Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies

1. Banalisation de la géolocalisationet nouvelles technologies Nice – 7 mai 2009

2. Banalisation de la géo localisation et nouvelles technologiesDéroulement • 1ère partie : Quelques rappels pour comprendre le système GPS • 2ème partie : GPS et intégration • 3ème partie : L’évolution des récepteurs GPS OEM en vingt ans vers GALILEO Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

3. Banalisation de la géolocalisationet nouvelles technologies 1ère partie : Quelques rappels pour comprendre le système GPS Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

4. GPS et constellation • Système • 24 satellites orbitant à 20 200 km d’altitude • 6 orbites espacées de 55° • 2 orbites par jour • 4 satellites minimum visibles sur terre Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

5. GPS et signal émis • Signaux codés sur L1 (1575,42Mhz) et L2 (1227,60Mhz) • Signal complexe à large spectre • Addition d'un code pseudo-aléatoire et des données • Signal civil émis sur L1 (code C/A) • Chaque satellite a son propre code C/A • Tous les codes C/A sont synchrones (Horloge atomique) • Par corrélation le récepteur détermine l'instant exact d'émission • Le code C/A peut être dégradé (Select Availability) Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

6. (Navigation Satellite Timing And Ranging) GPS et satellites NAVSTAR Il y a eu jusqu'à présent 3 Blocs de satellites • Bloc I : 11 satellites ente 1978 et 1985. Durée de vie de 5ans Plus aucun satellite en service • Bloc II : 9 satellites ente 1989 et 1990. Durée de vie de 8 ans Plus aucun satellite en service • Bloc IIA : A partir de 1990. Durée de vie de 10 ans.  Peuvent fonctionner en mode dégradé (SA selective availability)  Sont équipés de 2 horloges au césium et 2 horloges au rubidium 13 satellites en service • Bloc IIR : De 1996 à mars 2008. Durée de vie supérieure à 10 ans.  Peuvent communiquer entre satellites 18 satellites en service Celui lancé le 24 mars dernier "IIRM (20)" présente des soucis d'horloge. Le dernier, "IIRM (21)" devait être lancé en août 2009 mais sera donc retardé pour fin 2009, voire début 2010 • Bloc IIF : Initialement à partir de 2009 – Pas avant mi-2010 • Bloc III : A partir de 2014 jusqu’en 2030 • Actuellement, constellation de 32 satellites GPS et 1 satellite GALILEO Giove B en essai Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

7. GPS et visibilité des satellites Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

8. Signal found GPS Data available 30 25 10 Search Receive GPS Data Tracking dBHz GPS et signal • Puissance du signal • 5 fois moins puissant que le bruit thermique • 100 000 fois moins puissant que le signal GSM • Traitement du signal • Acquisition • Recherche du signal des satellites • Réception des données GPS • Localisation (Tracking) • Emission Satellite (22W) = 43dBm • gainde l’antenne TX = + 10dB • Atténuation dans Espace/Atmosphère = - 184dB / -2dB • gain de l’antenne du récepteur = + 3dB • Signal à l’entrée du récepteur  - 130dBm Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

9. GSM900 GPS 1575 GSM 1800 GSM 1900 GPSsignals Power [dBm] Power [dBm] GPS Carrier 1575.4 MHz GPSsignals 0 0 Jammingsignal Caractéristiques du filtre d’entrée du GPS -110 GPS input filter characteristics Frequency [MHz] -110 1525 1550 1575 1600 1625 Frequency [MHz] 0 500 1000 1500 2000 GPS et Immunité aux interférences • Brouillage Hors-Bande • Fréquences différentes de celles du GPS fréquences porteuses • Principales sources sont les systèmes de communication ( GSM, CDMA, WCDMA, WiFi, BT, etc.) • Harmoniques des écrans, contrôleurs, etc. qui peuvent aussi être néfastes • Brouillage dans la bande • Toutes les fréquences proches de celles du GPS (1575Mhz) • Généralement causées par les harmoniques des afficheurs, microcontrôleurs, bus systèmes, etc. Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

