GPS via antennes terrestres

[Nekama]

Pour les applications militaires, on comprend qu'un Global Positioning System par satelitte est mieux protégé.

Mais pour toutes les applications civiles terrestres, utiliser par exemples des antennes GSM ne serait-il pas plus simple, moins coûteux voire plus précis ?

Pour tout ce qui est maritime, a 30 Mhz, on a une longueur d'onde de 10 m pour une portée de 20.000 km. Une simple triangulation et un signal synchronisé émis à partir de quelques centaines d'antennes ne répondrait-il pas au problème ? Pour le terrestre aussi d'ailleurs.
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[GBo]

Bonjour, la localisation par GPS (il faut dire GNSS de nos jours, car GPS est juste le système américain, le premier du genre, mais depuis il y a aussi GLONASS, Beidou et Galileo etc... qui marchent très bien merci) sera toujours plus précise que les méthodes cellulaires (mon métier) du fait que:

1) c'est fait pour
2) la "triangulation" se fait en 3D
3) l'évaluation des distances pour résoudre la localisation se fait avec une base de temps de précision atomique

La simplicité est une notion subjective, intégrer un chip GNSS de chez u-blox par exemple est à la portée de n'importe quel ingé hardware, et on capte 4 constellations en simultané pour moins de 100 dol (plus on voit de sat, mieux c'est : plus de 4 sat. c'est indispensable, et bien dispersés d'un bon angle).

Par contre sur la robustesse, détrompe-toi, c'est le point faible du GNSS : très facilement jammable et spoofable, c'est pourquoi je préconise (en complément) un système émergeant qui s'appelle STL (service payant). Plus d'info sur https://satelles.com/

[GBo]

Pour donner un idée de la précision très médiocre de la meilleure méthode (OTDoA) utilisant les "antennes-relais" modifiées pour la localisation:

In FCC’s E-911 Phase II regulations for handset based positioning methods, it requires that an UE’s location has to be determined to an accuracy of within 50 meters for 67 percent of emergency calls and 150 meters for 95 percent of calls.
However, in the scenario with PRS interference, the availability of an accuracy of within 150 meters is degraded down to 92%. It is an evident that PRS interference can cause a performance failure. After applying the proposed mitigation methods, the availability of an accuracy of within 150 meters is improved to 96.3%.

https://www.ion.org/publications/abs...rticleID=11215

Et encore, comme dit plus haut, il s'agit là de latitude/longitude, il y a pas de localisation verticale possible, ce qui pose problème quand l'appel d'urgence à localiser est "quelque part" dans un gratte-ciel.

[MissJenny]

quand on utilise un smartphone en guidage auto, la précision du positionnement est meilleure que 50m. Bien sûr le logiciel connaît la position des voies et doit s'en servir pour positionner le smartphone mais tout de même je pense que les chiffres que tu donnes sont pessimistes.

[A voir en vidéo sur Futura]

[GBo]

quand on utilise un smartphone en guidage auto, la précision du positionnement est meilleure que 50m. Bien sûr le logiciel connaît la position des voies et doit s'en servir pour positionner le smartphone mais tout de même je pense que les chiffres que tu donnes sont pessimistes.

Je parle en #3 de la méthode sans GNSS (l'objet de la question de Nekama) pour localiser un "mobile" au sens large vu d'un réseau cellulaire terrestre...
Ton mobile - si c'est un smartphone moderne - a un récepteur GNSS bien sûr.

[stefjm]

et heureusement pour les ballades en zone blanche 3-4-5G!

[Gwinver]

Bonjour.

Pour tout ce qui est maritime, a 30 Mhz, on a une longueur d'onde de 10 m pour une portée de 20.000 km. Une simple triangulation et un signal synchronisé émis à partir de quelques centaines d'antennes ne répondrait-il pas au problème ? Pour le terrestre aussi d'ailleurs.

Il y eu des systèmes de positionnement bien avant le GNSS, et utilisant pas mal de longueurs d'ondes.
On peut citer le système consol, il y avait aussi la posibilité de se positionner en triangulation à partir des émetteurs existants ou dédiés avec la gonio.
Au niveau de l'utilisateur, c'était plus compliqué que ce qu'est le GNSS aujourd'hui.

Le 30 MHz, a effectivement une portée pouvant atteindre 20000 km, mais ce n'est jamais garanti, pas plus que la direction, les ondes courtes jouent parfois des tours. D'ailleurs, à 20000 km il y a deux directions possibles.
Il y a aussi une autre difficulté, il faut une antenne ditective pour identifier une direction, et plus la longueur d'onde est grande et plus la dimension de l'antenne est grande. Typiquement, cela peut atteindre une à deux fois la longueur d'onde, pas très commode avec ça sur le toit d'une voiture pour trouver son chemin.

