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Les pannes des systèmes de positionnement par satellites - Par : René Jr Landry, Do Alexis Sanou,

Les pannes des systèmes de positionnement par satellites


René Jr Landry
René Jr Landry Profil de l'auteur(e)
René Jr Landry est professeur au Département de génie électrique à l’ÉTS et directeur du laboratoire LASSENA. Son expertise porte sur les systèmes embarqués, la navigation et l’avionique.
Programme : Génie électrique 

Do Alexis Sanou
Do Alexis Sanou Profil de l'auteur(e)
Do Alexis Sanou a obtenu un diplôme de maîtrise à l'École de technologie supérieure (ÉTS) à Montréal. Sa thèse portait sur la réduction des interférences et de la propagation par trajets multiples des récepteurs GNSS.
Programme : Génie électrique 

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satellitesLes récepteurs des systèmes de positionnement par satellite (GNSS) sont intégrés dans de nombreuses applications; ils font de plus en plus partie de nos habitudes de vie. Chaque année, l’ensemble du marché des produits et services GNSS augmente à un taux annuel d’environ 25 % [1]. Certains spécialistes s’attendent à ce qu’en l’an 2020 [2], plus d’un milliard de récepteurs de satellites de navigation soient en utilisation, entraînés par la croissance économique des pays émergents. Certains facteurs facilitent l’évolution des applications GNSS : les récepteurs de plus en plus puissants, petits, moins chers et faciles à manipuler, les économies en croissance des pays émergents, etc. En outre, ces systèmes ont un grand effet sur le développement de ces pays.

Nous verrons dans cet article l’influence des applications GNSS sur nos vies, par l’intermédiaire d’infrastructures jugées critiques. Cette enquête révélera à quel point notre société est de plus en plus dépendante des applications GNSS. Un des problèmes des systèmes GNSS concerne leur fiabilité. Ces systèmes ne peuvent pas fonctionner sans faille. Nous allons mettre en évidence les principales sources d’interférence des spectres SATCOM et GNSS, l’effet des pannes et leurs conséquences. Enfin, nous passerons en revue les techniques d’atténuation actuelles et nouvelles pouvant résoudre les problèmes de brouillage de ces spectres.

Importance des applications GNSS

Les applications utilisant les GNSS couvrent un large éventail de secteurs, y compris tout type de transport (routier, aérien, maritime et ferroviaire), la production et la distribution d’énergie, les technologies de pointe (synchronisation, enquête scientifique, observation de la terre, synchronisation de réseau), la sécurité de la vie (surveillance, défense, services d’urgence et basés sur la localisation) et même les réseaux sociaux et les loisirs, comme le montre la figure 1. La technologie GNSS est importante dans la prévision en temps réel de situations critiques réelles ou possibles et des catastrophes naturelles. De plus, les applications GNSS sont liées à tous les aspects de la sécurité humaine dans notre société.

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Figure 1 Principales catégories des applications GNSS

GNSS et les applications critiques

Dans la société, une infrastructure critique est un endroit où l’on retrouve des équipements et des systèmes dont les applications de fonctions critiques servent à répondre aux besoins sociaux de base et à assurer la sécurité publique. Les infrastructures critiques sont essentielles à la sécurité, à l’économie et à la survie du pays. Il existe 8 catégories d’infrastructures critiques [5] qui comprennent les secteurs énumérés à la figure 2.

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Figure 2 Infrastructures sociales critiques

Nous pouvons résumer l’influence des GNSS sur les services et activités et le niveau minimal de performance nécessaire à leur fonctionnement. Après examen, les principales applications GNSS peuvent être classées en différentes catégories de « criticité » [3] : les applications de sécurité de la vie et les applications de mission.

Par définition, les applications de sécurité de la vie sont celles dont les défaillances ou les erreurs peuvent directement causer des dommages, des blessures ou la mort : l’aviation, le transport ferroviaire, le transport maritime, la gestion de secours (ambulance, pompiers, police, recherche et sauvetage), la surveillance de la circulation, la protection personnelle, etc. Fondamentalement, ces applications sont vitales à la santé et à l’intégrité physique. Leurs principales caractéristiques sont les suivantes : ils doivent être exempts d’erreurs (haute fiabilité) en toutes circonstances. Ils doivent également offrir une haute accessibilité et une haute continuité. À la fin, en raison de leur criticité, les dispositifs destinés aux applications de sécurité de la vie doivent obligatoirement être certifiés.

Les applications de mission sont celles dont les défaillances ou les erreurs peuvent affecter indirectement l’intégrité physique ou la santé, en provoquant la destruction de systèmes, des dommages matériels externes au système, ou des dommages environnementaux. Ces applications sont jugées essentielles à la réussite commerciale ou à la survie d’une organisation. Ils doivent être très précis, très fiables et hautement accessibles. Ils regroupent les industries telles que : le pétrole et le gaz, l’exploitation minière, l’environnement, l’espace, la construction civile, les pêcheries, les mesures de précision, l’agriculture de précision, la prévision, la géodésie, la synchronisation, la gestion de flotte, l’ingénierie, la commande de véhicules et la robotique. Ces types de services nécessitent des récepteurs GNSS de haute précision, exactitude et fiabilité pour bien fonctionner.