10. GPS et Interférences • Bruit thermique du sol –110dBm (2MHz bande passante)  20dB au-dessus du signal GPS reçu • Du bruit additionnel peut influer sur les performances du GPS. • Un bon design Hardware est nécessaire (Eloigner le plus possible la partie RF des circuits logiques, placer des blindages RF quand cela est nécessaire,..) Plan de masse Patch Blindage RF Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

11. GPS et données • Données GPS : Almanach • Données de faible précision sur la position du satellite en orbite • Permet d’accélérer la recherche des satellites • 1 satellite envoie les almanachs de tous les satellites • La transmission de l’ensemble des almanachs prend 12,5 minutes • Validité de plusieurs jours (1 à 10 jours) • Mise à jour quotidienne • Données GPS : Ephéméride • Données de grande précision sur la position du satellite en orbite • Nécessaire pour la navigation précise • Chaque satellite transmet son propre éphéméride • Validité de 2 à 4 heures • Mise à jour chaque heure Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

12. GPS et message de navigation Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

13. GPS et vocabulaire • Time to First Fix (TTFF) • Temps pour obtenir la première position valide après la mise en service du récepteur • Cold Start (29 secondes pour les derniers récepteurs actuels) • Sans batterie de sauvegarde des données • Sans données de référence (éphéméride, almanach, date) • Warm Start (15 secondes pour les derniers récepteurs actuels) • Avec batterie de sauvegarde, récepteur éteint depuis plusieurs heures • Date et almanach connus, éphéméride non valide • Hot Start (1 seconde pour les derniers récepteurs actuels) • Avec batterie de sauvegarde, récepteur éteint depuis moins de deux heures • Date et dernière position connues, éphéméride valide Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

14. Banalisation de la géolocalisationet nouvelles technologies 2ème partie : GPS et intégration Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

15. Type d’antenne : Active ou Passive ? Antenne Active • Antenne Passive + LNA (low noise amplifier) qui compense les pertes dans le câble • Alimentation externe (20mA) • Nécessaire lorsque l’antenne est éloignée du récepteur. • Grande amplification (13…35dB) • Bon gain d’antenne (0dBic+3dBic) • Faible bruit = meilleure performance (cf tension d’alimentation) • Pas d’adaptation d’impédance requise • Nécessite un minimum d’expertise Antenne Passive • Elément rayonnant seul • Pas d’alimentation externe • Longueur câble < 100mm • Faible gain d’antenne (–3dBic +3dBic) • Adaptation 50 Ohm nécessaire • Le bruit peut devenir un problème • Nécessite une bonne expertise pour une adaptation correcte Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

16. L’antenne PATCH • Bon marché • Sensibilité/Gain en corrélation avec la taille • Nécessite un plan de sol • Existe dans de nombreuses tailles et formes • Ces antennes sont directionnelles • Les modèles amplifiés existent aussi. Antenne de 25mmx25mm et plan de masse de 70mmx70mm Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

17. L’antenne Hélicoïdale • Plus chère que l’antenne Patch • Bonne sensibilité • Sensible sur un grand angle (>120°) • Pas de plan de sol nécessaire • Insensible à l’environnement • Se monte indifféremment en externe ou en interne Section rayonnante Balun Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

18. L’antenne TINY • Entre PATCH et Hélicoïdale • Sensible sur un grand angle (>90°) (position verticale non obligatoire) • Polarisation circulaire • Prix intéressant Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

19. L’antenne CHIP • Performance médiocre • Pas chère • Taille très petite • Nécessite un bon plan de sol • sensibilité grandement liée à la taille du plan de sol. • Polarisation linéaire • A-GPS fortement recommandé (pouravoir un TTFF acceptable) Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

20. Banalisation de la géolocalisationet nouvelles technologies 3ème partie : L’évolution des récepteurs GPS OEM en vingt ans Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

21. Récepteur GPS OEM type de 1989 • 1ère carte OEM compatible DGPS • Carte miniature ! (94mmx92mm) • Faible consommation ! (500mA) • Coût modéré ! (340€ actuels) • 6 canaux • Cold Start : 12mn • Hot Start : 5 secondes • Signal de sortie de type NMEA Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

