est essentiel pour fournir instantanément, positionnement de haute précision partout dans le monde.

Le projet de quatre ans se concentrera sur un service qui portera l'utilisation actuelle du GNSS - normalement basée sur un ou deux systèmes - au niveau supérieur, pour fournir une précision de quelques centimètres en temps réel, ouvrant une multitude de nouvelles possibilités.

Perturbation atmosphérique

L'un des aspects clés de la recherche est d'atténuer les effets de l'atmosphère, notamment liées à la météorologie spatiale, ce qui peut souvent créer des conditions défavorables qui réduisent considérablement la communication par satellite et la précision du positionnement.

Contrôlé par l'interaction du soleil avec le champ magnétique terrestre, l'ionosphère (la couche supérieure de l'atmosphère terrestre) est caractérisée par la présence d'électrons libres, qui interfèrent avec le signal d'un satellite qui le traverse.

Surtout, mais pas seulement lorsque l'activité solaire est élevée, des irrégularités de densité électronique peuvent se former dans l'ionosphère, ce qui peut provoquer une diffraction du signal et conduire à une scintillation - une diffusion du signal satellite qui rend difficile pour un récepteur GNSS de se verrouiller sur le satellite et de calculer sa position.

Cela a un effet particulièrement perturbateur sur la technologie de positionnement, en particulier dans les régions de haute latitude ou équatoriales, comme en Europe du Nord ou au Brésil, respectivement.

De la même manière, la troposphère, une couche inférieure de l'atmosphère, interfère également avec les signaux. La présence de vapeur d'eau dans cette partie neutre de l'atmosphère peut créer un effet perturbateur supplémentaire sur les signaux satellites, affectant ainsi également la précision du GNSS.

Corriger toutes les erreurs intermédiaires

Le projet vise à développer de nouveaux modèles d'erreur, des algorithmes de positionnement et des techniques d'assimilation de données à surveiller, prédire et corriger non seulement les effets de l'atmosphère mais aussi la dégradation du signal due aux sources d'interférences d'origine humaine, ce qui peut également limiter la précision de positionnement.

Des techniques de traitement du signal - adaptées aux caractéristiques des signaux perturbateurs - seront utilisées pour améliorer la qualité des mesures et, à terme, générer des solutions de positionnement fiables.

De plus, Les chercheurs de TREASURE développeront également de nouveaux produits d'horloge et d'orbite précis multi-GNSS en temps réel, spécifiquement pour une utilisation avec le nouveau système Galileo.

Vaste potentiel industriel pour un service multi-GNSS précis

Tous ces problèmes présentent des risques importants pour les nombreux secteurs publics et industriels qui dépendent désormais du GNSS ou visent à l'utiliser pour surmonter des défis humanitaires croissants tels que la production alimentaire ou énergétique.

Chef de projet, Dr Marcio Aquino, du Nottingham Geospatial Institute a déclaré :« Un service multi-GNSS hautement précis pourrait, par exemple, assister les applications terrestres exigeantes comme l'agriculture de précision, donner aux agriculteurs un accès à la collecte et à l'analyse de données localisées avec précision en temps réel pour maximiser la production alimentaire, réduire les coûts et minimiser l'utilisation de pesticides."

« De l'autre côté du spectre, une plate-forme de forage en eau profonde qui subit une dégradation temporaire de la précision de positionnement pourrait entraîner des pertes phénoménales au moment même où, en raison du climat actuel de production de pétrole, les entreprises s'efforcent d'accroître leur efficacité opérationnelle. Cette industrie bénéficierait également d'un service multi-GNSS aussi précis."

L'importance de Galilée

D'ici 2020, Galilée, le système GNSS européen (EGNSS) sera pleinement opérationnel et fournira des données de positionnement d'une précision sans précédent. Galilée rivalisera mais, de manière cruciale, sera également interopérable avec le GPS, qui a été le précurseur de tous les systèmes GNSS, dominant le marché depuis plus de 20 ans.

Selon le Dr Aquino :« Le développement d'EGNSS et son intégration avec d'autres systèmes satellitaires sont essentiels pour la compétitivité de l'Europe sur ce marché, d'où l'intérêt de l'UE à financer ce projet."

L'étude se concentrera sur deux techniques GNSS existantes connues sous le nom de PPP (Precise Point Positioning) et NRTK (Network Real Time Kinematic). Les deux utilisent le GPS et le GLONASS, mais pourrait potentiellement répondre aux futures demandes de positionnement de haute précision en temps réel lorsque Galileo sera entièrement intégré, et si TREASURE réussit.

Avantages et limites des PPP et NRTK

La technique NRTK utilise des stations de référence fixes utilisant des récepteurs GNSS de haute qualité à des emplacements de référence soigneusement étudiés pour sécuriser des données de positionnement GNSS précises.

La transmission des corrections des emplacements de référence aux utilisateurs est au cœur de NRTK. L'efficacité de la technique repose sur la corrélation spatiale des erreurs entre l'utilisateur et la référence, qui doit être situé à moins de 20-30 km l'un de l'autre - une distance suffisamment courte pour permettre aux erreurs de signal potentielles de « s'annuler ».

Si les variations atmosphériques entre référence et utilisateur sont fortes, un plus grand nombre de stations de référence peut être nécessaire, rendant la technique moins rentable.

Contrairement à NRTK, PPP ne s'appuie pas sur l'annulation des erreurs entre l'utilisateur et une station de référence connue. L'utilisateur exploite son récepteur indépendamment de l'existence de stations proches dont les coordonnées sont connues.

Ceci est réalisé en intégrant des informations externes dans la solution, sous la forme d'horloges satellites et de produits d'orbite de haute précision dérivés de réseaux mondiaux et disponibles gratuitement ou dans le commerce.

Cependant, la prédiction précise de l'état de l'atmosphère, également crucial pour les PPP, n'est normalement pas disponible à partir de ces réseaux mondiaux – surmonter cette situation est l'un des principaux objectifs de TREASURE.

Créer une masse critique et tester le potentiel du marché

TRÉSOR, financé par le programme-cadre de l'UE pour la recherche et l'innovation Horizon 2020, rassemble quatre grandes universités, un institut de recherche et quatre entreprises européennes de premier plan pour fournir la recherche qui aboutira à la solution EGNSS ultime de haute précision.

L'équipe du projet formera et travaillera aux côtés de 13 boursiers Marie Skłodowska-Curie qui seront désignés comme candidats de haut vol pour un futur emploi dans l'industrie GNSS en plein essor ou comme chercheurs spécialisés.

Les boursiers construiront un prototype d'outil pour répondre aux différents besoins PPP et NRTK et testeront l'intérêt commercial qu'il y a à mettre le futur service sur le marché.