UTILISATION DU SYSTÈME GPS POUR LA DÉTERMINATION DE L'ATTITUDE DE SATELLITES À BASSE ALTITUDE

 

Ce projet de recherche a pour objectifs principaux de développer une méthodologie afin de résoudre les ambiguïtés des mesures de phase GPS dans le processus de la détermination des angles d'attitude et d'examiner les limites opérationnelles du système GPS pour la détermination des angles d'attitude de satellites à basse altitude.

Une solution des angles d'attitude en différence triple procure les estimés des angles d'attitude avec suffisamment de précision pour permettre ainsi de résoudre les ambiguïtés de phase en différence double. Une série de tests, lors de cette solution en différence double, confirme les valeurs entières des ambiguïtés avec les paramètres suivants: les valeurs décimales des ambiguïtés estimées, la racine carrée de l'estimé de la variance des mesures de phase, les résiduelles des observations de phase et les estimés des précisions de chaque angle d'attitude.

Les algorithmes développés sont validés à I'aide de données GPS terrestres cinématiques. Les ambiguïtés de phase sont résolues à 100% lorsqu'il y a un changement minimal (plus de 20 secondes entre deux époques, tests terrestres) dans la configuration des satellites GPS. Cette méthode exploite le mouvement du véhicule pour lever les ambiguïtés de phase et n'a pas besoin d'une connaissance a priori des angles d'attitude.

Le satellite de télédétection canadien RADARSAT-1 a été choisi pour analyser la précision des angles d'attitude possible avec l'utilisation de GPS comme senseur d'attitude. Les différents éléments environnementaux de l'espace que RADARSAT-1 rencontre ont été examinés. Ces éléments sont les suivants: les écarts de température, les vibrations sur orbite, les radiations solaires, l'effet Doppler causé par la vitesse à laquelle se déplace un satellite à basse altitude et les interférences radioélectriques possibles avec les antennes GPS.

L'analyse de précision avec RADARSAT-1 a démontré qu'une précision totale des angles d'attitude de 0.45° (avec une probabilité de 95%) est possible avec une configuration d'antennes carrée. Cette précision s'obtient sans l'estimation des paramètres d'horloge des récepteurs, un masque d'élévation de 10° , une séparation entre les antennes d'environ 0.9 m et en considérant une précision des observations de phase de 5 mm.

Cette précision de 0.45° n'est pas suffisante pour les besoins de RADARSAT-1 soit 0.05° (précision totale des angles d'attitude avec une probabilité de 99%). Par contre, la revue des éléments environnementaux de l'espace a conduit à la conclusion qu'il est possible d'obtenir, pour une application spatiale, une précision équivalente à celle obtenue pour une application terrestre avec des longueurs de ligne de base similaires. Le système GPS comme senseur d'attitude pourrait donc être utilisé sur d'autres satellites où la précision requise sur les angles d'attitude est égale ou inférieur à 0.5°.