22. Récepteur GPS OEM type de 1994 • Modèle de grande diffusion • Coût faible ! (160€ actuels) • Carte petite ! (90mmx46mm) • Faible consommation ! (250mA) • 6 canaux • Cold Start : 12mn • Hot Start : 5 secondes Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

23. Récepteur GPS OEM type de 1996 Le modèle qui a lancé les Applications GPS « Grand Public » de suivis de flotte et le début de la cartographie numérique • Modèle de très grande diffusion • DGPS • Option DR (Dead Reckoning) disponible (avec ajout d'un "gyrostar" et d'un odomètre) • Coût intéressant (100€ actuels) • Petit format (71mmx41mm) • Format et connectique qui deviennent un standard du commerce. • Consommation raisonnable (180mA) • 6 canaux • Cold Start : 8 mn • Warm Start de 2mn • Hot start : 2 secondes Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

24. 1997 - Naissance de nombreux fabricantsde récepteurs GPS (µBlox – SiRF – etc…) Toujours le même format de cartes OEM ! A partir de l'an 2000, les petits modules GPS apparaissent et font exploser, avec la baisse des prix, le marché de la géolocalisation • Prix en grande baisse (50€ actuels) • A partir de 2000, petits formats (25mmx25mm) • Consommation plus faible (60mA) • Apparition de modules fonctionnant sous les 3,3 volts • 8 canaux • Cold Start : 5 mn • Warm Start de 2mn • Hot Start : 2 secondes Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

25. 2000 – Explosion de la géolocalisation • La cartographie numérique de l'Europe de l'Ouest est enfin proposée à des tarifs raisonnables • Deux compétiteurs majeurs pour la cartographie numérique • Le GPS devient un module à part entière • Les GPS sont des 12 canaux • Le TTFF devient de plus en plus court (<3mn) Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

26. 2005 – La géolocalisation se banalise • Le récepteur est un composant • La consommation est de 30mA sous 3,3V • Les GPS sont des 16 canaux • Son TTFF devient inférieur à 2 mn • La cartographie fait son entrée dans les PDA • Le récepteur GPS est associé à un GSM • L'A-GPS fait son apparition et permet des TTFF inférieurs à 30 secondes. Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

27. Qu'est-ce que l'A-GPS Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

28. AssistNow Offline AssistNow Online Data download @ every startup 1x / 10 days Data retrieval at startup from A-GPS server local memory 10 days offline Usability 2 - 4 hrs Size of downloaded data 1 - 3 kB Up to 70kB (10days) Ephemeris, Time, Almanac, Health Predicted orbits Data type As low as 1 sec As low as 5 sec Achievable TTFF Modes A-GPS : AssistNow Offline et Online Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

29. 2007 – Les récepteurs GPS ont des caractéristiques étonnantes • 50 canaux avec plus d'1 million de corrélateurs • Plus d'1 million de corrélateurs • Sensibilité de -145dBm à -162dBm en mode tracking • Acquisition très rapide pour GPS et SBAS (Satellite Based Augmentation System – WAAS/MSAS/EGNOS/GAGAN) Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

30. 2008 – Amélioration de la géolocalisation grâce à Internet et à la FM • Internet est aussi bien à la maison que dans les systèmes portables. • La cartographie est sur Internet • Le TMC FM (Traffic Message Channel) est largement développé en Europe ainsi que d'autres systèmes via GSM Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

31. 2009 – La géolocalisation est dans la vie de tous les jours au même titre que le GSM • L'A-GPS est banalisé • Le TMC est en passe de se banaliser • Les récepteurs GPS sont dorénavant compatibles GALILEO • L'ensemble Récepteur GPS/GSM/Radio FM/BT/Lecteur MP3 ne représente qu'un composant ! Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER

32. Banalisation de la géolocalisationet nouvelles technologies En conclusion : Le GPS a amené ces 10 dernières années la vulgarisation de la géolocalisation Et maintenant le GPS associé à GALILEO va offrir de nouveaux services et donc de nouveaux métiers et de l'emploi. Banalisation de la géolocalisation et nouvelles technologies – Nice, 7 mai 2009 -Olivier FOURNIER