GPS, Glonass, Galileo : la précision s'affine

Américains, Russes, Européens et bientôt Chinois proposent des systèmes de géopositionnement à l’échelle mondiale. Quelle incidence pour l’agriculture ?

Publié le 27 août 2019 - Par Ludovic Vimond

Le positionnement par GPS s’est largement démocratisé en agriculture ces dernières années. Il serait d’ailleurs plus adéquat de parler de GNSS, pour Global Navigation Satellite System (système de navigation mondial par satellites), puisque la constellation de satellites américains GPS n’est plus la seule disponible aujourd’hui. La Russie a en effet mis en place sa propre constellation, baptisée Glonass. La constellation européenne Galileo est opérationnelle depuis le 15 décembre 2016 et compte aujourd’hui 22 satellites en service, pour un déploiement complet en 2020. Avec Beidou, la Chine n’est pas en reste. Cette constellation, effective en Asie-Pacifique, le sera progressivement à l’échelle mondiale d’ici la fin 2020.

Mais qu’apportent ces nouvelles constellations dans le quotidien des agriculteurs ? Lorsque l’on se limite au géopositionnement sans correction, la précision du positionnement est de 3 à 5 mètres pour les satellites GPS, un peu moins bonne pour la constellation Glonass et de l’ordre du mètre pour Galileo, notamment grâce à des horloges atomiques embarquées sur chaque satellite plus récentes et donc plus précises. Compiler plusieurs constellations et donc un plus grand nombre de satellites GNSS en vue directe par le récepteur améliore la précision du positionnement. Ce qui vaut pour un signal non corrigé vaut également pour un signal après correction. "Autrefois payant, l’ajout des satellites de la constellation Glonass à celle de GPS dans nos solutions de positionnement a permis d’améliorer la précision de nos corrections : désormais, Glonass et GPS sont systématiquement compilés, confie Vincent Daoulas, de Trimble. Plus on a de satellites, plus c’est bénéfique." Caroline Desbourdes, d’Arvalis, relativise sur la compilation à outrance : "l’arrivée d’une troisième constellation (Galileo) aux satellites GNSS américains et russes ne devrait avoir que peu d’impact sur la précision des corrections différentielles. Aujourd’hui, il y a déjà 13 à 14 satellites visibles en permanence avec deux constellations."

Deux méthodes pour augmenter la précision

Sans correction du signal, et malgré l’emploi d’horloges atomiques pointues, la précision du GNSS reste à un ordre de grandeur du mètre. De multiples facteurs interfèrent en effet avec les signaux : c’est le cas notamment de certaines couches de l’atmosphère, dont les caractéristiques sont en permanence changeantes, tout comme les perturbations qu’elles engendrent sur le signal.

Pour augmenter la précision, indispensable pour une utilisation en agriculture, il existe principalement deux méthodes : la correction différentielle et le PPP (Precise Point Positioning - positionnement ponctuel précis). La première consiste à appliquer au récepteur GNSS mobile (l’antenne sur le tracteur) une correction calculée par les bases GNSS fixes proches, qui comparent en permanence la position donnée par les satellites à leur position réelle. Développée en Europe, Egnos est la correction la plus adoptée en agriculture, notamment parce qu’elle est gratuite, avec une précision de passage à passage de 30 à 40 centimètres. L’intégration future (en phase de test en ce moment) des signaux de Galileo en plus de ceux de GPS, ainsi qu’un calcul basé sur plusieurs fréquences de signal GNSS (deux de GPS et/ou deux de Galileo) devraient améliorer à l’horizon 2025 la précision (sans annoncer de chiffre) et la fiabilité de la correction, tout en restant gratuit.

Aussi, plus les bases sont proches et plus la correction sera juste pour l’antenne du tracteur. C’est la raison pour laquelle on atteint une précision centimétrique avec le RTK et son maillage serré. Pour ce type de correction, l’ajout d’une nouvelle constellation, comme Galileo, n’a que peu d’incidence sur le niveau de précision.

Le PPP corrige les biais en altitude

Plutôt que de calculer l’erreur de positionnement au sol, le PPP estime les interférences des perturbations atmosphériques et les impacts sur le géopositionnement. Pour cette estimation, il est nécessaire de calculer les autres biais (erreurs d’orbite, d’horloge ou liées aux composants mêmes des satellites). Proposé via des abonnements payants, le PPP est déjà utilisé en agriculture, à l’image du signal Starfire 3 de John Deere ou du Centerpoint RTX chez Trimble. Seule limite, pour établir ces calculs, il faut un minimum de données. Dans les premières secondes, l’imprécision sera importante. Il faut un certain volume de données et donc un certain temps (appelé temps de convergence) pour atteindre une précision acceptable. Ce délai peut atteindre 30 minutes pour une précision de 4 centimètres. Pour réduire ce temps de convergence, plusieurs fournisseurs de corrections s’appuient sur des bases RTK : la précision centimétrique est atteinte en moins de 15 minutes.

L’autre méthode consiste à augmenter le nombre de signaux reçus par les satellites GNSS. Si GPS et Glonass se limitent à deux fréquences de signal, Galileo et Beidou en proposent cinq. "Avec un récepteur trifréquence, on peut garantir une précision de 10 centimètres en 5 minutes sans aucune station locale de référence à proximité", explique Romain Legros, de Geoflex, fournisseur de PPP. S’appuyant sur la multiplicité des signaux, Galileo devrait proposer, à l’horizon 2020-2021, du PPP gratuit avec une précision de l’ordre de la dizaine de centimètres. Un choix de gratuité qui ne sera pas sans faire réagir les autres fournisseurs de PPP.

Principe du positionnement par satellites

Quel que soit le système de positionnement par satellites, le principe reste le même. Il s’appuie sur des systèmes d’horloges atomiques embarqués sur les satellites GNSS. Ces derniers transmettent en permanence un signal indiquant l’heure d’envoi de celui-ci. Sur terre, le récepteur GNSS enregistre la date de réception de ce signal. Sachant la vitesse du signal, il connaît donc la distance qui le sépare du satellite dont la position est connue à chaque instant. En s’appuyant sur un satellite GNSS, il existe une multitude de positions possibles correspondant à un cercle à la surface du globe. Deux satellites font recouper deux cercles, ce qui réduit les possibilités de position à deux points. Un troisième discrimine l’un des deux points : c’est ce que l’on appelle la trilatération. Dans la pratique, un quatrième satellite est nécessaire pour la synchronisation du temps, l’horloge de l’antenne du tracteur n’étant pas précise.