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Mesurer la Précision

D'abord vous voulez savoir où vous êtes réellement. Évidemment, si vous savez où vous êtes, vous pouvez vérifier le GPS. Mais si vous savez où vous êtes vous n'auriez pas besoin d'un GPS ! Alors comment vous pouvez connaitre l'erreur de votre position si vous ne savez pas où vous êtes ? Ce n'est pas évident, mais la réponse courte est que vous ne pouvez pas le savoir. Tout comme si vous acheter un billet de loterie. Vous ne pouvez pas dire si vous avez gagné ou pas jusqu'à ce qu'ils annoncent les numéros gagnants. Vous ne pouvez pas savoir le numéro gagnant à l'avance, mais vous pouvez par contre estimer vos chances de gain.

Estimer la Précision

Pendant que vous êtes assis et vous demandez où vous êtes tout en observant votre GPS, vous noter que les positions qu'il donne se déplacent au alentour. Certaines de ces positions doivent être précises, mais quelles est la bonne position ? Si vous attendez assez longtemps, vous pouvez prendre la moyenne des données et trouver votre position avec une exactitude améliorée. Alors vous pouvez prendre toutes les positions et découvrir à quelle distance elles sont de cette position moyenne. À partir de ceci vous pourriez calculer ce qu'était la déviation moyenne. La prochaine fois que vous allez utiliser le GPS, vous constateriez que la position GPS changerait d'une manière à peu près identique, ainsi vous pourriez employer vos nombres "de déviation moyenne" pour estimer l'exactitude de votre nouvelle position GPS. Le seul problème est que ces nombres changent, ainsi ce n'est pas si simple pour augmenter la précision. Mais l'idée est bonne.

Sources d'erreur

Il y a plusieurs sources d'erreur dans n'importe quelle lecture GPS. Certaines de ces erreurs sont dues à des facteurs naturels, et une certaine erreur est présentée dans la documentation à propos de la disponibilité sélective (S.A.) que vous pouvez trouvez sur internet. Ces nombres changent, mais pas tellement comme erreurs de position. Il y a un principe de calcul célèbre appelé GIGO - ordures dedans, ordures dehors. Ici ce n'est pas vraiment des ordures dedans mais plutôt des "petites" erreurs.

Quand le GPS emploie ces entrées pour résoudre votre position, il est seulement normal que votre position aura aussi une erreur. Si vous étudiez les équations que le GPS emploie pour résoudre sa position, vous pourriez analyser quel seront les effets de ces erreurs et vous pourriez trouver une formule et prédire quel serait les erreurs de rendement. Cette formule prévoit ce que sera l'erreur de position GPS. C'est comme un effet magnifiant, puisqu'elle rend normalement l'erreur finale plus grande que les erreurs d'entrée. Le facteur magnifiant s'appelle DOP -- dilution de précision.


Dilution de Précision

Le facteur DOP est employé dans une équation très simple : SD(position) = Dop * SD(entrées)
Ceci signifie que l'écart type de la position est simplement l'écart type des entrées multipliées par le facteur DOP. Naturellement, cette formule n'est pas aussi simple qu'elle en a l'air, puisque pour le GPS une solution multidimensionnelle est exigée, et donc des mathématiques de matrice sont employées. Mais l'idée est bonne.
Une chose intéressante au sujet du DOP est qu'il ne dépend pas du tout de ce qui ne peut pas être prévu à l'avance. Il dépend seulement de la position des satellites GPS relativement à l'endroit du récepteur GPS. Les positions satellites peuvent être calculées à l'avance, ainsi vous pouvez déterminer la qualité de vos difficultés de positionnement GPS à l'avance, sans même utiliser le système GPS.


La Géométrie Satellite

Le DOP dépend seulement de la position des satellites : combien de satellites sont visibles, quels sont leur altitudes dans le ciel, l'angle de vision. Cela est souvent référé à la géométrie. Les satellites se déplacent, ainsi la géométrie change avec le temps, mais elle est très prévisible.


VDOP, HDOP, etc.

Le DOP est souvent divisé en composants. Ces composants sont employés parce que l'exactitude du système GPS varie. Par exemple la position horizontale peut habituellement être mesurée plus exactement que la position verticale. Les erreurs d'entrée sont identiques, mais la géométrie peut favoriser une direction par rapport à une autre. VDOP est le DOP vertical. HDOP est le DOP horizontal. Il y a également PDOP pour les positions 3 Dimensions, TDOP pour le temps et GDOP pour la géométrie du DOP (qui est tout les résultats ensemble).

Par exemple, un DOP de 2 signifie peut importe quelles sont les erreurs d'entrés, l'erreur final est sera 2 fois plus grande. Nous pouvons employer la valeur du DOP pour estimer l'erreur possible de votre position. Si vous savez (ou pensez savoir) que le UERE est de 25 mètres… (où UERE veux dire l'erreur estimé par l'utilisateur : l'écart type des erreurs dans les gammes des satellites à la position de l'utilisateur)… alors vous savez que votre erreur de position a un écart type de 50 mètres.

