Utiliser un GPS dans un projet expérimental

Dans un ballon expérimental

Pour les ballons, le GPS est un apport intéressant :

• la bonne visibilité des satellites assure une bonne qualité de réception
• le GPS permet de suivre la position (latitude, longitude, altitude) au cours du vol
• le GPS décroche lors de la descente rapide sous parachute, mais :
• si le ballon atterrit sur une hauteur, la télémesure peux fournir le point d'impact
• sinon, le dernier point GPS permet d'avoir une bonne estimation du point d'impact

Dans un fusée expérimentale

Pour les fusées, le choix d'utiliser un GPS est souvent remis en question pour les raisons suivantes :

• les mouvements que subit l'antenne ne facilitent pas la réception
• le GPS décroche au décollage (certains GPS ne supportent pas des dynamiques de 10 G)
• les GPS fournissent seulement 1 à 5 point par seconde. Cela fait peu de points pour l'expérience

Les systèmes de navigations inertiels (accéléromètre, gyromètres) sont mieux adaptés à des vols courts et dynamiques.

Les communications avec le GPS

• Le standard NMEA 0183 (tout GPS) : définition, reference manual. Le débit standard est de 4800bauds.
• Les protocoles binaires propriétaires : au cas par cas selon les marques de GPS (déconseillé)

Le plus simple est donc d'envoyer une trame NMEA contenant par exemple $GPGLL. Cette solution permet d'utiliser la plupart des logiciels commerciaux pour recevoir les trames GPS (trames en ASCII).

Envoyer les données par télémesure

Voir l'article Le KIWI couplé à un GPS.

Quel logiciel de décodage et cartographie utiliser ?

Il est possible d'afficher la trajectoire du ballon sur un carte en utilisant des logiciels tels KEasy.
Il est également possible d'afficher la position d'une GPS relié au PC, ce qui permet de faire de la "chasse au ballon".

Questions diverses

Est-ce que le signal du GPS risque d'être brouillé ?

Pour les projets utilisant un émetteur (ce qui est généralement préférable si on veut transmettre la position GPS !), on peut en effet craindre que le Kiwi Millenium brouille la réception GPS. Même si les fréquences des deux systèmes sont très différentes, le récepteur GPS peut utiliser une fréquence intermédiaire proche de celle du Kiwi, auquel cas on risque des perturbations.

En pratique, nous n'avons pas connaissance de tels brouillages. Quelques cas de mauvais fonctionnement du GPS avec un émetteur ont été rapportés, mais il semblerait qu'il s'agisse plutôt de perturbations venant de l'alimentation.

Si vraiment le problème apparaît, sur un ballon, il est toujours possible de placer l'antenne au milieu de l'anneau anti-torche, mais le récepteur, à l'intérieur de la nacelle, est toujours susceptible d'être perturbé par l'émetteur.

Une autre solution est d'éloigner l'antenne d'émission sous le ballon, avec un long câble coaxial. Voir les consignes plus générales de Compatibilité électro-magnétique.

Est ce que le capteur GPS fonctionnne de mannière fiable en haute altitude?

Il y a pas mal d'anciens recepteurs GPS qui ne fonctionnnent pas au dessus d'une altitde de 18km. L'altitude maximale de fonctionnement est décrite dans la fiche de description du recepteur. Les récepteurs à base de SiRF I & II n'y arrivent jamais, cependant quelques récepteurs SiRF III passent les 18km.

Quelle précision et comment l'augmenter?

En moyenne vous avez une précision de 5-20m pour un module normal. Les récepteurs DGPS arrivent à des précision de 3-5m (en fonction de la distance à la prochaine balise de référence) et les récepteurs capable WAAS à des précisions largement en desosus de 3m. Les modules SiRF sont abordales et disposent de ces fonctions (suivant le modèle) qu'il suffit juste d'activer

Un peu d'histoire : Mai 1993

Voici le compte-rendu d'un des tous premiers ballons équipés d'un GPS, en 1993... En plus de l'aspect historique, ce document comporte une intéressante introduction au GPS, toujours d'actualité. Ce projet a aussi servi de validation de l'émetteur Toucan, ancêtre du Kiwi.

Télécharger Radio-Navigation GPS (pdf, 2Mo, version 1993)