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Figure 3 En 1984, le Dryden Flight Research Facility de la NASA (redevenu un centre à part entière, après 1994) et la Federal Aviation Administration (FAA) ont fait équipe dans une expérience de vol unique, nommée Controlled Impact Demonstration (CID) ; il s’agissait de tests de collision sur un Boeing 720, utilisant un combustible standard avec un additif conçu pour maîtriser un incendie

La technologie GNSS peut être liée à de nombreux types d’accidents. Les GNSS peuvent être une cause de distraction au volant. Par exemple, les appareils GPS étant faillibles, certaines erreurs peuvent mener à des informations périmées ou inexactes, affectant le guidage et la navigation automobile. En raison de ces facteurs, les dispositifs GNSS peuvent augmenter le risque d’accident et mener à l’inattention dans les fonctions de conduite. Par exemple, on estime que les unités GPS ont été la cause de 300 000 accidents de voiture au Royaume-Uni seulement, en 2008 [4]. Par ailleurs, des centaines de milliers d’avions civils dépendent des dispositifs GNSS. Les applications GNSS peuvent être classées comme critiques à la mission ou à la sécurité, comme l’indique la figure 4.

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Figure 4 Classification des applications GNSS par criticité

Lien entre les applications et les infrastructures

La relation entre les services GNSS et la société peut s’expliquer de façon suivante, décrite à la figure 4 :

  • Nous savons que la société se compose de nombreuses organisations. Certaines sont critiques, comme nous l’avons dit précédemment. Un exemple d’infrastructure critique est le service de santé et d’urgence avec ambulances.
  • De nombreuses personnes âgées dans notre société ont recours aux services de santé et d’urgence pour obtenir de l’aide ou des soins de santé. Certains de ces services utilisent les signaux GNSS pour suivre la santé des patients au moyen d’appareils sans fil (cœur, tension artérielle, température, etc.) Ces services sont critiques.
  • Donc, nous pouvons émettre l’hypothèse que les GNSS ont un impact sur les services de santé et d’urgence (infrastructures critiques) dans notre société.
  • Sachant que les GNSS sont intégrés dans les services de santé, d’urgence, de défense, de transport, de finances, de production alimentaire, de production énergétique, d’études d’environnement, soit tous des secteurs vitaux pour la société, nous pouvons conclure que les services GNSS ont un impact sur la société par l’intermédiaire d’infrastructures cruciales.
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Figure 5 Impact des GNSS sur la société

Effets des GNSS sur les infrastructures critiques

Les infrastructures critiques, rendues plus efficaces grâce aux GNSS, sont également très dépendantes des GNSS, ce qui peut entraîner de graves conséquences si le service est perturbé et les applications ne sont pas dotées d’équipements et de procédures d’atténuation. La grande dépendance à l’égard des services GNSS est bien réelle. Si les infrastructures essentielles sont affectées (comme décrit dans le tableau 1), la confiance de la population envers les systèmes réduira progressivement.

Tableau 1 Description des effets des GNSS sur les infrastructures

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Sources d’interférence du spectre radio

La technologie de radionavigation par satellite devient de plus en plus précise et exacte au fil des ans. Toutefois, dans certaines circonstances, les récepteurs GNSS peuvent ne pas fonctionner correctement. Les principales sources de défaillance ou de panne qu’un utilisateur GNSS peut rencontrer sont les suivantes :

  • Source n° 1 : Défaillance du système
  • Source n° 2 : Danger dans le réseau de propagation
  • Source n° 3 : Interférence non intentionnelle
  • Source n° 4 : Interférence intentionnelle
  • Source n° 5 : Facteurs humains

Stratégies d’atténuation des interférences du spectre radio

Il n’y a pas de formule magique pour annuler l’indésirable interférence de fréquence radio (RFI) de la communication par satellite et des signaux GNSS. La protection des communications par satellite et GNSS exige un ensemble de mesures pour résoudre les divers aspects de RFI : une protection réglementée et des techniques efficaces d’atténuation.

Pour comprendre comment les sources du spectre radio interfèrent avec les GNSS et les stratégies utilisées pour réduire ou éliminer ces interférences, nous vous invitons à lire l’article de recherche du Journal « Positionning » à l’adresse suivante : Do Alexis Sanou, René Jr. Landry (2013), Analysis of GNSS Interference Impact on Society and Evaluation of Spectrum Protection Strategies. Département de génie électrique, École de technologie supérieure (ÉTS), Université du Québec, Montréal (Qc), Canada. Positioning, 2012, (article du Journal Positionning :

Do Alexis Sanou, René Jr. Landry (2013). Analysis of GNSS Interference Impact on Society and Evaluation of Spectrum Protection Strategies. Department of Electrical Engineering, École de Technologie Supérieure (ÉTS), Université du Quebec, Montreal (Qc), Canada. Positioning, 2012, (Positionning Journal article)satellites

Cet article est également publié dans Espace ÉTS.

René Jr Landry

Profil de l'auteur(e)

René Jr Landry est professeur au Département de génie électrique à l’ÉTS et directeur du laboratoire LASSENA. Son expertise porte sur les systèmes embarqués, la navigation et l’avionique.

Programme : Génie électrique 

Laboratoires de recherche : LACIME – Laboratoire de communications et d'intégration de la microélectronique  LASSENA – Laboratoire des technologies spatiales, systèmes embarqués, navigation et avionique 

Profil de l'auteur(e)

Do Alexis Sanou

Profil de l'auteur(e)

Do Alexis Sanou a obtenu un diplôme de maîtrise à l'École de technologie supérieure (ÉTS) à Montréal. Sa thèse portait sur la réduction des interférences et de la propagation par trajets multiples des récepteurs GNSS.

Programme : Génie électrique 

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