Normes relatives aux corrections GNSS

Les normes relatives aux corrections GNSS favorisent l’utilisation d’un ensemble unique de conventions, de modèles et de méthodologies pour le calcul et l’application des messages de correction des GNSS. Le WAAS, le DGPS de la Garde côtière, le RTK, le réseau RTK et le PPP sont des exemples de services de renforcement qui fournissent des données de correction GNSS aux différentes communautés d’utilisateurs. Le respect des normes rassure les usagers relativement au contrôle et au suivi exercés par les fournisseurs de l’exactitude, de la fiabilité et de l’intégrité des renseignements que ces derniers diffusent. Comme les normes de « sécurité de la navigation » et du « positionnement précis » peuvent varier amplement, il en sera question séparément dans ce qui suit.

Normes de sécurité de la navigation

Des organismes internationaux de normalisation comme la RTCM, la RTCA et la NMEA (National Marine Electronics Association) ont été des chefs de file dans le cadre de la documentation du format des messages de correction GNSS diffusés pour la navigation maritime et aérienne.

Le WAAS a élaboré des normes de navigation aérienne pour les services de renforcement au sol et par satellite (GBAS et SBAS). Le SBAS assure une couverture continentale pour la navigation aérienne en route par satellite de communication, tandis que le GBAS s’occupe avant tout de l’exploitation des aéroports locaux. Les messages de correction de la RTCA sont conçus pour une couverture étendue et contiennent des renseignements d’intégrité mis à jour à l’intérieur de 10 secondes afin que les utilisateurs soient avisés des défaillances de système. Les fabricants des récepteurs du WAAS appliquent aussi des algorithmes RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitor) dans leurs jeux de données   pour être conformes aux exigences de l’aviation civile.

Par ailleurs, les balises DGPS de la Garde côtière soutiennent la navigation maritime en émettant des signaux radio haute fréquence le long du littoral nord-américain, de la voie maritime du Saint-Laurent et des Grands Lacs. Les sites de références regroupant une station maîtresse et une station de contrôle procurent une mesure d’intégrité automatisée et un fonctionnement autonome fiable. Les normes DGNSS RTCM‑104 définissent le protocole, la structure et le contenu des messages de correction. On peut télécharger ici (en anglais seulement) des renseignements détaillés sur les normes de la RTCM.

Il n’y a pas que les normes internationalement reconnues de la RTCM, puisque certains fabricants de récepteurs ont aussi conçu des formats exclusifs pour soutenir la transmission des données GNSS entre les unités émettrices et réceptrices RTK. En 1996, par exemple, Trimble a publié le format Compact Measurement Record (CMR) qui est aujourd’hui largement utilisé.

RTCA : Le comité spécial 159 de la RTCA maintient une suite de normes de performances opérationnelles minimales (MOPS) pour l’équipement aérien en utilisant des systèmes de renforcement aéroportés, terrestres et satellitaires (ABAS, GBAS et SBAS respectivement). L’usage de ces normes est aujourd’hui répandu, mais il s’applique principalement à la communauté aéronautique, qui dépend exclusivement du code « coarse/acquisition » (C/A) du GPS L1. 

RTCM : Les normes applicables aux GNSS différentiel sont définies par le comité spécial 104 de la Review Technical Commission for Maritime Services (RTCM). La norme RTCM 104 définit les protocoles de communication entre les stations de base et les récepteurs mobiles GPS, ainsi que le contenu des messages de correction. Les messages peuvent supporter un positionnement différentiel à double fréquence en temps réel par la méthode RTK. On peut trouver ici (en anglais seulement) les documents de la norme RTCM 104.

NTRIP : Le « Network Transport of RTCM via Internet Protocol » est une norme régissant la diffusion des corrections différentielles des GNSS via Internet. On peut trouver ici (en anglais seulement) la documentation NTRIP avec une liste de diffuseurs donnant accès aux données GNSS en temps réel.

