Le décodage des données du GPS
Le décodage du GPS
Tous les satellites émmetent en même temps sur 2 fréquences L1: 1.575 Ghz et L2: 1.227 Ghz.
Les emmissions sont effectuées toutes les secondes et synchronisé sur l'heure GMT. Toute les horloges de bord des satellites étant au césium (du moins pour la constellation exploitée) il se trouve donc que les messages de tous les satellites sont émis rigoureusement simultanément.
Un traitement élaboré doit être fait depuis le récepteur pour discriminer les signaux des satellites. Le principe de transmission est trés particulier.
La réception est basée sur l'utilisation de correlateur, ils déterminent la qualité de l'"identité" de deux signaux.
Un correllateur fonctionne sur le principe suivant:
On a 2 signaux discret a comparer, disons un signal et sa recopie mais dont on ignore bien évidemment ce dernier point. Dans une première mémoire on place le signal identifié, dans une seconde le signal a identifier, et on réserve une 3eme mémoire de la même taille que les 2 autres pour le calcul.
Un des signaux est décalé dans le temps de la longueur de la mémoire de façon a ce que le premier échantillon de la mémoire principale soit en face du dernier échantillon du signal a comparer.
On fait le produt des 2 valeurs on la somme avec la précédente et ont stocke le résultat dans la première case de la mémoire de travail. On décale le signal a comparé d'un échantillon et ont recommence juqu'a effectuer le balayage complet.
Si a un décalage donné on a correllation entre les deux signaux on aura alors un pic si l'on affiche le contenue de la mémoire de travail sous forme graphique. On sait alors le degrés de corellation avec les signaux et a quel moment il survient.
Pour en revenir au GPS, le récepteur génère une réplique du signal satellite attendue. Le signal reçu est mélangé avec le signal généré par le récepteur. Si le signal du satellite est présent, il sera sortit du bruit par ce mélange (corellation).
Les satellites possèdent des générateurs pseudo-aléatoire (du bruit), ce sont des registres a décalages rebouclés sur eux même selon une équation qui caractérise le générateur, ainsi chaque satellite a sa signature. En mode C/A (civil) le registre a une taille de 1024 bits pour un débit de 1.023Mb/s. Le mode P (militaire) a un débit porté a 10.23Mhz ce qui associé a une période plus longue et un recalage hebdomadaire autorise une précision théorique d'environs 30cm contre 25M pour le C/A.
Le code C/A
Lorsque le récepteur souhaite recevoir le code d'un satellite, il génère la même séquence aléatoire, malheureusement il y a de forte chance que le code ne soit pas détéecté par le corrèlateur car les 2 séquences ne sont pas synchronisées.
Au bout d'1ms le récepteur décale la séquence et recommence, il y a 1024 possibilité donc environs 1 seconde au maximum pour trouvé la synchronisation avec un satellite. S'il ne le trouve pas il passe au suivant il lui faut donc en principe 24s pour faire le tour de la constellation. Si le récepteur a déjas charger les héphémérides a la première mise sous tension ou lors du dernier fonctionnement et qu'il a assez peu bouger depuis il est donc en mesure de prévoir quel sont les satellites visible et par conséquent optimise son choix.
Notre récepteur est synchronisé, il génère le code identique au satellite, en même temps, toutes les 1024 ms, le passage du mot x donne le top qu va permettre la mesure des pseudo-distances. On peut multiplier les chaines de traitements de façon a poursuivre plusieurs satellite en même temps ce qu améliore la précisions.
Attention le terme canal employé dans les publicités désigne souvent ces chaines de traitement et non pas les canaux de réceptions qui peuvent pour un cout plus élevé être eux aussi multiplié.
Le code pseudo aléatoire C/A de chaque satellite est en réalité constitué de 2 générateurs pseudo-aléatoire, ils sont initialisés à 1 et les polynomes générateurs sont connus (code civil), les signaux issus des 2 générateurs sont mélangé, mais le second est décalé de n bits, ce qui définit la signature du satellite, le tout forme toujours u code pseudo-aléatoire.
Le code P
C'est la partie du système qui est chasse gardée puisque réservé au militaire. Le débit est plus important, la génération pseudo-aléatoire identique mise a part que les polynomes ne sont pas connus. La synchronisation se fait aussi par glissement d'une réplique, pour que cela ne prenne pas trop de temps, le code HOW envoyé dans les messages donne une indication sur l'état du générateur P.
L1 et L2 sont utilisées, un recoupement est possible, ce qui en outre permet de mieux corriger les perturbations atomosphérique génant les délais de transmission et donc faussant les pseudo-distances. En mode P cette correction est faite depuis un modèle mathématique.
Les éphémérides:
Le satellite envoie les informations a un débit de 50 b/s, elles sont découpées en cinq sous trame de 30 bits. Chaque sous trame contient le mot de télémesures, le mot de passage du code C/A au code P(HOW). Les 3 premières sous-trames contiennent les informations de corrections relatives au satellites (donnée faussées par le Département Of Défense pour limiter l'accés), les 2 autres les éphémérides moins précise des autres satellites. Il faut 2mn et demi pour transmettre l'ensemble des informations. Les données sont valide pendant 4 heures.
Un allumage a froid (première fois) conduit le récepteur a charger toute les éphémérides des satellites visibles. ensuite il les réactulisera au fur et a mesure. Pour cette raison une première mise sous tension dure généralement prés d'un quart d'heure, un mise sous tension a froid environs 1mn (TTFF Time To First Fix) et a chaud (hors tension depuis peu de temps) trés rapide car les éphémérides sont encore d'actualité.
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