Voile et Electronique : Christian Couderc

Introduction
Mon DGPS marche !
Je teste mon DGPS
A quoi sert un DGPS
Comment marche le DGPS
DGPS inversé
DGPS sans balise, vrs
Avenir du DGPS
Réalisation pratique
Installation de l'antenne
Stations françaises
Le WAAS
Révolution du GPS en mai 2000
Liens DGPS

Maj : 05/09/02

Abstract :
The only purpose of this small page is to explain at the sailor what is a D.G.P.S. it is only a minimal presentation for sailing. You will found information in links, if you need to start the construction quickly. But new situation is absolutely different after the GPS revolution of may 2000. Need for a DGPS is lower now. Links for DGPS, GPS and antennas, including home made patch and helix antennas.

Résumé :
Cette petite page a pour seul but d'expliquer au navigateur ce qu'est le système D.G.P.S. Voici une présentation minimale du récepteur DGPS pour la navigation. Vous trouverez toutes les informations en anglais dans les liens, si vous vous voulez vous lancer rapidement dans une réalisation. Mais la situation est maintenant radicalement différente depuis la révolution du GPS en mai 2000, l'abandon de la dégradation volontaire. Le besoin d'un DGPS est bien moindre maintenant. Liens pour DGPS, GPS et antennes, incluant les antennes patch et hélices de réalisation amateur.

Cette page ne concerne que le DGPS. Une page spéciale, comportant elle aussi une part d'électronique, est consacrée au GPS, en particulier :

Le DGPS se présente soit comme un ensemble indépendant, comportant récepteur et décodeur séparés se branchant sur un GPS existant, soit intégré dans un GPS, lui même souvent partie d'un lecteur de carte. Le GPS utilise une antenne champignon, le DGPS un petit fouet en plus.

Le GPS est le "Global Positionning System ", ou système de positionnement Global. Il ne fonctionne qu'avec une guirlande de satellites américains, sur la fréquence de 1.5 GHz pour nous.
Le DGPS ajoute le D pour "Differential "ou différentiel. Des stations à terre envoient des informations complémentaires de correction d'erreurs pour augmenter la précision, mais ne couvrent que de petites zones alors que la couverture GPS est moniale. Le DGPS a donc une double réception, les deux modules sont indépendants.

Cette page a été lancée avant l'abandon de la dégradation volontaire, elle a maintenant perdu beaucoup d'intérêt, sauf pour les liens.

Je suis stupéfait de constater sur les nombreux bateaux que je vois, qu'une majorité de DGPS neufs, installés récemment (avant 05/2000), sont totalement en panne sans que le propriétaire s'en soit rendu compte. Seule la partie GPS fonctionne. Systématiquement, j'explique la procédure et le propriétaire est très étonné de découvrir qu'il est en panne. Je ne connais pas d'autre matériel pour lequel cela se produit. Si vous achetez un speedomètre qui indique toujours une vitesse nulle, vous protesterez, mais pour un DGPS qui n'a jamais marché, non… C'est très étrange. Il est vrai que j'ai rencontré des plaisanciers qui avaient un superbe sondeur numérique qui était resté depuis l'installation en mode simulateur sans que cela pose le moindre problème, l'image était très jolie et on voyait toujours passer des poissons de synthèse sous la quille. Par peur du ridicule ils ne s'en étaient jamais plaint. Depuis l'abandon de la dégradation, la panne de DGPS est quasiment indétectable.

Voici un exemple d'affichage sur le traceur sur une durée de 24 heures. Le bateau est mouillé à quai au Vieux-Port de Marseille. Sa position vraie est au centre du tracé. Le rayon de probabilité est de 50 mètres environ (les pannes mesurent 100 mètres de long). La précision est un peu meilleure en longitude. C'est un très mauvais résultat pour un DGPS haut de gamme, comparé au mode GPS seul, à peine trois fois moins bon.
Cet enregistrement a été fait juste avant l'abandon de la dégradation en mai 2000. Maintenant, diviser tous ces chiffres par dix !

En navigation une précision à quelques mètres ne sert strictement à rien, mais l'intérêt du DGPS est multiple. Il permet de calculer un très bon vecteur vitesse, ce que les écarts d'un GPS de base ne permettaient pas (avant 05/2000), sauf en moyennant sur des temps très longs. C'est parfait pour retrouver des sites de plongée isolés. En régate très pointue, comme pour l'América Cup, il permet de suivre les positions à la perfection, à bord et à terre sur Virtual Spectator, d'optimiser le départ en régate...
Au large, le DGPS ne marche pas partout car il est très souvent hors de la zone de couverture des balises.