Au final, le GNSS est bien supérieur, l'investissement est plus fort du côté de l'infrastructure, mais tellement plus simple au niveaud de l'utilisation.

[Nekama]

pas très commode avec ça sur le toit d'une voiture pour trouver son chemin.

Le principe que j'avais en tête était d'écouter des émetteurs synchronisés qui émettraient l'heure à laquelle ils émettent.
En réceptionnant 2 de ces signaux on peut se localiser (à Deux endroits). Et avec 3 on commence à être redondant et augmenter la précision.
Il n'y a pas besoin d'avoir une antenne directionnelle. Par contre, il faut sans doute passer à 300 MHz, oui.

[Gwinver]

En clair, un système GNSS avec des émetteurs fixes au sol.

Des systèmes de ce type ont été utilisés avant le GPS: le DECCA (mesure de phase), LORAN (mesure de temps), Oméga (mesures de temps), VOR, DME, TACAN (ces trois derniers pour l'aéronautique).
Le système Consol déjà mentionné était basé sur des émetteurs diffusant un code différent suivant la direction, il suffisait d'écouter le code de deux stations pour se localiser.
Plusieurs de ces systèmes reposent sur des fréquences basses.
Les systèmes terrestres sont tous tributaires des conditions de propagation qui ne peuvent pas toujours être garanties, contrairement à un système par satellite.
A 300 MHz par exemple il est facile d'être dans une zone d'ombre, ou à l'inverse avoir une propagation exceptionnelle à très longue portée. Ce dernier cas occasionnant des brouillages.

[GBo]

@Nekama: ça s'appelle réinventer la poudre... en moins bien. Un petit survey sur un thème aussi couru et abouti que celui-là devrait s'imposer avant de poster.

[Gwinver]

Bonsoir.

Et la réponse à l'une des queqtions:

Mais pour toutes les applications civiles terrestres, utiliser par exemples des antennes GSM ne serait-il pas plus simple, moins coûteux voire plus précis ?

https://geolocalisation-vehicule.fr/...ation-par-gsm/

[Nekama]

@Nekama: ça s'appelle réinventer la poudre... en moins bien. Un petit survey sur un thème aussi couru et abouti que celui-là devrait s'imposer avant de poster.

Je ne sais pas si "en moins bien" est pertinent à partir du moment où d'un côté on a des systèmes embarqués sur satellites et de l'autre des systèmes terrestres.
C'est peut être moins "cool" pour un ingénieur qui a déjà les chips super bon marché et simple à intégrer à disposition. Mais d'un point de vue physique, je n'ai encore rien lu de convaincant.

Et si je pose la question, c'est justement dans le cadre d'un 'survey'.

Par exemple, j'ai trouvé des liens qui indiquent que justement il n'y a pas d'influence de la vitesse de propagation (mais des réflexions parasites).
Pour la zone d'ombre, il suffit de rajouter une antenne. C'est terrestre. Ce serait "légèrement" moins cher que d'envoyer un satellite dans l'espace.

J'imagine que le gain en précision a été multiplié par 100.
Ou bien alors c'est un exemple de dual use pour rentabiliser.

Mais merci pour les retours.

[Nekama]

https://geolocalisation-vehicule.fr/...ation-par-gsm/

Merci.
Effectivement, la précision n'est pas top du tout, mais en réseau dense.
C'est étonnant.

[GBo]

Je ne sais pas si "en moins bien" est pertinent à partir du moment où d'un côté on a des systèmes embarqués sur satellites et de l'autre des systèmes terrestres.
C'est peut être moins "cool" pour un ingénieur qui a déjà les chips super bon marché et simple à intégrer à disposition. Mais d'un point de vue physique, je n'ai encore rien lu de convaincant.
Et si je pose la question, c'est justement dans le cadre d'un 'survey'.

Tu n'as rien lu de convaincant qui prouve que le GNSS permet une localisation plus précise qu'une méthode à base de réseau cellulaire terrestre ? tu n'as pas bien cherché.
Le GNSS (même de base) permet une localisation plus de dix fois plus précise pour la latitude / longitude que les les méthodes terrestres à base de réseau cellulaire comme le OTDOA déjà cité. Et en ce qui concerne la localisation en altitude, le GNSS est infiniment plus précis vu que les les méthodes terrestres à base de réseau cellulaire en sont incapables.
Ce sont des faits, que je connais de façon professionnelle (je suis ingénieur R&D, architecte télécom pour des réseaux cellulaires dit "mission critique" pour les ferroviaires européens dont la SNCF).

