Système mondial de localisation différentiel (DGPS)

Table des matières


Format du signal

Généralités

Les données de diffusion sont constituées d'un sous-ensemble sélectionné des types de message contenus dans la publication « Recommended Standards for Differential Navstar GPS Service » du Comité spécial no 104 de la RTCM, datée du 3 janvier 1994 et désignée dans la présente norme par « RTCM SC104 (version 2.1.) ». Tous les types de message sélectionnés seront diffusés dans le format de ce document, sauf indication contraire ou modification par une version ultérieure.

Types de message

Les messages des types 3, 5, 6, 7, 9 et 16 de la RTCM SC104 (version 2.1.) seront diffusés dans le service de navigation DGPS. S'il y a lieu, les messages du type 15 (paramètres atmosphériques), actuellement indéfinis, pourront aussi être inclus à une date ultérieure. La performance énoncée du système ne s'applique qu'au matériel utilisateur intégrant tous les types de message susmentionnés. La RTCM SC104 (version 2.1.) exige que le fournisseur de services spécifie plus précisément le contenu de plusieurs types de messages. Une description plus précise est fournie pour les messages des types 3, 5, 7, 9 et 16, avec une description complète de l'utilisation de l'en-tête des messages lorsque l'exploitation s'effectue dans le service de navigation DGPS. Les messages du type 6 sont des messages de remplissage employés seulement lorsque la station de référence n'a aucun autre message à diffuser. Sauf indication contraire, tous les types de message s'appliquent de la façon recommandée dans la RTCM SC104 (version 2.1.). Dans le but de fournir à l'utilisateur un service DGPS nord-américain ininterrompu, des arrangements seront négociés avec les autorités des États-Unis relativement à un service réciproque visant l'information de certains types de messages (p. ex. les messages des types 7 et 16), particulièrement lorsque les stations de référence DGPS adjacentes relèvent de la compétence des États-Unis.

En-tête de message

Le champ de conformité de station (« Station Health Field ») (bits 22-24) apparaît dans l'en-tête de deux mots de tous les messages, y compris les messages de type 9 (9-1 et 9-3). Le tableau 1 donne la signification pertinente des bits de ce champ. Les améliorations de précision de l'UDRE (erreur de distance différentielle de l'utilisateur) ajoutent une valeur substantielle au système. Pour les messages de type 9-3, le facteur d'échelle de l'UDRE est déterminé par le satellite pour lequel la valeur UDRE est la plus élevée. Dans les cas d'état non conforme ou non surveillé, le facteur d'échelle de l'UDRE est égal à l'unité (1).

Tableau 1 - Champ de conformité de station de l'en-tête des messages

Signification pertinente des bits de ce champ incluant les codes et leur indication
CODE INDICATION
111 DIFFUSION NON CONFORME
110 DIFFUSION NON SURVEILLÉE
101 FACTEUR D'ÉCHELLE DE L'UDRE = 0,10
100 FACTEUR D'ÉCHELLE DE L'UDRE = 0,20
011 FACTEUR D'ÉCHELLE DE L'UDRE = 0,30
010 FACTEUR D'ÉCHELLE DE L'UDRE = 0,50
001 FACTEUR D'ÉCHELLE DE L'UDRE = 0,75
000 FACTEUR D'ÉCHELLE DE L'UDRE = 1,00

Messages de type 3

Un message de type 3 contient des renseignements sur l'identité et la position relevée de la station de référence active dans la station DGPS. Deux stations de référence se trouveront à chaque station DGPS (double redondance). à tout moment, l'une sera en ondes et l'autre servira de « relève instantanée ». Lors du changement de la station de référence, les coordonnées de position diffusées dans les messages de type 3 changeront pour refléter la position relevée et l'identité de l'autre station de référence. Les messages de type 3 comprennent les coordonnées du NAD83, car ce système est le seul en Amérique du Nord qui puisse tirer profit de la résolution en centimètres indiquée dans les messages.

