CORRECTION DE L’EVALUATION NUMERIQUE SUR LES COMMUNICATIONS PAR PORTABLES

sujet n° 2 : Le téléphone portable par satellite

En vacances, vous êtes dans un pays étranger peu équipé en antennes relais pour téléphonie mobile, dans la forêt vierge ou en pleine mer ; comment communiquer avec votre famille ou d’autres personnes ? La solution la plus commune est de posséder un portable satellite.

Il y a trois réseaux principaux de satellitaires disponibles pour les professionnels et le grand public :

Le réseau Inmarsat (International Maritime Satellite) , Iridium, Thuraya.

L’organisation spatiale et la couverture géographique varient avec les réseaux (et vous allez les déterminer plus loin). Comment cela fonctionne t’il ? Le signal émis par le téléphone (portable est capté par le satellite ; celui-ci le retransmet à une station terrestre qui achemine la communication vers le correspondant appelé par l’intermédiaire d’un fournisseur d’accès payant.(SP = Service Provider) .

1 – Pour les trois réseaux suivant : Inmarsat,Thuraya et Iridium , trouvez les caractéristiques de sa configuration spatiale et terrestre.

Réponse 1 :

Le réseau inmarsat.

Historique : crée en 1979,  Inmarsat est  à l’origine une organisation internationale basée à Londres ; elle est à partir de 1999 une société de droit privé. Elle fut conçu à l’origine pour apporter au secteur maritime un système fiable de communication par satellite reposant sur des normes de sécurité internationales ; maintenant prestation de service étendues aux régions isolées dépourvus d’infrastructures téléphoniques.

Configuration spatial : 11 satellites géostationnaires, situés à 36 000 km de la Terre desservant quatre régions.

Couverture : l’ensemble de la surface de la Terre sauf les pôles.

Configuration terrestre : 35 stations réparties dans 31 pays ; le signal du portable, transmis au satellite, est retransmis vers une station terrestre. Inmarsat Service Provider qui achemine la communication vers le correspondant appelé.

Fréquences E/ R : 1626,5 MHz à 1660,5 MHz et 1525 MHz à 1559 MHz

Services proposés : E/R en phonie, fax, transmission de données à des vitesses de 2 bits à 64 kbit/s

Document photographique : couverture satellitaire du système Inmarsat :

Source : article : www.bctech.fr société privé vendant des portables par satellites.

4 – Pour les systèmes embarqués sur les navires, quelle est la caractéristique de l’antenne Inmarsat ?

Réponse 4 :

C’est une antenne motorisée qui se fixe à l’extrémité d’un mat. Elle suit trois axes et optimise régulièrement, en fonction des mouvements du bateau, le niveau de signal avec le satellite afin de ne pas altérer le niveau de la communication.

Caratéristiques de l’antenne : poids 3,8 kg ; dimensions : Ø= 275 mm et de h= 33mm ; fréquences E/R : 1626 à 1660 MHz /1525 à 1559 MHz ; taux de rotation de l’antenne : 50°/s (degrés par seconde).

Le réseau Thuraya.

Historique : c’est la société américaine Hughes Space Communication qui a conçu l’architecture du système en 1997. Son actionnariat rassemble des opérateurs en télécommunication nationaux dont Etsalat, opérateur des Emirats.

Configuration spatial : 2 satellites géostationnaires au dessus de l’océan indien et de la Méditerranée, situés à 36 000 km à la Longitude de 44° East .

Couverture : valable en Méditerranée mais pas trop dans l’Atlantique voir document cartographique.

Configuration terrestre :  stations dont une située au siège de l’organisation à Sharjah aux Emirats Arabes Unis.

Services proposés : E/R en phonie, fax, transmission de données à des vitesses de 2 bits à 9,6 kbit/s, positionnement GPS ; les services sont assurés par un Service Provider dans chaque pays desservi.

Document photographique : couverture satellitaire du système Thuraya :

Le réseau Iridium.

Historique : le réseau est lancé commercialement par la firme Motorola, à la fin de l’année 1998. Suite à la rapide extension des zones couvertes par le GSM, la société fait faillite ; après reprise, le système est toujours opérationnel, en particulier grâce aux applications militaires, qui utilisent près de la moitié de la capacité du système.