La seule raison pour laquelle la localisation des appels d'urgence en public utilise encore le OTDOA ou autres méthodes terrestres sous-optimales, c'est parce que les signaux GNSS sont mal captés en indoor (ou en urban canyon) par le mobile à localiser, et que tous les téléphones n'en sont pas pourvus:

"E911 Location Accuracy" By David Witkowski, President Wireless Communications Alliance
https://gsacom.com/content/uploads/2...ht_E911_WP.pdf

[MissJenny]

en ce qui concerne la localisation en altitude, le GNSS est infiniment plus précis

pourtant j'avais noté quand je faisais de la randonnée que l'altitude donnée par le GPS était assez mauvaise. Moins bonne que celle donnée par un bon altimètre par exemple.

vu que les les méthodes terrestres à base de réseau cellulaire en sont incapables.

qu'est-ce qui fait que le réseau cellulaire en est incapable?

[GBo]

qu'est-ce qui fait que le réseau cellulaire en est incapable?

C'est parce que les antennes-relais autour d'un mobile sont à peu près à la même altitude sur une zone donnée (en ville sur les toits, en campagne sur des mats). C'est pas fait pour quoi...
Comme dit dans le message #2, le GPS a été inventé POUR la localisation x, y, z d'objets sur la surface terrestre, avec des horloges atomiques embarquées, correction relativistes et tout et tout, c'est un chef-d'oeuvre de l'ingéniosité humaine. Vraiment.
Les réseaux cellulaires terrestres sont également un chef-d'oeuvre (j'y contribue modestement depuis 1994) mais pour les télécommunications mobiles, pas pour la localisation. Le besoin de localisation d'un appel de détresse a été formulé bien plus tard (d'abord aux US avec la FCC, lire le papier de David Witkowski plus haut), ca reste donc du bricolage. Rien que la précision temporelle d'une station de base est insuffisante pour les besoin de la localisation par le réseau, alors qu'elle l'est pour les télécommunications (et déjà impressionante).

[jiherve]

bonjour84,
la précision verticale des GPS est effectivement moins bonne que l'horizontale c'est un peu intrinsèque au principe de mesure mais cela provient aussi en partie du modèle de géoïde utilisé.
le réseau cellulaire n'a pas de composante "verticale" utilisable il est même optimisé pour çà .
JR

[GBo]

bonjour84,
la précision verticale des GPS est effectivement moins bonne que l'horizontale c'est un peu intrinsèque au principe de mesure mais cela provient aussi en partie du modèle de géoïde utilisé.
le réseau cellulaire n'a pas de composante "verticale" utilisable il est même optimisé pour çà .
JR

Tout à fait exact, mais le GNSS reste excellent même pour cet usage, j'avais un facteur 1/2 en tête en précision, ce que confirme cet article:

Most receiver manufacturers do not provide a vertical (altitude/elevation or z-value) accuracy specification. Just as a general observation, the vertical accuracy of GNSS/GPS receivers is typically 1.7 times the horizontal accuracy

Source: https://junipersys.com/support/article/6614

[MissJenny]

C'est parce que les antennes-relais autour d'un mobile sont à peu près à la même altitude sur une zone donnée (en ville sur les toits, en campagne sur des mats).

je ne vois pas ce que ça change. Du moment qu'on a les distances à 3 points, le point cherché est à l'intersection de 3 sphères. De toutes façons 3 points sont toujours coplanaires, donc qu'ils soient à la même altitude ou pas ne devrait rien changer.

[GBo]

Déjà pour le GNSS, c'est 4 satellites en vue directe (et bien dispersés) qu'il faut au minimum pour "fixer" une position en 3D, pas trois satellites.

Mais sinon oui tu as raison, ce que tu dis sur les antenne-relais est logique, je me suis donc sans doute trompé sur les raisons qui font que OTDOA ne cherche pas à déterminer l'altitude, mais de fait il n'y a que x et y dans les équations alors qu'il faut au moins trois base stations pour résoudre x et y, c'est écrit noir sur blanc:
https://www.qualcomm.com/content/dam...gpp_lte_v1.pdf
Je vais me rancarder pour mieux comprendre...

[MissJenny]

peut-être que la précision en altitude est tellement mauvaise (ça effectivement ça peut résulter de la position des relais) qu'il vaut mieux ne pas la donner.

