Définition et mise en œuvre d’un nouveau service de positionnement précis par GNSS

Definição e implementação de um novo serviço para posicionamento preciso por GNSS

Definition and implementation of a new service for precise GNSS positioning

• Auteur / Autrice : Paulo Sérgio de Oliveira Junior
• Direction : Laurent Morel, João Francisco Galera Monico
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie, astrophysique. Géomatique
• Date : Soutenance le 05/09/2017
• Etablissement(s) : Paris, CNAM en cotutelle avec Universidade estadual paulista (São Paulo, Brésil). Faculdade de Ciências e Tecnologia
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Géomatique et Foncier. Équipe de Géodésie et de Géomatique (Le Mans) - Laboratório de Geodésia Espacial (São Paulo, Brésil)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Géodata Diffusion (Villebon-sur-Yvette, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Régis Mourgues
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniele Barroca Marra Alves, Paul Rebischung
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Félix Perosanz, Marcelo Santos

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résolution de problème -- Informatique

Ionosphère

Troposphère

Temps réel (informatique)

Logiciels -- Développement

GPS

Mots clés libres

PPP temps réel

Ionosphère

Troposphère

Réseau de référence

GNSS

Résolution des ambiguïtés

Tempo real PPP

Ionosfera

Troposfera

Rede de Referência

GNSS

Resolução das ambiguidades

Real time PPP

Ionosphere

Troposphere

Reference Network

GNSS

Ambiguities resolution

Résumé

Le PPP (Precise Point Positioning) est une méthode GNSS (Global Navigation Satellite Systems), basée sur le concept SSR (State Space Representation). Grâce aux améliorations récentes des modèles atmosphériques, le PPP en temps réel (RT-PPP) peut être également amélioré. L'objectif principal de ce travail est d'étudier le RT-PPP et l'infrastructure optimisée en termes de coûts et d'avantages pour réaliser la méthode en utilisant des corrections atmosphériques. Pour cela, différentes configurations d'un réseau GNSS dense et régulier existant en France, le réseau Orphéon, sont utilisées. Ce réseau compte environ 160 sites, propriété de Geodata-Diffusion (Hexagon Geosystems). Dans un premier temps, le mode «PPP-RTK flottant» a été évalué, il correspond au RT-PPP avec des améliorations issues des corrections de réseau, mais avec les ambiguïtés flottantes. Ensuite, des corrections de réseau sont appliquées pour améliorer le mode « PPP-RTK » où les ambiguïtés sont fixées à leurs valeurs entières. Pour le PPP-RTK flottant, une version modifiée du package RTKLib 2.4.3 (beta) est utilisée pour prendre en compte les corrections réseau. Les effets ionosphériques de premier ordre ont été éliminés par la combinaison iono-free et le retard troposphérique zénithal est estimé. Les corrections ont été appliquées en introduisant des paramètres troposphériques a priori contraints. Une modélisation adaptative basée sur les OFCs (Optimal Fitting Coefficients) a été mise en place pour décrire le comportement de la troposphère, en utilisant des estimations des retards troposphériques pour les stations Orphéon. Cette solution permet une communication monodirectionnelle entre le serveur et l'utilisateur. Les gains réalisés sur le temps de convergence pour obtenir un positionnement de 10 centimètres de précision ont été quantifiés statistiquement. La topologie du réseau a été évaluée, en réduisant le nombre de stations de référence (jusqu'à 75%), via une configuration de réseau lâche. Dans la deuxième étape, le PPP-RTK est réalisé grâce au logiciel PPP-Wizard 1.3 et avec les produits temps réel CNES (Centre Nacional de Estudes Spatiales) pour les orbites, les horloges et les biais de phase des satellites. Le RT-IPPP (RT-Integer PPP) est réalisé avec estimation des délais troposphériques et ionosphériques. Les corrections ionosphériques et troposphériques sont introduites en tant que paramètres a priori contraints au PPP-RTK. Pour générer des corrections ionosphériques, il a été mis en place un algorithme d'interpolation à distance inversée (IDW–Inverse Distance Weighting). Les améliorations apportées au positionnement horizontal dues aux corrections atmosphériques SSR externes provenant d’un réseau (dense ou lâche) sont prometteuses et peuvent être utiles pour les applications qui dépendent principalement du positionnement horizontal.

