Global navigation satellite systems

Les différents satellites (GPS, Glonass, Gallileo, Beidou) délivrent des observations codées permettant à un récepteur de ces signaux de calculer sa position et sa vitesse en temps réel dans un référentiel globale le WGS-84.

Le calcul de ces positions est basé sur la mesure du temps de propagation des ondes électromagnétiques, et plus particulièrement sur les différences des phases des ondes porteuses.

Un système GNSS est constitué de sous-systèmes encore dénommés « segments »

• Le segment spatial : l'ensemble des satellites en orbite (20.000km) autour de la terre.
• Le segment de contrôle : les stations de poursuites répartis sur le globe terrestre permettent de calculer les orbites des satellites régulièrement
• Le segment utilisateur : constitué des récepteurs de signaux
• Le segment augmenté : les réseaux permanents locaux permettent de corriger les effets de l'ionosphère, troposphère, erreurs d'orbites et de dérives des horloges (Walcors).

Pour obtenir une précision topographique, le récepteur et son antenne doivent capter les signaux de satellites bien dispersés géométriquement dans le ciel. Il faut un minimum de 4 satellites pour calculer une position, idéalement ce nombre doit être de 6 à 8 pour avoir de la redondance dans les observations. Avec toutes les constellations, on arrive à capter les signaux de plus de 20 satellites en Belgique voire d'avantage. 

Lambert 72

C'est un système de coordonnées défini par l'Institut Géographique National de Belgique afin de produire une représentation cartographique de la Belgique sur une surface plane.

Il existe plusieurs types de projections (Lambert, Mercator, Bonne,...), le Lambert 72 est une représentation conique avec deux parallèles sécants et un méridien d'origine.

Nous ne savons pas en effet aplatir une sphère sur un plan sans déformations.

En Belgique, l'Institut Géographique National a décidé de porter ces dégradations sur les distances pour conserver les bons angles. (cette projection est dite conforme). La raison était qu'à l'époque les mesures angulaires étaient plus précises que les mesures de distance (le réseau géodésique ayant été réalisé par le procédé de triangulation)

Le Lambert 72 a adopté l'élipsoïde de Hayford 1924

Il y avait auparavant le système Lambert 1950 (dont le méridien origine était celui de l'observatoire de Saint-Josse, Bruxelles), de nouvelles observations ont été réalisées (angles et distances) qui après une compensation globale ont conduit au système Lambert 72 (dont le méridien origine a été déplacé par celui de l'Observatoire Royal de Belgique à Uccle).

Comme on change de méridien central de la projection, il y a une modification des coordonnées cartographiques, les coordonnées sont donc différentes entre le Lambert 1950 et Lambert 1972. De plus la formule de conversion n'était plus standard. C'est Joël Van Cranenbroeck qui en modifiant la valeur du méridien origine a permis de retrouver une formulation standardisée.

Avec l'avènement du GPS et puis du GNSS et des réseaux permanents (FLEPOS et WALCORS), les utilisateurs ont constaté des différences allant jusqu'à ±30 cm par rapport aux valeurs des bornes géodésiques. Afin de « gommer » ces différences, une grille de correction en X et Y a été établie et doit être utilisée, rendant à nouveau la transformation des coordonnées (longitude et latitude) non standard et dépendant de la façon dont on interpole les corrections à partir de cette grille dont le maillage est régulier.

Pour pallier ce défaut de standardisation et sous les exigences de la directive INSPIRE Européenne, il a été décidé d'adopter une nouvelle représentation cartographique en Belgique, le Lambert 2008.

La direction de la Géomatique du SPW a décidé que le Lambert 2008 serait donc la projection officielle en acceptant un temps d'adaptation de la part des utilisateurs du Lambert 72. En tout état de cause, avec les bases de données importantes, beaucoup de donneurs d'ordre exigent encore les coordonnées en Lambert 72 à l'avenir ce sera très préjudiciable en terme de pérennité des données et de leur précision. Il est a noté que la conversion entre le Lambert 72 et le Lambert 2008 se réalise à l'aide de l'outil logiciel cConvert.EXE[1] de l'Institut Géographique National de Belgique.

[1] https://www.ngi.be/website/fr/outils-pour-la-transformation-de-coordonnees/

Le réseau WALCORS

(Wallonia Continuously Operating Reference System) est le réseau permanent de stations GNSS de référence couvrant le territoire de la région wallonne, il traite les signaux de constellations GPS, Glonass et Galileo (partiellement) et sera mis-à-jour probablement en 2021-2022 avec l'adjonction de la constellation Beidou (Flepos l'a déjà intégrée).

Les stations GNSS permanentes sont réparties en Wallonie avec une entre-distance de ±20 à 25 km. Les coordonnées des centres de phase des antennes de réception sont déterminées avec une précision de quelques millimètres dans le système de coordonnées Européen ETRS proche de la définition du WGS-84, système de coordonnées où sont repérés les satellites.

Avant l'avènement de ces réseaux, les utilisateurs, pour améliorer la précision de leurs GNSS, travaillaient avec leur propre station de référence.

Grâce au réseau Walcors, nous avons des stations de base GNSS partout en Wallonie.

L'envoi des observations corrigées en temps réel (RTK - Real Time Kinematic) permet un positionnement centimétrique.

L'accès à Walcors se fait à l'aide du protocole NTRIP via internet mobile (3g/4g)

Les récepteurs des signaux GNSS calculent leurs positions et les transmettent au serveur de Walcors , qui calculent une station de base « virtuelle » proche des positions reçues en délivrant les observations corrigées aux mobiles. Ces observations corrigées le sont grâce aux modèles déduits des observations réalisées aux stations permanentes (connues en coordonnées) et des observations calculées (les satellites sont connus en coordonnées). Il s'agit donc bien d'un principe « topographique ». L'objectif est de minimaliser les résidus entre des observations calculées et des observations mesurées par la méthode des Moindres Carrés (fait par l'utilisation de filtres numériques puisque l'on opère en temps réel).