Messages de type 5

Les messages de ce type informent le matériel utilisateur qu'un satellite jugé non conforme d'après le message de navigation en vigueur est cependant utilisable pour la navigation DGPS. Pour indiquer cette condition, la station de référence sélectionne la fonction de validation de conformité (« Health Enable Function ») dans les messages de type 5. Par exemple, un satellite dont l'horloge dérive lentement peut ne pas convenir au GPS, mais être à même de s'utiliser pour le DGPS une fois les corrections apportées par la station de référence. Le matériel utilisateur ne doit pas avoir recours à un satellite non conforme, à moins qu'un message du type 5 permettant le recours à un tel satellite n'ait été reçu au cours des 30 minutes précédentes. Si le dernier message de type 5 reçu n'indique pas qu'un satellite non conforme peut être utilisé, on cessera de le faire si tel était le cas auparavant (p. ex. en raison d'un message antérieur de type 5).

Messages de type 7

Un message de type 7 contient de l'information sur la station de diffusion DGPS et sur les deux ou trois stations DGPS adjacentes. Lorsque les stations adjacentes relèvent de la juridiction des états-Unis, des arrangements appropriés seront conclus dans le but de fournir l'information réciproque. Le matériel utilisateur doit mettre à jour ses almanachs internes dès la réception d'information nouvelle. Le contenu des almanachs internes doit être stocké dans une mémoire non volatile. Lorsqu'une diffusion devient non conforme ou non surveillée dans une zone de couverture DGPS, le message de type 7 indique la condition existante. à la réception du message de type 7 suivant, le matériel utilisateur doit immédiatement mettre à jour ses almanachs internes. En outre, lorsqu'une station devient non conforme ou non surveillée, le matériel utilisateur est immédiatement avisé au moyen de l'indicateur de conformité de la station, contenu dans le deuxième mot de l'en-tête de message universel. L'utilisateur doit pouvoir examiner le contenu du message de type 7 en vigueur afin d'obtenir de l'information sur les zones de couverture dans lesquelles il pourrait bientôt pénétrer.

Messages de type 9

En raison des avantages que constituent une plus grande immunité au bruit impulsif, un retard inférieur et le déclenchement opportun des alarmes, les messages de type 9 ont été sélectionnés pour les corrections de pseudo-distance de diffusion, au lieu des messages de type 1. Il existe deux méthodes de transmission des messages de type 9.

Messages de type 9-3

La première méthode de diffusion des corrections de pseudo-distance (PRC) se fonde sur les « messages de type 9 de trois satellites », appelés messages de « type 9-3 ». Selon cette méthode, tous les satellites pour lesquels des corrections sont diffusées sont assignés soit à des messages de type 9 de trois satellites, soit à un message restant d'un ou de deux satellites. Le débit peut être de 100 ou de 200 bit/s. Par exemple, les corrections de pseudo-distance de huit satellites sont fournies par trois messages de type 9, deux avec trois satellites et un avec deux satellites. Les corrections sont diffusées en nombre égal pour chacun des satellites. Afin d'optimiser l'utilisation du facteur d'échelle de l'UDRE dans l'en-tête de message, les satellites sont regroupés en messages d'après leurs valeurs UDRE. Au débit de 200 bit/s, cela correspond à une réduction minimale de 40 % des pertes de messages, par comparaison avec les messages de type 1 diffusés dans des conditions de bruit élevé au même débit binaire. La figure 2 illustre le retard relatif des différents types de messages de PRC. à noter que, les corrections pouvant s'appliquer dès que la parité a été confirmée pour les mots contenant une correction donnée, les retards indiqués à la figure 3 représentent des valeurs maximales. La précision de la PRC est essentiellement fonction du retard correspondant à la correction de vitesse en distance (RRC), étant donné qu'il s'agit de la seule composante PRC pour laquelle l'erreur est fonction du temps. L'erreur de l'expression PRC(to) est fixe au moment de la mesure, et toute erreur résultant de sa propagation est fonction de la précision de RRC. La figure 3 illustre un avantage supplémentaire du message de type 9 : la correspondance des PRC. Lorsque le retard obtenu pour certains satellites s'approche du maximum, celui des autres est très faible, de telle sorte qu'un facteur d'immunité est intégré aux fortes accélérations de pseudo-distance pour un ou plusieurs satellites. Le potentiel de pondération des pseudo-distances en fonction du retard est évident et devrait être avantageux pour l'utilisateur.

Cette méthode de transmission d'un message de type 9 à 100 bit/s et à 200 bit/s servira respectivement pour les zones de couverture standard et améliorée/multiple.

