Par Markus Brandl, Xiaoming Chen, Herbert Landau, Carlos Rodriguez-Solano et Ulrich Weinbach

Cet article met à jour une fonctionnalité de juillet 2012 dans GPS World, « Real-Time Extended GNSS Positioning: A New Generation of Centimeter-Accurate Networks. »

Le service de correction Trimble CenterPoint RTX, permettant un positionnement absolu au niveau centimétrique dans le monde entier sans infrastructure de station de référence RTK, est désormais disponible pour de nombreux utilisateurs, y compris les intégrateurs d’équipements professionnels de haute précision et de produits de consommation tels que dans le secteur automobile. L’accès est assuré via une bibliothèque logicielle compatible avec tout appareil GNSS. Les corrections contiennent désormais des informations détaillées sur l’intégrité des applications critiques pour la sécurité.

L’infrastructure RTX est composée d’environ 120 stations de référence RTX réparties dans le monde entier. Les récepteurs de ces stations transmettent des données de mesure à 1 Hz aux centres serveurs RTX, où les données de correction sont calculées. À des fins de redondance, plusieurs serveurs aux États-Unis et en Europe sont exploités. Une architecture à sécurité intégrée évitant tout point de défaillance unique dans la chaîne de traitement a produit une très haute disponibilité des corrections. Aujourd’hui, le système prend en charge les satellites GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou et QZSS. Il s’agit d’un système multifréquence supportant deux fréquences ou plus pour chaque système satellitaire.

Le flux de correction est disponible pour les utilisateurs utilisant des signaux en bande L diffusés via des satellites géostationnaires et des connexions IP. Le flux de données RTX transmis en bande L utilise une bande passante de 600 à 2400 bauds et un format de données hautement compressé avec une résolution de 1 millimètre, avec une latence moyenne de 8 secondes en mode bande L et de 5 secondes en mode IP. Le flux de données est crypté via une norme de cryptage avancée (AES) avec une longueur de clé de 256 bits pour garantir une transmission sûre. L’intégrité de la transmission des données est assurée par un contrôle de redondance cyclique 32 bits joint à chaque message. Le flux de correction RTX fournit des informations sur la position des satellites, l’horloge des satellites, les modèles ionosphériques et troposphériques, ainsi que les biais de code et de phase.

La détermination de l’orbite se fait en temps réel en utilisant une approche dynamique réduite avec des modèles dynamiques et en exploitant la précision des mesures de phase après la fixation de l’ambiguïté. Sur la base des orbites calculées, les horloges satellites sont estimées à 1 Hz, où la fixation d’ambiguïté entière est effectuée pour les différents systèmes de satellites.

Ensuite, un modèle ionosphérique global monocouche est calculé et représenté par des harmoniques sphériques. Il existe actuellement deux zones avec un réseau plus dense que le réseau mondial; celles-ci couvrent l’Europe et les États-Unis continentaux avec plus de 1 000 stations de base. À l’aide de ces stations, des modèles régionaux ionosphériques et troposphériques sont calculés, qui fournissent ensuite une convergence rapide (service RTX-Fast).

Les informations de position et d’horloge du satellite ont une précision centimétrique et permettent au client de calculer un positionnement ponctuel précis (PPP) avec une résolution d’ambiguïté de phase porteuse. Le tableau 1 montre la précision du service.

Une fois les ambiguïtés résolues, la solution de position est précise à quelques centimètres. Le service global RTX-Standard fournit des temps de convergence de 7 minutes à 20 centimètres (cm) d’erreur horizontale (95%) et à 2,5 cm (95%) en 13 minutes, comme le montre la figure 2. Le service RTX-Fast régional (États-Unis, Europe) fournit des temps de convergence inférieurs à une minute avec une précision centimétrique. Le temps de convergence de démarrage est d’environ 13 secondes.

Les précisions spécifiées sont réalisables avec un matériel de positionnement GNSS Trimble précis. Pour l’intégration dans des appareils non Trimble, une bibliothèque logicielle RTX est proposée, qui donne à l’utilisateur un accès en temps réel aux données individuelles du flux de correction RTX. Pour l’utilisation de cette bibliothèque dans des systèmes critiques pour la sécurité tels que les systèmes avancés d’assistance à la conduite (ADAS) ou la conduite semi-automatisée, cette bibliothèque a été certifiée conforme à la norme ASIL-B ISO 26262 et à la norme ASPICE automobile. Cette bibliothèque est disponible pour une intégration facile dans des applications tierces.

En plus de la solution RTX en temps réel, une solution de post-traitement basée sur le Web est disponible gratuitement pour un usage public. Il est possible de télécharger des fichiers Trimble ou RINEX statiques sur le serveur, de post-traiter les données de mesure et de récupérer une position précise dans différentes trames de coordonnées.

L’intégrité du service est surveillée en permanence dans des stations indépendantes des réseaux de suivi RTX en Europe et aux États-Unis. L’intégrité du service est assurée au niveau du domaine des données de correction. La partie surveillance de l’intégrité du système RTX minimise le risque dû à des événements tels que des manœuvres satellites imprévues ou des éphémérides de diffusion erronées; anomalies du signal ou de l’horloge du satellite; tempêtes ionosphériques; ou des problèmes de transmission du flux de correction RTX.

Les stations de surveillance calculent les résidus d’observation de phase (avec fixation de l’ambiguïté) à l’aide des mesures de la station et des corrections RTX reçues. Ces résidus représentent les erreurs réelles des corrections vues par les stations de surveillance en ligne de mire (tableau 1). Les seuils auxquels les corrections sont considérées comme défectueuses sont les suivants : 0,5 m + QI (indicateur de qualité) pour les corrections d’orbite + horloge et les modèles troposphériques régionaux, et 1,0 m + QI pour les modèles ionosphériques régionaux.

La surveillance de l’intégrité comprend deux étapes (Figure 1) : une vérification pré-diffusion, où des corrections potentiellement défectueuses sont détectées et filtrées avant de quitter le serveur informatique, et une vérification post-diffusion, où des erreurs supplémentaires dans le canal de transmission sont détectées et des alarmes sont émises aux utilisateurs.

Les indicateurs d’intégrité et les alarmes sont constamment insérés dans le flux de correction et émis par la bibliothèque client RTX. Les informations d’intégrité informent les clients de la présence d’une surveillance de l’intégrité et fournissent des alertes en temps opportun en cas de correction détectée – violations de l’intégrité des données. Les objectifs de limite de délai d’alerte sont de 17 secondes pour la transmission en bande L et de 13 secondes pour la transmission IP pour le service RTX.

Les corrections RTX incluent des indicateurs de qualité. En particulier, l’indicateur de qualité de l’horloge satellite comprend un indicateur « DoNotUse » pour indiquer les problèmes potentiels avec le satellite donné. Ce drapeau empêche l’utilisation du satellite pour le positionnement lorsqu’il est reçu par l’utilisateur. Les indicateurs de qualité des corrections constituent en effet une première couche d’intégrité. En 2017, la surveillance de l’intégrité avant diffusion a été ajoutée pour servir de deuxième couche. En 2019, avec l’ajout de la surveillance de l’intégrité post-diffusion, une troisième couche d’intégrité a été ajoutée au flux de données de correction RTX.

Le système RTX donne accès à des corrections au niveau centimétrique permettant un positionnement centimétrique sur une base globale. Les services RTX-Fast sont disponibles en Europe et aux États-Unis avec une surveillance de l’intégrité avant et après diffusion en cours de déploiement.

Les auteurs sont des ingénieurs de Trimble Terrasat GmbH, Allemagne.