Configuration spatial : 66 satellites défilant en orbite basse à 780 km. A l’origine, le nombre de satellites prévus était de 77, d’ou le nom choisi correspond à l’atome d’Iridium qui a soit 77 électrons tournant autour de son noyau. L’une des caractéristiques d’Iridium est d’avoir la possibilité pour les satellites de communiquer entre eux : cela permet de se passer du réseau traditionnel sur Terre.

Couverture : l’ensemble de la surface de la Terre y compris les pôles.

Configuration terrestre : Il existe deux stations terrestres qui assurent le liens avec les services terrestres. La station d’Hawaï est réservée au communications militaires.

Services proposés : E/R en phonie, fax, transmission de données à des vitesses jusqu’à 10 kbit/s

Couverture satellitaire du système iridium :

5 – Les services fournit par les téléphones satellites sont la phonie, le fax, la transmission de données, la messagerie et la localisation GPS pour certains ; quel est le problèmes des terminaux mixtes réseaux cellulaires et satellitaires ?

Réponse 5 :

Une des innovations apportées par Thuraya était d’offrir à ses abonnés la possibilité de passer d’un réseau de téléphonie mobile GSM (fréquences autour de 900 MHz) pour les Etats Unis, au réseau satellitaire d’iridium à partir d’un même terminal dit bi mode tout en conservant le même numéro d’appel ; cette bi technologie n’était pas viable et à donc été abandonnée. (Roaming = communication bimodale GSM + satellites)

Source : article : www.bctech.fr société privé vendant des portables par satellites.

WWW.inmarsat.com

2 – Qu’est-ce qu’une orbite géostationnaire ?

Réponse 2 :

Mécanique céleste : le but de la mécanique céleste est de prévoir avec le plus d’exactitude possible et pour les époques aussi éloignées que possible dans le passé ou dans l’avenir, la position dans l’espace des corps célestes : planètes, satellites, étoiles… La mécanique céleste classique a pour principal objet le mouvement des corps du système solaire. Elle s’appuie sur les principes suivants, établis par Galilée et Newton au WXIIème siècle : l’espace est euclidien à trois dimensions et le temps est un paramètre variant de moins l’infini à plus l’infini, indépendamment du système de référence spatial envisagé.

Définition de l’orbite : En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que décrit dans l’espace un corps autour d’un autre corps, sous l’effet de la gravitation. L’exemple classique est celui du système solaire ou la Terre, les autres planètes, les astéroïdes et les comètes, sont en orbite autour du Soleil.

Une orbite géostationnaire (parfois appelée orbite de Clarke) est située à 35 786 km d’altitude et possède une période de révolution très exactement égale à la période de rotation de la Terre. Elle est d’une excentricité orbitale nulle. C’est un cas particulier de l’orbite géosynchrone. Le satellite en orbite géostationnaire semble immobile c’est à dire que sa position reste toujours située à la verticale du même point sur la Terre. Un satellite géostationnaire se situe forcement dans le plan de l’équateur. Son taux de rotation –sa vitesse angulaire de rotation – est égale à celui de la Terre, soit environ 15°/h. sa période de rotation comme celle de la Terre est de 23 heurs 56 minutes 4,1 secondes. C’est une orbite couramment employée par les satellites d’observation, de télécommunication, de télévision, météorologique comme les méteosat.

Orbites polaires : Les satellites à orbites polaires donnent une vue plus globale de la Terre. Ils tournent autour de la Terre avec une inclinaison proche des pôles. Ils se trouvent à une altitude de 700 à 800 km. Ces satellites ont des orbites héliosynchrones ; ils fournissent par balayage de la Terre, des vues éclairées par le Soleil.

Orbite inclinée :  les orbites inclinées tombent dans la catégorie qui se trouve entre les orbites géostationnaires et les orbites polaires. Elles ont une inclinaison entre 0 degré (orbite équoitorialles) et 90 degré (orbite polaire). Ces orbites peuvent être déterminées selon la région sur Terre à laquelle on est le plus intéressé ou selon la latitude du site de lancement. L’altitude de ces satellites est généralement de l’ordre de quelques centaines de km ; la période de l’orbite est donc de quelques heures.