Figure 2 Retards PRC pour les corrections de types 1 et 9-3

Figure 2 - Retards PRC pour les corrections des messages types 1 et 9-3

Figure 3. Retards PRC pour trois messages 9-3

Figure 3 - Retards PRC pour trois messages 9-3

Messages de type 9-1

La deuxième méthode de diffusion des corrections de pseudo-distance consiste à diffuser un message particulier de type 9 pour chaque satellite au débit de 50 bit/s. Un tel message est appelé « message de type 9 de satellite unique » et est désigné dans le présent document par « message de type 9-1 ». Cette technique procure un niveau élevé d'immunité au bruit impulsif, ce qui étend la portée efficace de diffusion. En raison de la longueur des messages de PRC, il serait impossible d'utiliser pour le moment les bas débits, p. ex. 50 bit/s, ce qui pourrait empêcher de satisfaire à l'exigence de temps d'alarme. Les corrections sont diffusées en nombre égal pour tous les satellites, quelles que soient leurs vitesses ou leurs accélérations en pseudo-distance.

Tableau 2 - Paramètres de diffusion de messages PRC

Paramètres de diffusion de messages PRC
Méthode Type de message   Débits binaire Débit
1a TYPE 9-3 200 bps 200 bps
1b TYPE 9-3 100 bps 100 bps
2* TYPE 9-1 50 bps 50 bps

Note

* Pourrait être utilisée si les États-Unis abandonnaient la SA en permanence.

Le tableau 2 présente un résumé des méthodes susmentionnées de transmission de messages de type 9.

Comme chaque message de type 9 renferme les corrections les plus récentes possible, les corrections contenues dans chacun des messages de type 9 sont calculées à des moments différents (c. à d. aussi près que possible du moment de diffusion). Le matériel utilisateur peut mélanger des corrections dont le calcul diffère d'un maximum de 30 secondes, de sorte que la station de référence doit utiliser une source de fréquence extrêmement stable, d'une précision de 1 x 10-11 (variance Allan de 30 secondes). L'utilisation d'une fréquence de référence extrêmement stable et d'une horloge à commande précise offre l'avantage supplémentaire de permettre les corrections pour chaque satellite, dès leur réception et tant qu'est confirmée la parité des deux mots pouvant contenir une correction donnée. Cette fonction doit être intégrée aux messages de type 9 de tout le matériel utilisateur. Règle générale, l'horloge de la station de référence se situe en deçà de 100 ns par rapport au temps GPS. La stabilité de l'horloge est beaucoup plus importante que la précision absolue du temps, car les PRC sont produites relativement les unes aux autres pour une station de référence donnée.

Plus courts et caractérisés par une plus grande fréquence des préambules, les messages de type 9 procurent une performance considérablement améliorée d'immunité au bruit impulsif, par comparaison aux messages de type 1. La fréquence supérieure des préambules permet une resynchronisation beaucoup plus rapide, surtout durant les périodes de bruit élevé. Comme il a été indiqué précédemment, même dans les conditions de faible bruit, les messages de type 9-3 donnent des retards inférieurs aux messages de type 1, ce qui les rend avantageux aux bas débits binaires, ainsi que dans les environnements à bruit élevé. Cette caractéristique est particulièrement utile du fait que l'augmentation de l'erreur de position résultant d'un retard est non linéaire.

Si un satellite devient soudainement non conforme alors qu'il est utilisé par une station de référence donnée, PRC(to) et RRC prennent les valeurs prédéterminées spécifiées dans la RTCM SC104 (version 2.1) pour désigner cette condition.

Messages de type 16

Les messages de type 16 seront utilisés pour compléter au moment nécessaire les avis aux navigateurs afin de fournir de l'information sur l'état du service DGPS local non fournie dans les autres types de messages. De plus, ils peuvent procurer de l'information limitée sur les pannes de service dans les zones de couverture adjacentes ou sur les interruptions planifiées pour des travaux de maintenance à n'importe quel emplacement de diffusion. Afin de maintenir la charge de la liaison de données à son minimum, les messages de type 16 contiendront seulement l'information du système qui est cruciale pour la sécurité de la navigation. Aucune diffusion d'un message de type 16 ne dépassera 4,8 secondes. À 200 bit/s, cette durée correspond à 32 mots, soit un maximum de 90 caractères une fois qu'il a été tenu compte de l'en-tête du message. Les messages de type 16 ne sont pas destinés à remplacer les avis aux navigateurs, même s'ils ont trait à l'information DGPS. Ils serviront à avertir l'utilisateur d'une interruption de service pour laquelle une diffusion dans une zone de couverture adjacente peut indiquer l'état non conforme, non surveillé ou non disponible. Cette information serait utile au navigateur qui projette de traverser une zone touchée ou dont le matériel, dans les conditions existantes, est incapable d'effectuer une sélection automatique à partir des almanachs des radiophares. Le message de type 7 peut, à des fins de planification, donner des détails supplémentaires sur une interruption de service.