Mais je le répète, pour le GPS l'altitude n'est pas très bonne. Je pense que c'est parce qu'il utilise une représentation simplifiée du géoïde. En tout cas j'avais remarqué que l'écart entre l'altitude donnée par mon récepteur Garmin et celle donnée par la carte IGN était à peu près constant au cours de mes balades.

[Gwinver]

Bonsoir.
Beaucoup de navigateur GPS Garmin de vélo ou de randonnée donnent en fait l'altitude par la mesure de la pression atmosphérique.
Ils affichent souvent "altitude étalonnée" en début de randonnée ou d'enregistrement.

[jiherve]

bonsoir,
les antennes GSM sont conçues pour arroser surtout le sol, leur rayonnement n'est pas isotrope: https://www.google.com/url?sa=t&sour...Uu87c45Nxq4YVR
ensuite l'altitude des cartes dépend beaucoup du pays considéré ,la triangulation n'est pas toujours optimale, mes souvenirs font état d’écarts d'environ 400m suivant les pays, en aéro c'est la différence entre çà passe ou çà casse.
ma montre Sunnto utilise un mode GPS consolidé baro pour fournir une altitude précise (cela tient le mètre) ,si tant est que l'on a renseigné le QFE.
JR

[MissJenny]

L'avantage qu'on peut trouver à un système basé sur des antennes terrestre est que leur position peut être connue parfaitement, alors que la position des satellites est nécessairement connue approximativement.

[GBo]

Oui mais ça ne sert à rien si la précision spatiale n'est pas accompagnée de la précision de la base de temps, car la mesure de la distance se fait avec un chronométrage: c'est l'un de vos points aveugles depuis le début de la discussion. Mettre une horloge atomique au pied de chaque antenne x le nombre d'antennes pour couvrir un pays ? Visibles en vue directe en chaque point du pays ? vous n'y pensez pas...La beauté d'un système GNSS c'est qu'il suffit de sortir pour avoir la vue du ciel : 24 satellites en orbite MEO sur 6 plans orbitaux (ou 30 sat. sur 3 plans, cas de Galileo) suffisent pour qu'on en voit toujours 4 ou plus en Line-of-Sight. Et comme il y a peu de satellites, là on peut se permettre le rubidium redondé ou le cesium. Et la position des sat est remise à jour par ephémérides re-envoyées toutes les 2 ou 3 heures pour éviter l'accumulation d'erreur sur leur coordonnées spatiales. Un chef d'oeuvre vous dis-je.

[GBo]

bonsoir,
les antennes GSM sont conçues pour arroser surtout le sol, leur rayonnement n'est pas isotrope: https://www.google.com/url?sa=t&sour...Uu87c45Nxq4YVR

Encore exact, mais mon raisonnement se faisait sur la localisation des appels d'urgence : si l'appel d'urgence passe, c'est que le lien RF est valable, avec au moins une station de base (mais il en faut plus qu'une ou deux comme on l'a vu).

[MissJenny]

mais peut-être que les stations terrestres pourraient synchroniser leurs horloges en communiquant directement entre elles. Puisque les distances sont connues dans ce cas...

[GBo]

mais peut-être que les stations terrestres pourraient synchroniser leurs horloges en communiquant directement entre elles. Puisque les distances sont connues dans ce cas...

Comme dit plus haut, les stations de base récupèrent déjà une horloge précise pour les télécommunications cellulaires (de l'ordre de la micro seconde en phase, et c'est pas facile à tenir tout le temps déjà...) mais le besoin de localisation avec une précision équivalente au GNSS mettrait la barre beaucoup plus haut en terme de synchro, elle ne pourrait plus venir du réseau avec une seule horloge au cesium par région dont la précision se dilue à force de traverser des noeud. Même motif, même punition...

[Gwinver]

Bonjour.

On pourrait effectivement imaginer de synchroniser les sites terrestres en diffusant une sorte d'horloge de synchronisation, ce qui n'est pas simple car il faut tenir compte des temps de propagation.

Les stations de téléphonie mobile utilisent souvent le GNSS pour caler leurs horloges, ce qui simplifie ce problème.

Côté économie de moyens, le nombre de satellites GNSS est bien plus faible que le nombre de sites de téléphonie mobile. Galiléo utilise 30 satellites. Il faut bien sûr ajouter les 34 stations de contrôle au sol.

[GBo]

Bonjour.
On pourrait effectivement imaginer de synchroniser les sites terrestres en diffusant une sorte d'horloge de synchronisation, ce qui n'est pas simple car il faut tenir compte des temps de propagation.

Tu ne lis décidément pas mes messages.