L’orbite terrestre basse (low Earth orbit en anglais) est un type d’orbite terrestre situé entre 350 et 1400 km d’altitude. On considère que l’orbite basse est comprise entre l’atmosphère et la ceinture de Van Allen.

Utilisation : les orbites basses permettent aux satellites de bénéficier d’un bilan de liaison avantageux en télécommunications et de haute résolution des instruments d’observation. Elles permettent également la mis en orbite de charges maximales par les lanceurs.

Les satellites d’observation en orbites basses :

-          Les satellites météorologiques

-          Les satellites d’imagerie terrestre comme Spot ou d’analyse de l’environnement comme Envisat.

-          Les satellites de renseignement comme Hélios

Les satellites de télécommunications en orbites basses :

-          les systèmes de téléphonie par satellites (inmarsat, iridium, etc.)

-          les satellites de transmission télévisuelles ( astra 19° pour canal sat, telecom 2c pour TF1, France 2 France 3, arte, M6, etc.)

C’est également sur ces orbites basses que s’effectuent les missions spatiales habitées.

Orbite moyenne : c’est l’orbite d’un satellite dont l’altitude se situe au dessus de celle des orbites basses et en dessous de celle de l’orbite géostationnaire. (15 000 km à 20 000km)

Orbite haute : c’est en fait les orbites géostationnaires ou les orbites des satellites GPS, Glonass ou Galileo, comprises entre 20 000km et 36 000km.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Mécanique_céleste

http://www.larc.nasa.gov/SCOOL/français.orbits-fr.html

     DETERMINER SA POSITION PAR LE SYSTEME GPS

Consignes de travail : vous venez de vous brancher sur le blog des 4^ème du collège. Faites un copier/coller de l’ensemble de l’article, dans votre ordinateur. 

 Répondez aux questions fournies sur une feuille distribuée en classe.

Les réponses sont à saisir sur un fichier  numérique, en tenant compte des critères d’évaluation de la qualité de votre traitement de texte (voir document sur les critères d’évaluation de la mise en page).

Vous recopierez les questions en noir, en positionnant vos réponses immédiatement après la question, en utilisant une police de caractère bleu.

Imprimez votre fichier numérique.

Délai de rendu du devoir : début mai 2011.

I – La réalité géographique de sa position en navigation : les information données par le GPS

Quelles coordonnées et quelles informations sont fournit par le GPS ?

La latitude et la longitude du point de localisation de votre récepteur GPS vous permet de vous positionner sur une carte géographique en vous fournissant une latitude et une longitude.

Mais si vous souhaitez suivre une route bien précise et déterminer au fur et à mesure de votre navigation votre progression, il est nécessaire de découper en segment votre route et rentrer dans le calculateur de votre récepteur GPS, plusieurs points de cette route ; on appelle cela des way points. (way point = point de route en américain) 

Le GPS vous fournira toutes sortes d’informations utiles sur le chemin restant à couvrir et des indications quant à la qualité de la route que vous suivez : distance, temps d’arrivée en fonction de votre vitesse et le cap géographique de votre progression.

Qu’est-ce que la latitude et la longitude ?

 La latitude d’un point est  la distance entre ce point et l’équateur, mesurée en degrés d’arc, minutes et secondes.

Le lieu des points qui se trouvent à la même latitude est un parallèle. Alors que l’arc de longitude varie, l’arc de latitude est constant ; aussi à t’on choisi la minute (‘) de latitude pour longueur du mille marin soit 1852 m. Un dixième de mille vaut 185 m. Les mesures GPS sont données en centièmes de minutes d’arc plutôt qu’en secondes d’arc.

La longitude d’un point est le méridien du lieu par rapport à celui de Greenwich. (c’est à dire le demi grand cercle terrestre passant par les deux pôles et ou le Soleil est le plus haut à la même heure)
 Attention, la minute de longitude n’est pas constante en longueur !