NMEA : La National Marine Electronics Association (NMEA) fournit des protocoles standard et des messages pour la communication des positions GNSS entre appareils électroniques. On peut trouver de l’information sur les normes de la NMEA sur leur site Web (en anglais seulement).

Normes relatives au positionnement précis

Un certain nombre de services de correction en temps réel ou après la mission sont offerts afin d’améliorer la productivité des applications de positionnement qui ne sont pas essentielles du point de vue de la sécurité. En règle générale, les messages de correction et les protocoles de communication que ces services utilisent sont conçus pour fournir une précision et une résolution rapide des ambiguïtés. Les services en question incluent notamment des solutions régionales par réseau en temps réel (NRTK) ou de base seule (RTK), le positionnement ponctuel précis mondial en temps réel (PPP), ainsi que les services qui combinent le NRTK et le PPP (comme le positionnement RTX [Real-Time eXtended] de Trimble).

Bien qu’on puisse relayer les corrections RTK à station unique en utilisant la norme maritime RTCM-104, la plupart des services de réseaux de positionnement précis modernes offrent aujourd’hui des corrections selon une représentation dans l’espace d’états (SSR ou « state space representation »). Les messages SSR ont été conçus pour relayer des estimations optimales des corrections satellitaires et atmosphériques des réseaux GNSS régionaux ou à couverture étendue. La RTCM a récemment adopté la norme de messagerie SSR.

Les entreprises privées assurant des services NRTK régionaux emploient différentes méthodes pour estimer les corrections SSR dans leurs réseaux. La station de référence virtuelle (VRS), le « Master Auxiliary Concept » (MAC) et le « Flächen Korrektur Parameter » (FKP) sont les configurations de modélisation régionale les plus répandues à présent. Souvent, ces solutions sont disponibles à l’intérieur d’un réseau fermé sous des formats protégés. Au Canada, les services du réseau RTK sont surtout assurés par le secteur privé. Les réseaux en question couvrent la plupart des régions peuplées le long de la frontière méridionale canadienne. En s’abonnant à ces services, les utilisateurs de ces régions ont accès en temps réel à des corrections GNSS à partir de leur cellulaire et bénéficient d’une précision centimétrique avec des récepteurs GNSS de grande capacité.

Des solutions mondiales PPP et PPP/NRTK reposent sur des prévisions presque en temps réel des orbites et des horloges des satellites GNSS. Les solutions logicielles PPP peuvent varier, mais la plupart des conventions, des modèles et des algorithmes ont été documentés et offerts par l’IGS [« A guide to using International GNSS Service [IGS] products » (en anglais seulement)]. L’IGS donne également accès en ligne à des corrections mondiales GNSS en temps réel calculées par plusieurs de ses centres d’analyse [voir le site Web du RTS (en anglais seulement) ou Service en temps réel]. Des services commerciaux étendus en temps réel, qui reposent sur une approche semblable, livrent en direct les corrections mondiales à leurs abonnés par différentes combinaisons de communications par satellite et téléphonie cellulaire.

En collaboration avec les organismes membres du CCSRG, RNCan a diffusé les « Lignes directrices concernant les levés GNSS en mode RTK/RTN au Canada (2015) » et les  « Installation et Exploitation de Station de Référence GNSS - Meilleures Pratiques » pour supporter les utilisateurs des GNSS à obtenir la plus grande exactitude dans le cadre de la norme nationale. Pour promouvoir l’interopérabilité  et assurer la compatibilité des solutions de coordonnées obtenues par les données de correction de différents fournisseurs, le CCSRG a aussi conçu une entente de conformité destinée à valider les coordonnées attribuées à tous les points de référence RTK en exploitation au Canada. Cette entente a permis une mise à jour continue et la diffusion publique des séries chronologiques de coordonnées pour tous les réseaux conformes à la norme RTK. On peut trouver sur le site Web du suivi des Réseaux NRTK de RNCan, une description de cet accord et une carte des stations de référence exploitées par les fournisseurs de services conformes à la norme NRTK.