Supprimer le scintillement des signaux GNSS
La technologie du système mondial de navigation par satellite (GNSS) est profondément ancrée dans notre vie quotidienne. Ces systèmes communiquent en permanence avec nos smartphones, nos traceurs d’activité, nos voitures et nos ordinateurs, nous aidant à trouver des directions et des raccourcis, à localiser le restaurant ou la station-service les plus proches et à prévoir la pluie avec davantage de précision. Une utilisation moins connue de ces systèmes concerne le suivi des mouvements des conteneurs et des colis tout au long de leurs parcours d’expédition. Les réseaux de téléphonie mobile utilisent également le temps GPS pour synchroniser leurs stations de base.
Remédier à ce qui affecte la puissance du signal radio
Alors qu’ils assurent le fonctionnement de notre monde d’une manière dont nous nous rendons parfois à peine compte, les signaux GNSS sont également de plus en plus vulnérables. Les signaux GNSS sont des ondes radio transmises par des satellites qui orbitent autour de la Terre à une altitude de 20 000 km. Le signal transmis est extrêmement faible lorsqu’il atteint la surface de la Terre. Les chercheurs tentent de développer des récepteurs plus sensibles pour capter ces faibles signaux. Financé par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet NAVSCIN a travaillé sur des stratégies améliorées pour atténuer un problème récurrent lié aux signaux GNSS reçus: la scintillation. «Ce phénomène est bien connu de la plupart des gens sous la forme d’un scintillement de la lumière des étoiles lorsqu’elle traverse l’atmosphère. Dans certaines conditions liées à l’activité du Soleil et au champ magnétique de la Terre, les ondes radio traversant l’ionosphère peuvent être fortement perturbées. Des changements à petite échelle dans la densité et la composition du plasma d’électrons libres de la haute atmosphère ionisée provoquent des fluctuations rapides et intenses de l’amplitude et de la phase du signal», explique Adrià Rovira García, coordinatrice du projet. «Pour contourner les effets indésirables de la turbulence ionosphérique, il convient avant tout de comprendre sa nature», ajoute Adrià Rovira García. À cette fin, la chercheuse a effectué une analyse statistique de l’occurrence des scintillations en termes de fréquence, de gravité et de localisation géographique. Les résultats ont permis de définir une procédure de détection de l’impact de la scintillation sur les signaux GNSS, en l’occurrence le traitement de ce que l’on appelle le «glissement de cycle» sur les mesures GNSS. «Détecter et réparer les glissements de cycle est un véritable défi: Leur taille est plutôt petite, environ 20 cm, et ils peuvent apparaître simultanément dans différents satellites», explique Adrià Rovira García.
Des récepteurs GNSS robustes contre la scintillation radioélectrique
Le chercheur a développé une méthodologie améliorée pour évaluer les différents modèles permettant de corriger les effets ionosphériques préjudiciables sur les signaux GNSS. Son principal avantage réside dans l’utilisation de techniques géodésiques et de récepteurs géodésiques standards, librement disponibles, qui échantillonnent les signaux GNSS toutes les secondes. À l’inverse, les récepteurs habituels éliminent les signaux basse fréquence à l’aide de techniques de traitement aveugle du signal qui nécessitent au moins 50 échantillons par seconde. «Convertir n’importe quel récepteur standard en une station de surveillance de la scintillation constitue une avancée majeure qui bouleverse ce que l’on sait actuellement de la scintillation», fait remarquer Adrià Rovira García. Mesurer la façon dont les perturbations ionosphériques affectent le signal GNSS n’est certainement pas une mince affaire. NAVSCIN a démontré qu’une fois les effets de la scintillation réparés ou atténués, la précision du positionnement et de la synchronisation du GNSS s’améliore considérablement. Les résultats du projet ont été communiqués dans 11 articles publiés dans des revues scientifiques à comité de lecture et lors de 5 conférences internationales. «Notre recherche sert de tremplin à l’amélioration des performances de plus de 8 milliards de dispositifs GNSS actuellement en service dans le monde», conclut Adrià Rovira García.
Mots‑clés
NAVSCIN, GNSS, scintillation, récepteur, ionosphère, glissements de cycle, signal