Un rappel : Le DGPS est un GPS (Global positioning system) avec un "D "pour différentiel.
C'est très simple. Un GPS classique est monté dans un local à terre. La position de son antenne est parfaitement connue à quelques centimètres près. Ce GPS écoute en permanence tous les satellites visibles dans sa zone. Il analyse le signal de chacun et détermine le retard variable provoqué entre autre par la traversée des basses couches de l'atmosphère. Le satellite étant très loin, tous les GPS de la zone de couverture de la balise DGPS seront affectés de ces mêmes retards erratiques. Un petit automate compare en permanence cette position reçue, qui fluctue de quelques centaines de mètres à la position réelle et calcule chaque retard. Il envoie en permanence la correction sous forme normalisée, numéro de satellite suivi du retard en nanosecondes ou indication de problème (le satellite ne sera pas pris en compte). Un petit demi modem (émission seule, modulateur) module un émetteur qui envoie les informations sur sa zone.
A bord, le client reçoit ce signal sur un simple récepteur, le décode sur un demi modem (réception seule, démodulateur), et renvoie l'information brute sur le GPS pas la liaison NMEA 183. Le GPS a une entrée spécialisée et sait traiter ce signal.

Il est donc très simple de réaliser un DGPS, je décrirai la réalisation détaillée ultérieurement s'il y a des clients.

Dans le même ordre d'idée, il est aussi simple de réaliser une balise d'émission, vous pouvez ainsi couvrir une zone pour une utilisation privée dépendant de la couverture d'émission. Vous devez rester dans la légalité pour le choix des fréquences et puissances d'émission.

La seule réalisation qui intéresse le plaisancier moyen est le récepteur DGPS utilisant les balises commerciales. Attention toutefois, les zones couvertes sont réduites.

En France, les rares émetteurs sont en grandes ondes autour de 300 kHz. Leur faible puissance et les aléas de propagation sur ces bandes, les effets de nuit, n'assurent pas une très bonne couverture sur les zones.

La réception
Il faut tout d'abord un récepteur. La réalisation est très simple (je ne parle pas de la partie GPS !), vous trouverez des descriptifs dans les liens et dans les anciens numéros d'Elektor. Chaque émetteur ayant une fréquence particulière, il faudra donc soit le syntoniser en fonction de la zone (récepteur classique à accord par condensateur variable) ou mieux le verrouiller par une pll en choisissant les quelques fréquences. Le réglage à l'oreille est facile. Tous les modèles conviennent. Une antenne fouet ou un bout de fil traînant derrière un vaigrage améliore la réception. N'utilisez pas de barreau ferrite, il est directif, vous ne cherchez pas à faire de la goniométrie.

La carte
Le signal est très lent. La moins performante des petites cartes microcontrôleur décode sans problème à 100 bps, et génère le signal NMEA 183 à 4800 Bauds. C'est un projet très simple à réaliser.
Seule condition de réussite : Commencez par écouter sur un récepteur ordinaire le signal sur votre zone, s'il n'est pas très bon, ne continuez pas. La réception de qualité sera la partie la plus délicate. Les listes de fréquences sont dans les liens.

Une autre application est très utilisée par les transports routiers, flottes de bus, taxis, camions… Le central a besoin de connaître avec précision la position de chacun de ses véhicules, renvoyée par radio. Au lieu d'équiper chaque client d'un DGPS onéreux, un simple GPS est utilisé, le central faisant lui mène les corrections. Il se comporte donc comme une station de référence DGPS sans émission.

Ce système est très utilisé en agriculture et équipe les petits avions d'épandage qui sont capables de traiter un champ en pulvérisant le produit très exactement dans les limites définies. Le passage par bandes d'une vingtaine de mètres se fait en pilotage automatique contrôlé par DGPS et girouette anémomètre au sol, d'après une carte d'épandage tracée à l'avance. La tolérance sur la quantité de produit déversé au mètre carré est très faible. En sortie de bande, le pilote désactive l'automatisme et effectue le virage manuellement. Le calculateur montre l'alignement de la meilleure bande suivante, le pilote s'aligne grâce à un affichage à rangée de leds en vision tête haute et repasse en pilotage automatique (3 axes, altitude rigoureusement constante, vent compensé). La commande des pulvérisateurs et évidemment automatique. Le pilote dispose d'un écran sur lequel apparaissent en couleurs différentes les zones traitées ou à traiter.
Après avoir vu cela,, vous vous dites, moi aussi je veux pulvériser du défoliant sur les viets avec mon bateau, et je veux rentrer dans le port avec ma vedette à 20 nœuds les yeux bandés, jusqu'à ma place à la panne. Il y toutefois un bémol… L'appareil est vendu 7000 € et le service est facturé par abonnement 1200 € par an, ce qui l'interdit donc au plaisancier. Il est peu intéressant pour un pécheur qui dispose en côtière de balises classiques sans abonnement.
Il n'est pas possible d'en faire une réalisation amateur, les données sont cryptées, le décodeur est très élaboré.

Le DGPS avait un immense avenir avant 05/2000, de nombreuses stations de référence privées se mettent en place, surtout pour les applications terrestres. En aviation ce système n'est pas utilisé comme référence primaire car les américains, propriétaires du réseau, peuvent l'interrompre suivant leur bon vouloir.
Le signal GPS disponible pour les civils était volontairement dégradé pour qu'il ne soit pas utilisé militairement par des pays hostiles aux US. Les militaires accèdent à un autre niveau d'information cryptées par le GPS amenant à une précision beaucoup plus grande, de l'ordre du centimètre (en particulier pour le guidage des missiles et bombes). La nouvelle politique d'abandon de la dégradation rend la situation plus confuse.

