Transcript Reconstruction de paramètres environnementaux à l’aide des GNSS: une opportunité pour les entreprises ? R.

Reconstruction de paramètres
environnementaux à l’aide des GNSS:
une opportunité pour les entreprises ?
R. Warnant
Professeur
Université de Liège
Géodésie et positionnement
par satellites
Chef de section ff.
Institut royal
météorologique
Les applications « classiques » :
De la navigation à la géodésie
De la navigation …
Fin des années 70 : GPS, un système destiné à la
navigation terrestre, maritime et aérienne (militaire)
Niveau de précision volontairement limité (20 à 200 m)
pour les utilisateurs non-militaires
… À la géodésie
A partir des années 80, calcul de positions très
précises en géodésie
1985: 10 cm
2010: quelques mm
Une infinité d’applications
Aujourd’hui, un spectre continu d’applications dont la
précision varie de quelques mm à une dizaine de m
Les applications « exotiques » :
Reconstruction de paramètres environnementaux
Les « erreurs » atmosphériques
L’atmosphère affecte la propagation des signaux GNSS
(principalement modification de la vitesse)
Effet de l’ionosphère
(électrons libres)
 erreur ionosphérique
Effet de l’atmosphère neutre
(vapeur d’eau)
 erreur troposphérique
Les signaux réfléchis
Les signaux réfléchis interfèrent avec le
signal direct
Erreur sur la position
Erreur ou signal ?
Les erreurs atmosphériques dépendent
des propriétés de l’atmosphère
Atmosphère neutre: vapeur d’eau
Ionosphère : électrons libres
Les propriétés des signaux réfléchis
dépendent des propriétés des objets
réfléchissants
Résolution du problème inverse
Si la position de l’utilisateur est connue, il est
possible de reconstruire de l’information sur:
La vapeur d’eau dans l’atmosphère neutre
Les électrons libres dans l’ionosphère
Les propriétés des objets réfléchissants (sol,
océan)
GNSS-R(eflectometry) : le principe
Observation simultanée des signaux directs et réfléchis
A l’aide d’antennes au sol
GNSS-R : le principe
Observation simultanée des signaux directs et réfléchis
A l’aide de satellites en orbite basse
GNSS-R : applications
Surface et hauteur des océans (altimétrie)
Mesure des courants, direction des vents
Hauteur du niveau d’eau d’un barrage
Mesure de l’humidité du sol
Atmosphère neutre
Reconstruction du contenu en vapeur d’eau
de l’atmosphère neutre
Applications:
météorologie (prévision du temps, validation de
modèles météo, …)
climatologie (évolution du climat, …)
Aucun dispositif expérimental particulier n’est
nécessaire
Pas besoin de stations dédiées: on peut utiliser les
stations existantes
Active Geodetic Network (AGN)
Structures locales dans la vapeur d’eau
Développement d’un logiciel permettant de
détecter la présence de structures locales dans
la vapeur d’eau
détection de « zones humides »
Ces zones influencent la précision des positions
GNSS
Ces zones jouent un rôle dans le déclenchement
d’orages
Vapeur d’eau: tomographie
Réseaux denses de stations
Reconstruction 3D de la densité de vapeur d’eau
Passage d’une zone de précipitations
Densité de vapeur d’eau en g/m3.
Coupe horizontale à 500 m d’altitude.
0
1
2
3
Précipitation radar en mm/h
4
5
6
Echelle de temps en heure
7
8
Précipitation radar en mm/h
Coupe verticale Est-Ouest
de la densité de vapeur d’eau en g/m3.
0
1
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4
5
6
Echelle de temps en heure
7
8
Ionosphère
Reconstruction du Total Electron Content ou
TEC de l’ionosphère
Le TEC est l’intégrale de la densité d’électrons
libres sur le chemin satellite-récepteur
Total Electron Content
Le TEC peut être reconstruit sur base de mesures
GNSS (pas besoin de stations dédiées)
On exploite le caractère dispersif de l’ionosphère :
les temps de propagation des 2 fréquences dans
l’ionosphère sont différents
TEC est un paramètre clef
Pour la correction de l’erreur ionosphérique
Pour la recherche en physique de l’ionosphère
Monitoring de l’erreur ionosphérique
L’activité solaire peut fortement perturber les GNSS
Eruptions solaires  fortes perturbations dans l’ionosphère
Dégradations extrêmes pour certaines applications à l’insu
des utilisateurs !
Critique pour certaines applications (SoL)
Logiciel RTK
Développement d’un logiciel qui « reproduit » les
conditions de travail d’un utilisateur du RTK sur le
terrain
Utilisation des stations des l’AGN pour simuler
« station de référence » et « user »
Permet une estimation quantitative de l’effet de
l’ionosphère
 informer les utilisateurs
Ionosphère « calme »
Tempête géomagnétique
sévère
http://swans.meteo.be (en construction)
Total Electron Content et séismologie
Effets (pré- ???) et post-sismiques détectables dans
l’ionosphère
Valeur ajoutée de Galileo
Plus de signaux différents, signaux de meilleure
« qualité »
Meilleure précision pour la reconstruction du contenu
en vapeur d’eau et du TEC
Plus de satellites (combinaison des différents
GNSS)
Meilleure résolution spatio-temporelle
Conclusions
Les GNSS ne sont bien plus que des systèmes de
positionnement : possibilité de reconstruire des
paramètres environnementaux
Les applications scientifiques d’aujourd’hui
donneront naissance aux applications
commerciales de demain
Il existe une expertise dans ce domaine en
Belgique !