O PPP (Precise Point Positioning) é um método GNSS (Global Navigation Satellite Systems) baseado no conceito SSR (State Space Representation). Graças às melhorias recentes nos modelos atmosféricos, o PPP em tempo real (RT-PPP) também pode ser aprimorado. O objetivo principal deste trabalho é estudar o RT-PPP e a infraestrutura otimizada em termos de custos e benefícios para realizar o método usando correções atmosféricas. Portanto, são utilizadas diferentes configurações de uma rede GNSS densa e regular existente na França, a rede Orphéon. Esta rede tem cerca de 160 estações, sendo propriedade da Geodata-Diffusion (Hexagon Geosystems). Inicialmente, foi avaliado o "float PPP-RTK", que corresponde ao RT-PPP com melhorias resultantes de correções de rede, embora mantendo as ambiguidades como float. Em um segundo momento, as correções de rede são aplicadas para aprimorar o "PPP-RTK", onde ambiguidades são fixadas para seus valores inteiros. Para o float PPP-RTK, uma versão modificada do software RTKLib 2.4.3 (beta) é empregada de modo a levar em consideração as correções de rede. Os efeitos ionosféricos de primeira ordem foram eliminados pela combinação iono-free e o atraso troposférico é estimado. As correções são aplicadas introduzindo parâmetros troposféricos a priori injuncionados. Uma modelagem adaptativa baseada em OFCs (Optimal Fitting Coefficients) foi implementada para descrever o comportamento da troposfera, utilizando estimativas de atraso troposférico para estações da rede Orpheon. Tal solução permite a comunicação unidirecional entre o servidor e o usuário. Os ganhos alcançados no tempo de convergência para acurácia de 10 centímetros foram quantificados estatisticamente. A topologia de rede foi avaliada reduzindo o número de estações de referência (até 75%) usando uma configuração de rede esparsa. Na segunda etapa, o PPP-RTK é realizado usando o software PPP-Wizard 1.3, bem como os produtos para tempo real do CNES (Centre National d’Etudes Spatiales) de órbitas, relógios e biases de fase de satélites. O RT-IPPP (RT-Integer PPP) é realizado com estimativa de atrasos troposféricos e ionosféricos. As correções ionosféricas e troposféricas são introduzidas como parâmetros a priori injuncionados no PPP-RTK. Para gerar correções ionosféricas, foi implementado um algoritmo baseado na ponderação pelo inverso da distância (IDW–Inverse Distance Weighting). As melhorias alcançadas no posicionamento horizontal com o uso das correções SSR externas de uma rede (densa ou esparsa) são promissoras e podem ser úteis para aplicações que dependem principalmente do posicionamento horizontal.

PPP (Precise Point Positioning) is a GNSS (Global Navigation Satellite Systems) method, based on SSR (State Space Representation) concept. Thanks to recent improvements in atmospheric models, Real-time PPP (RT-PPP) can also be improved. The main objective of this work is to study the RT-PPP and the optimized infrastructure in terms of costs and benefits to realize the method using atmospheric corrections. Therefore, different configurations of a dense and regular GNSS network existing in France, the Orpheon network, are used. This network has about 160 sites and is owned by Geodata-Diffusion (Hexagon Geosystems). Initially, ‘float PPP-RTK’ was evaluated, it corresponds to RT-PPP with improvements resulting from network corrections, although with ambiguities kept float. Further on, network corrections are applied to improve “PPP-RTK” where ambiguities are fixed to their integer values. For the float PPP-RTK, a modified version of the RTKLib 2.4.3 (beta) package is used to apply network corrections. First-order ionospheric effects were eliminated by the iono-free combination and zenith tropospheric delay estimated. The corrections were applied by introducing a priori constrained tropospheric parameters. Adaptive modeling based on OFCs (Optimal Fitting Coefficients) has been developed to describe the behavior of the troposphere, using estimates of tropospheric delays for Orpheon stations. This solution allows one-way communication between the server and the user. The gains achieved in convergence time to 10 centimeters accuracy were statistically quantified. Network topology was assessed by reducing the number of reference stations (up to 75%) using a sparse network configuration. In the second step, PPP-RTK is realized using the PPP-Wizard 1.3 software and CNES (Centre National d'Etudes Spatiales) real-time products for orbits, clocks and phase biases of satellites. The RT-IPPP (RT-Integer PPP) is performed with estimation of tropospheric and ionospheric delays. Ionospheric and tropospheric corrections are introduced as a priori parameters constrained in PPP-RTK. To generate ionospheric corrections, it was implemented an Inverse Distance Weighting (IDW) algorithm. Improvements achieved in horizontal positioning due to external SSR corrections from a (dense or sparse) network are promising and may be useful for applications that depend primarily on horizontal positioning.