Du DGPS, pas d'un missile de croisière, à continuer ultérieurement s'il y a des clients pour ce projet. Le projet Navtex n'avait suscité qu'une dizaine d'intéressés. Le projet DGPS est dix fois moins complexe, il y a de l'espoir... Il ne consiste qu'en la réalisation (ou l'adaptation) d'un récepteur GO entre 283.5 et 325 kHz, suivi d'un petit (demi) modem FSK or MSK. La sortie des données en RTCM SC-104 est reliée à l'entrée du GPS (qui possède des broches TXD et RXD).

Ce point est trop souvent négligé. La position idéale, de l'antenne GPS et du fouet DGPS, est vers 4 mètres au-dessus de l'eau, ce qui améliorera considérablement la réception par rapport au montage classique sur balcon, trop bas et masqué. Si vous installez sur portique, surélevez l'antenne par une rallonge (de préférence en fibre pour diminuer l'ombre), afin qu'elle se situe à un mètre au-dessus du plan d'émission de l'antenne radar. Pour éviter qu'elle ne serve de poignée aux éléphants du bord, montez la base sur un petit silentbloc, le tube se dérobera en cas de contact et sauvera l'antenne. La qualité de l'antenne est prépondérante pour décoder le signal.

Les signaux sont reçus avec un champ de 50 mV/m à 50 milles. Le débit est de 100 bps. Il ne faut pas s'attende à une réception à grande distance de l'émetteur, au delà d'une centaine de milles.

Nous attendions cette nouvelle depuis longtemps. Une des premières pages : garmin.com
D'innombrables articles ont repris cette information par la suite.

En pratique c'est pour nous une amélioration réelle d'un facteur 10 de la précision du positionnement.
Voici le premier diagramme montrant la différence : igeb.gov/sal
et un autre : wombat.ie/gps
Une des raisons est la pression des responsables de la sécurité routière US. Ils voulaient savoir de quel côté de l'autoroute l'accident s'était produit, avec les systèmes automobiles embarqués déclenchant une alerte en cas de choc. Ce n'est possible qu'en ayant enlevé la dégradation volontaire. Les américains savent maintenant dégrader à la demande la précision sur une zone limitée, cela sera adapté suivant les conflits du moment.

Une autre raison et de vouloir imposer le GPS avant le lancement du système européen pour verrouiller leur monopole.

Voici un enregistrement de la position à mon mouillage dans le Vieux Port de Marseille sur une période de 24 heures après l'abandon de la dégradation :
Le nouveau résultat est extraordinaire ! La largeur du port repérée par le tracé, est d'environ 300 mètres entre les rives Nord et Sud.
Sur le nouvel enregistrement le bateau est maintenant centré dans un cercle de 15 mètres de rayon, mesuré en zoomant cette image.
Avec la dégradation, le cercle était de plus de 150 mètres de rayon et le tracé sur 24 heures sortait largement des limites du port.

Autre avantage, l'affichage de la vitesse fond et du cap en route ont gagné une parfaite stabilité.

Ne croyez pas que cette amélioration enlèvera tout intérêt au DGPS, il gagnera encore en précision ! L'affichage du vecteur vitesse fond va encore s'améliorer. Il est toutefois certain que depuis cette révolution, l'intérêt de ce projet DGPS maison s'est beaucoup émoussé, mais il conserve sa valeur pédagogique !

Après essais multiples, depuis l'abandon de la dégradation, le DGPS élimine quelques points aléatoires qui apparaissent sur les enregistrements longs de position en GPS seul, et fait gagner un peu plus en précision sans points aberrants.

Et l'altitude dans tout cela? Cette coordonnée a toujours été très fantaisiste avec le GPS. Avant, l'altitude au niveau de la mer variait de quelques centaines de mètres positifs ou négatifs), maintenant quelques (grosses) dizaines, moins en DGPS. Ce n'est pas demain que le GPS servira à mesurer les marées...

Depuis l'abandon de la dégradation, l'avenir du DGPS est incertain en terme d'intérêt économique. Aucune certitude n'existe à ce jour, le système GPS va encore évoluer, et s'améliorer. Bientôt un système européen, devrait compléter le système US (voir Galileo à l'ESA) si les fonds ne sont pas encore une fois détournés vers du populisme électoraliste. Le Glonass soviétique, qui n'a jamais été utilisable par le grand public, n'a pas survécu au communisme... Alors que va devenir le DGPS ?

Noublions pas que le DGPS permet de détecter un décrochage du reseau GPS (trois fois été 2000 de plusieurs dizaines de minutes) et que les américains peuvent remetttre sans préavis la dégradation lors d'une prochaine guerre.

L'introduction du WAAS met sérieusement le DGPS en concurence dans les zones couvertes

Conseil sécurité : Ne couplez jamais le GPS au pilote automatique, en particulier près des cailloux, un décrochage pourrait être fatal !

Liens vérifiés le 25/05/04

Merci aux journalistes qui pillent sans vergogne mon site,
d’avoir au moins la courtoisie de citer leurs sources…

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Dernière retouche le 15 Janvier 2006 à 21 h