MODÉLISATION DES DÉLAIS IONOSPHÉRIQUES EN VUE DE LA DÉTERMINATION DES AMBIGUÏTÉS DE PHASE GPS

 

La modélisation des erreurs associées au signal GPS est d'une importance capitale pour le positionnement relatif cinématique de précision (±10 cm ou mieux) sur de grandes distances (>20 km). Cette importance vient du fait qu'il faut résoudre les ambiguïtés de phase. Principalement à cause de la réfraction ionosphérique, les algorithmes de résolution des ambiguïtés de phase sont actuellement limités à de petites lignes de base. Il est démontré qu'une connaissance a priori du délai ionosphérique relatif peut définitivement aider ces algorithmes à mieux résoudre les ambiguïtés de phase.

Un modèle permettant la détermination du délai ionosphérique relatif entre un mobile et une station de référence est proposé. Ce modèle utilise l'information du délai ionosphérique relatif obtenu de 2 stations de référence situées de part et d'autre du mobile. En fait, la modélisation consiste à utiliser le délai ionosphérique relatif entre deux stations de référence pour effectuer une interpolation du délai ionosphérique relatif à la position du mobile.

Le modèle proposé est complet puisqu'il rassemble toutes les étapes nécessaires à la modélisation et à l'utilisation du délai ionosphérique relatif. Le module propose une méthode pour déterminer les ambiguïtés de phase aux stations de référence, une méthode pour déterminer et interpoler le délai ionosphérique relatif et enfin une méthode pour utiliser le délai ionosphérique interpolé en vue d'améliorer la résolution des ambiguïtés de phase.

Le modèle doit répondre aux besoins du réseau DGPS-OTF de la Garde côtière canadienne (région des Laurentides). La distance entre les stations de référence est environ 100-150 km, tandis que celle séparant le mobile d'une station de référence peut afteindre 75 km. Les observations de 6 sessions ont été utilisées pour valider I'application du modèle. Toutes les sessions ont été réalisées le long du fleuve St-Laurent en considérant le réseau DGPS-OTF de la Garde côtière canadienne.

L'analyse de la magnitude des délais ionosphériques relatifs des 6 sessions d'observation permet de confirmer que la modélisation du délai ionosphérique relatif est nécessaire pour résoudre avec certitude les ambiguïtés sur des distances supérieures à 40 km. Il est théoriquement fondé que les délais ionosphériques relatifs qui ont une valeur absolue supérieure à 4.2 cm (sur Ll) nuisent à la résolution des ambiguïtés (sur L5). Selon les sessions, 7% à 53% des délais ionosphériques relatifs observés pour des distances supérieures à 40 km avaient une valeur absolue supérieure à 4.2 cm (sur L1).

L'exactitude des délais ionosphériques interpolés a été analysée. Les résultats démontrent que l'exactitude des délais ionosphériques interpolés est suffisante pour améliorer la résolution des ambiguïtés lorsque le navire se trouve dans I'alignement des stations de référence. S'il existe un écart transversal important, l'interpolation peut fonctionner seulement si des conditions favorables sont rencontrées (i.e. un faible gradient horizontal du TEC dans la direction de l'écart transversal). L'exactitude des délais ionosphériques interpolés est à mieux que 4.2 cm dans 95% des cas lorsque le navire se trouve dans I'alignement des stations de référence.

Les délais ionosphériques interpolés ont été utilisés dans un algorithme de positionnement cinématique de précision afin de confirmer I'améIioration de la résolution des ambiguïtés. Le traitement des observations de 2 sessions confirme I'amélioration de la résolution des ambiguïtés avec des taux de succès passant de 77% à 95% (sur 75 km) et de 94% à 98% (sur 47 km) avec l'utilisation des délais ionosphériques interpolés.