Le point géographique d’un lieu est le résultat de l’intersection de deux cercles perpendiculaires : les méridiens reliant les pôles et les parallèles découpant en tranche la Terre depuis l’équateur vers les pôles. Le GPS vous donne ces deux coordonnées ; ce sont la latitude (Nord ou Sud) et la longitude (Est ou West).

 
   II  – Positionnement GPS : du militaire au civil
 

Constellation de satellites                                                            

En 1963, la division spatiale de l’U.S.Air Force finance l’étude d’un système de radionavigation  par la société Californian Aerospace Corporation (projet 621B).
Le 31 mai 1967, le premier satellite Timation est mis en orbite. Ce système développé par le laboratoire de la recherche navale américaine (NRL) permettra de fournir des informations horaires très précises grâce à des satellites équipés d’horloges atomiques.

En 1973, le département de la Défense américaine (DoD = Department of Defence) décide de regrouper en un seul projet le système 621B de l’U.S. Air Force et le système Timation de l’U.S. Navy. Ce nouveau programme de positionnement et de navigation par satellite sera plus tard appelé Navstar GPS.
Le but du projet est de fournir un moyen de positionnement  furtif, de réduire la vulnérabilité des stations terrestres de positionnement de l’époque (1973), et d'être opérationnel quel que soit le lieu sur Terre. Ce système autorise un positionnement précis en trois dimensions, renseigne sur la vitesse d’un mobile et donne l’heure exacte. Les signaux GPS seront disponible de n’importe ou sur Terre, à n’importe quelle altitude, n’importe quand, quelles que soient les conditions météorologiques.

Du 14 juillet 1974 au 29 mars1978, les satellites GPS sont envoyés en orbite et sont déclarés opérationnels à cette dernière date.

Le 12 octobre 1982, afin de se doter également d’un système de positionnement par satellite, l’Union soviétique lance le premier satellite Glonass.

Le 28 Juin 1983, à la demande du président Reagan, le DoD annonce que le GPS sera accessible à des fins pacifiques et civiles. 

Le 14 février 1989, le premier satellite du bloc II, satellite totalement fonctionnel et opérationnel est mis en orbite. Les messages de navigation émis par les satellites sont volontairement dégradés par les militaires pour être moins précis pour les civils.
Le 29 mars 1996, le président des Etats Unis propose de supprimer dans les dix ans, la disponibilité sélective (SA) , c’est à dire la dégradation du système pour les civils.

Le 2 mai 2000, la dégradation volontaire est supprimée : la précision passe de 100 mètres à 22 mètres.

Le 26 mars 2002, malgré de nombreuses tentatives et pressions des américains pour faire avorter le projet, le conseil européen approuve le projet Galileo de système de positionnement par satellites européen.

 Satellite Navstar GPS

III L'amélioration de la précision du GPS : la correction des mesures de distances.

          Le différentiel terrestre.

Le principe est le suivant : les signaux satellites sont reçus par des stations à terre dont les positions géographiques sont connues. La localisation donnée par le GPS est comparée à celle exacte et précise de ces stations terrestres. La différence entre les deux mesures fournit une correction sur les distances aux satellites qui est retransmise aux récepteurs GPS : c'est le DGPS (Differential GPS) ; c'est plus cher mais la précision horizontal obtenu est de 1 à 10m !

          Le differentiel satellite.

Le GPS 2 est un système qui sera opérationnel en Europe en 2012. Il fournira une précision de 5 à 6 m partout dans le monde. Développé pour l'aviation civile sur une nouvelle fréquence, il nécessitera de nouveaux récepteurs. il fonctionne déjà au Etats Unis (WAAS pour Wide Area Augmentation System)

En Europe, l'EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) aura une précision horizontale de 3 à 7 m.

Le principe de fonctionnement : comme pour le différentiel terrestre, des stations terrestres comparent en permanence, la position fournie par le signal GPS reçu avec leur position absolue prédéterminée, puis émettent un signal de correction vers des satellites géostationnaires (positionné en permanence au même point par rapport à un azimut terrestre), lesquels le diffuse à leur tour, vers les récepteurs situés à leur portée optique ; ceux-ci recoivent alors un signal corrigé en mode WAAS.