GPS différentiel RTK

Le Global Positionning System (GPS) est opérationnel depuis 1995. Le maillon principal du système est une constellation de 31 satellites positionnés sur six plans orbitaux tels que tout point de la surface terrestre est couvert à chaque instant par 6 satellites au moins.
Ces satellites émettent sur deux fréquences un signal horaire généré par les horloges atomiques situées à bord. Les satellites émettent également leurs éphémérides (position et vitesse au moment de l’émission ainsi que prévision des positions et des vitesses pour les heures suivantes). Le principe de mesure est voisin de la triangulation. Connaissant l’heure d’émission et l’heure de réception des signaux par un récepteur et en postulant un modèle de vitesse des ondes électromagnétiques entre les satellites et le récepteur, il est possible de calculer la position du récepteur sur la surface terrestre. Ce système permet des mesures de position d’une précision de quelques mètres pour des acquisitions d’une durée de la seconde.
En utilisant les deux fréquences émises par les satellites et pour des durées d’acquisition de 15 minutes environ, cette précision atteint quelques centimètres en traitant les signaux satellites dont les éphémérides ont été affinés après quelques jours par le centre de gestion du système GPS. Ce système utilisant un seul récepteur n’est donc pas adapté à la construction de Modèle Numérique de Terrain.

Un GPS mobile embarqué sur engin (navire bathymétrique, drone hélicoptère) permet de connaître la position instantanée de l’engin, donc sa navigation précise (mode GPS différentiel RTK).

figure2 GPSdifférentiel

Le DGPS (GPS Différentiel, Figure 3.3) est une amélioration des techniques du GPS. Le DGPS utilise deux stations de réception au sol situées à moins de 10 km l’une de l’autre. Une station de référence est fixe et acquiert en continu le signal des satellites. Une station est mobile. On la positionne sur les points à mesurer pendant quelques secondes. Le principe de la mesure postule que les erreurs de positionnement des deux stations sont identiques du fait de leur proximité. De ce fait, la précision du positionnement de la station mobile par rapport à la station fixe est bien meilleure que la précision absolue du GPS et peut atteindre le centimètre. Connaissant la position de la station de référence, il est aisé d’en déduire la position de la station fixe. La position de la station de référence peut être calculée par post-traitement avec une précision centimétrique si la durée d’acquisition dépasse les 15 minutes.
Il est également possible de positionner la station de référence sur un point géodésique.
Le système DGPS peut être servi par un opérateur unique. Il installe la station de référence en un point protégé et arpente la zone à étudier en effectuant un point de mesure à la résolution convenue, en augmentant la résolution sur les surface de fortes courbures et en diminuant la résolution sur les surfaces planes. Cette technique ne permet que difficilement une résolution meilleure que le m2.

Equipement GPS RTK : TOPCON Hiper II et HIPER V.

Caractéristiques :

Récepteurs bi-frequence  20 cannaux L1 et L2, signal L1/L2/C/A and Pcode & carrier phase.

Enregistrement  données brutes dans le recepteur base et mobile.

Transmission radio pour RTK type UHF.

Performances , spécification

Static, rapid static :        H : 3mm + 0.5 ppm     V : 5mm + 0.5 ppm

RTK :                               H : 10mm + 1 ppm      V : 15mm + 1 ppm

 

Contacts :

  • Jérôme Ammann

Documentation technique

Le Scanner Laser Terrestre (TLS) est un instrument permettant d’effectuer des mesures topographiques avec une haute résolution spatiale et une grande précision. En répétant ces mesures, on peut quantifier l’évolution topographique de la zone d’étude.

Le TLS émet un faisceau laser (Infra-Rouge – 1,55 µm) qui se réfléchit sur un point de l’environnement et retourne au TLS. Du temps d’aller-retour du signal, on déduit avec précision la distance entre le point et le TLS.

figureTLS2

Le TLS du laboratoire est un Riegl VZ-400. Il balaie tout l’espace (horizontalement sur 360° et verticalement sur 80°), en mesurant la position de ≈42 000 points/seconde, avec une portée d’environ 400-600m.
voir Documentation technique

Une fois assemblée, cette multitude de points mesurés constitue un «nuage de points» en 3D. La résolution spatiale varie de quelques millimètres à quelques dizaines de centimètres et la précision est de quelques centimètres.

figureTLS3

Le nuage de points 3D doit ensuite être recalé dans un repère géographique grâce à des cibles réfléchissantes dont la position a été mesurée au GPS différentiel.

figureTLS4

Le nuage est interpolé sur une grille régulière pour créer un Modèle Numérique de Terrain (MNT).

Contacts :

  • Christophe Prunier

Sondeur multifaisceaux (SMF)

Le SMF est un système sonar permettant de cartographier les fonds marins avec une haute résolution et précision, sur une large bande de part et d’autre de la route du navire (fauchée d’environ 4 fois la hauteur d’eau).

Il est ainsi possible d’obtenir un modèle numérique de terrain de la zone couverte en un temps relativement court. Par exemple, en Rade de Brest, pour une profondeur moyenne typique de 20 mètres, le sondeur multifaisceaux de l’IUEM permet d’imager une secteur d’1 km² avec une résolution horizontale de 1 mètre en moins de quatre heures si le bateau avance à 4 nœuds.

Le SMF de l’IUEM est un sondeur multifaisceaux « petits fonds » (0 à 200 mètres) SeaBat 8101 du fabricant RESON, qui est mobilisé temporairement sur des navires d’opportunités à l’aide d’une perche amovible ou d’un puits dans la coque.

figureSMF1

Cartographie par sondeur multifaisceaux

Le principe de fonctionnement du SMF est le suivant : il émet une onde acoustique qui va se propager dans la colonne d’eau, se réfléchir sur le fond et retourner au sondeur. En mesurant le temps de retour de l’impulsion et grâce à la connaissance de la célérité (vitesse du son dans l’eau) on obtient la mesure de profondeur.

La géométrie des antennes d’émission et de réception du SMF de l’IUEM permet d’obtenir 101 faisceaux avec une ouverture angulaire transversale et longitudinale de 1.5° par 1.5°, et donc une empreinte de faisceau bien résolue sur le fond de la mer.

Le SMF est utilisé en combinaison avec un système de positionnement GPS centimétrique, une centrale d’attitude permettant de corriger les mouvements du bateau (roulis, tangage et cap), une sonde de célérité et un logiciel d’acquisition facilitant l’intégration et la synchronisation de ces capteurs.

 

figureSMF2

Station de base GPS transmettant les corrections au bateau

Caractéristiques :

Sondeur multifaisceaux RESON SeaBat 8101
Fréquence 240 kHz
Portée 0 à 200 m
Résolution de portée 1.25 cm
Ouvertures angulaires longitudinales et transversales 1.5° x 1.5°
Secteur angulaire couvert par la fauchée 150° (210° opt. 038)
Nombre de faisceaux 101 (141 opt. 038)
Volume de données en petits fonds environ 15 000 000 de sondes par heure
Couverture sur le fond (ouverture utile 120°) 3.5 x profondeur
Dimensions Longueur 266 mm
Diamètre 320 mm
Poids Air 26.8 kg
Eau 4.8 kg
Option 033 Imagerie
Option 035 Carénages avant et arrière
Option 038 Secteur angulaire 210°
Date d’achat Novembre 2007

 

Contacts :

  • Mickael Beauverger
  • Jérôme Amman
  • Christophe Delacourt

 

Moyens en imagerie

micro-onde-ethos

Micro-onde ETHOS-ONE