Analyse des sources d'erreurs systématiques dans le positionnement précis par GNSS : apport de la constellation Galileo
Auteur / Autrice : | Hanane Ait-Lakbir |
Direction : | Félix Perosanz, Álvaro Santamaría Gómez |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Sciences de la Terre et des Planètes Solides |
Date : | Soutenance le 16/11/2023 |
Etablissement(s) : | Toulouse 3 |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Géosciences Environnement Toulouse (2011-....) |
Jury : | Président / Présidente : Florence Birol |
Examinateurs / Examinatrices : Álvaro Santamaría Gómez, Gilles Métris, Jean-Paul Boy, Joëlle Nicolas, Marianne Metois | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Gilles Métris, Jean-Paul Boy |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
Outre leur utilisation pour la navigation, de nombreux domaines scientifiques comme la géophysique et la géodésie utilisent le positionnement précis par GNSS (Global Navigation Satellite Systems - GNSS) pour mesurer des déplacements à la surface de la Terre avec une précision de l'ordre du millimètre au centimètre. Cependant, de nombreuses sources d'erreurs affectent la précision du positionnement, introduisant ainsi des signatures parasites dans les séries de positions. Les comprendre est donc essentiel pour limiter une interprétation erronée des déplacements des stations GNSS en termes de processus géophysiques. Une étape vers ce but est de caractériser les erreurs systématiques propres à chaque constellation ainsi que les mécanismes impliqués dans la propagation de ces erreurs au positionnement. Cette thèse contribue à la compréhension actuelle de ces erreurs systématiques et des stratégies pour les atténuer. Pour cela, nous comparons les constellations aujourd'hui disponibles, GPS, GLONASS, Galileo et Be Dou, afin de mener une analyse complète de ces erreurs. Nous étudions d'abord l'effet des erreurs de modèles de déplacements dus à la surcharge des marées océaniques (Ocean Tide Loading - OTL) sur les signatures périodiques observées dans les positions GNSS. Puis, nous analysons la contribution de la dynamique orbitale des satellites GNSS à la corrélation du bruit de positionnement. Dans la première partie, nous avons amélioré les estimations des erreurs dans le modèle de déplacement OTL grâce aux observations multi-GNSS, et en développant une nouvelle stratégie d'estimation basée sur l'ajout de paramètres empiriques dans le traitement PPP et le cumul d'équations normales. Cela nous permet de passer outre les erreurs systématiques, liées aux constellations, qui impactent l'estimation des erreurs dues au modèle OTL. En particulier pour les fréquences de marée K1 et K2, on obtient une estimation améliorée de 50 % en utilisant les observations Galileo. Les erreurs subdiurnes dues au modèle OTL produisent également des signaux périodiques à longues périodes, différents en fonction de la constellation. On a identifié des signaux spécifiques à la constellation GPS aux périodes de 13,6 jours et saisonnières. D'autres signaux se propagent à des périodes plus courtes pour Galileo et GLONASS. La seconde partie analyse la contribution des orbites des satellites GNSS au bruit de scintillation (bruit flicker) observé dans le positionnement, sous deux aspects : leur stabilité à long terme et les discontinuités des produits d'orbite. Le bruit flicker ne s'observe qu'avec les produits GPS. En effet, les orbites GPS sont plus enclins à une dérive interannuelle, en comparaison avec les autres constellations GNSS ; ce qui implique une géométrie d'observation variable dans le temps. De plus, deux autres facteurs contribue à l'émergence du bruit flicker dans les positions : la présence d'erreurs d'observation introduisant des biais dépendant de l'élévation des satellites, et les limites des fonctions de pondération des observations GNSS. Ces trois facteurs, présent avec GPS, ouvrent des perspectives quant aux moyens de réduire la corrélation du bruit dans les positions GNSS. Enfin, nous présentons des résultats préliminaires sur une autre source potentielle de bruit coloré, en analysant les discontinuités d'orbites et en utilisant des modèles simplifiés pour déterminer l'effet d'accélérations stochastiques ou de bruit dans la réponse dynamique du satellite. En examinant les erreurs systématiques qui affectent la précision du positionnement multi-GNSS, nous avons obtenu des résultats qui permettent non seulement de mieux observer les processus géophysiques en facilitant leur détection et l'interprétation des déformations géophysiques à partir des positions GNSS, mais aussi d'ouvrir la voie à des travaux futurs afin d'améliorer les traitements des observations GNSS et la modélisation des séries temporelles de positions GNSS.