Si nous ne connaissons pas les erreurs d'entrée, nous pouvons juste employer la valeur du DOP comme indicateur des conditions pour effectuer des mesures de position GPS. Par exemple, un DOP de 2 est meilleur qu'un DOP de 4.


Quelques manières d'améliorer la précision

Employer un système GPS différentiel pour réduire les erreurs d'entrées.
Améliorer le DOP en utilisant plus de satellites.
Prendre vos mesures lorsque les satellites sont présents au-dessus du ciel.
Faire la moyenne des lectures de position GPS dans le temps.


Atteinte pour une métaphore

Comprendre comment le DOP est calculé exige de comprendre les statistiques. Si vous voulez juste l'utiliser, et que vous ne connaissez pas les statistiques, pensez juste au pari. Choisissez un sport, n'importe quel sport. Peut importe le sport il y aura toujours des coups faciles et d'autres plus difficiles. Les plus difficiles sont plus risqués. Le DOP est une estimation de la difficulté d'obtenir une bonne position hors d'une combinaison particulière des satellites GPS.

Avec un DOP élevé, ne pas s'attendre à une position précise. Elle pourrait l'être, mais elle ne l'est probablement pas.

Avec un DOP bas, la position est probablement plus près d'être exacte, mais rappelez vous que cela est une évaluation, pas une garantie.


Quel est le Signal ?

Les satellites GPS transmettent deux signaux radio de faible puissance, indiqués L1 et L2. Le GPS civil emploie la fréquence L1 de 1575.42 mégahertz dans la bande UHF. Les signaux voyagent en ligne droite, signifiant qu'ils traverseront des nuages, du verre et du plastique mais ne passeront pas au travers de la plupart des objets pleins tels que des bâtiments et des montagnes.

Un signal GPS contient trois bits de données différents. Un code pseudo-aléatoire, des données d'éphémèris et des données d'almanach. Le code pseudo-aléatoire est simplement un code d'identification qui identifie quel satellite transmet l'information.

Les données d'éphémèris indiquent au récepteur GPS où chaque satellite GPS devrait se situer à tout moment tout au long de la journée. Chaque satellite transmet des données d'éphémèris définissant l'information orbitale pour ce satellite et pour chaque autre satellite dans le système.

Les données d'almanach, qui sont constamment transmises par chaque satellite, contiennent des informations importantes sur le statut du satellite (bon ou mauvais), la date du jour et l'heure. La présente partie du signal est essentielle pour déterminer une position.


Sources des erreurs de signal GPS

Les facteurs qui peuvent dégrader le signal GPS et affecter ainsi l'exactitude incluent ce qui suit :

* Les délais de l'Ionosphère et de la troposphère - le signal satellite ralentit pendant qu'il traverse l'atmosphère. Le système GPS emploie un modèle intégré qui calcule une quantité moyenne de délais pour corriger partiellement ce type d'erreur.

* Le Signal par trajets multiples — ceci se produit lorsque le signal GPS est reflété par des objets tels que les grands bâtiments ou les grandes surfaces de roche avant qu'il atteigne le récepteur. Ceci augmente la période de voyage du signal, causant de ce fait des erreurs.

* Les Erreurs d'horloge du récepteur — l'horloge intégrée d'un récepteur n'est pas aussi précise que les horloges atomiques à bord des satellites GPS. Par conséquent, elle peut avoir des erreurs très légères de synchronisation.

* Les Erreurs orbitales — connues sous le nom d'erreurs d'éphémèris, ce sont des inexactitudes de positionnement du satellite.

* Le Nombre de satellites visibles — plus nombreux est le nombre de satellite qu'un récepteur GPS peut voir, meilleure est la précision. Les bâtiments, le terrain, l'interférence électronique ou parfois même le feuillage dense peuvent bloquer la réception du signal, n'entraînant des erreurs de position ou même aucune lecture de position. Les unités GPS typiquement ne fonctionneront pas à l'intérieur, sous l'eau ou sous terre.

* La Géométrie Satellite — ceci se rapporte à la position relative des satellites à n'importe quelle temps donné. La géométrie satellite idéale existe lorsque les satellites sont situés à angles larges l'un par rapport à l'autre. La géométrie faible résulte lorsque les satellites sont alignés ou dans un regroupement rapproché.

* La Dégradation intentionnelle du signal satellite — la disponibilité sélective (SA) est une dégradation intentionnelle du signal imposé par le département de la défense des États-Unis. SA a été prévue pour empêcher les adversaires militaires d'employer les signaux GPS fortement précis. Le gouvernement a arrêté SA en mai 2000, qui a par la suite amélioré de manière significative la précision des récepteurs GPS civils.

 
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