La capacité d'information des navigateurs quant aux zones de couverture adjacentes dans le message de type 16 n'est pas encore mise en œuvre. Elle sera parfaitement opérationnelle lorsque la capacité intégrale du réseau sera mise en œuvre (voir également la section « Mode de défaillance par défaut du système DGPS »).

Horaire de diffusion des messages

Le flot des données courantes comprend principalement des messages de type 3, 7 et 9, et la diffusion des messages de type 5, 6 et 16 ne s'effectue qu'à titre exceptionnel. Avec la venue des récepteurs de poursuite continue, les messages de type 2 ne sont plus nécessaires, et leur utilisation ne ferait qu'augmenter le retard des diffusions. Pour chaque nouvelle transmission de données (IOD), il y aura un retard de 90 secondes avant que les corrections de pseudo-distance de diffusion soient calculées pour la nouvelle IOD. Ce retard devrait s'avérer plus qu'adéquat pour un récepteur DGPS à poursuite continue, étant donné qu'il permettra de lire instantanément les messages de navigation à mesure qu'ils seront diffusés par chaque satellite. Tout blocage à court terme d'un satellite à l'IOD, par exemple au moment du passage sous un pont, sera compensé par le retard de 90 secondes. Cette méthode de traitement des nouvelles IOD exige que le matériel utilisateur stocke à la fois la nouvelle et l'ancienne IOD pour la période visée. Les messages de types 3, 5, 7, 15 et 16 ne seront pas diffusés à moins de 90 secondes l'un de l'autre, quelles que soient les circonstances.

  1. Message de type 3 - Un message de type 3 sera diffusé à la 15e et à la 45e minutes de chaque heure.
  2. Message de type 5 - Si un satellite non conforme est jugé utilisable pour le DGPS, un message de type 5 sera diffusé 5 minutes après l'heure et toutes les 15 minutes par la suite. Si un satellite non conforme jugé utilisable est par la suite considéré inutilisable, la station de référence arrêtera de diffuser des corrections pour le satellite en question.
  3. Message de type 7 - Un message de type 7 ordinaire sera diffusé à des intervalles de 10 minutes débutant 7 minutes après l'heure. Des messages de type 7 spéciaux seront diffusés dès que possible, sous réserve des autres contraintes liées à l'horaire de diffusion, dans le cas de changements d'état d'un radiophare dans les almanachs. Cela aidera le matériel utilisateur à choisir le radiophare approprié.
  4. Message de type 9 - Un message de type 9 sera utilisé pour diffuser les corrections visant seulement les satellites situés à un angle de site de 7,5 degrés ou plus. La couverture GPS officielle repose sur des angles de site de 10 degrés ou plus. Les satellites situés à des angles de site inférieurs à 7,5 degrés sont touchés négativement par la décorrélation spatiale, par les trajets multiples et par le temps de traitement minimal entre l'acquisition et l'utilisation effective. Le niveau de 7,5 degrés est identique à celui recommandé par le Comité spécial 159 de la RTCA. Des corrections seront diffusées pour tous les satellites visibles au-dessus de l'angle de masquage. Les utilisateurs du système de localisation qui sont intéressés à obtenir le plus haut degré de précision possible doivent avoir recours à un angle de masquage supérieur de manière à éviter les effets atmosphériques plus grands associés aux satellites à faible angle de site. Lorsqu'une station de référence perd un satellite, elle diffuse une indication vers le matériel utilisateur afin que les corrections relatives à ce satellite ne soient plus appliquées au système de navigation (voir détails dans la section « Intégrité du système »).
  5. Message de type 16 - Les messages de ce type seront diffusés selon les besoins, mais dans des limites très strictes. L'intervalle entre les messages successifs de type 16 sera d'au moins 3 minutes.
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