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Modélisation de la propagation troposphérique des signaux de positionnement par satellites : un tour d'horizon / Camille Desjardins (2014)  

Public Titre : Modélisation de la propagation troposphérique des signaux de positionnement par satellites : un tour d'horizon Type de document : Thèse/HDR Auteurs : Camille Desjardins, Auteur ; Richard Biancale, Directeur de thèse Editeur : Toulouse : Université de Toulouse 3 Paul Sabatier Année de publication : 2014 Importance : 326 p. Format : 21 x 30 cm Note générale : bibliographie Thèse en vue de l’obtention du doctorat de l’université de Toulouse III - Paul Sabatier, Spécialité : Sciences de la Terre et des planètes solides Langues : Français (fre) Descripteur : [Termes IGN] analyse de sensibilité [Termes IGN] eau pluviale [Termes IGN] lancer de rayons [Termes IGN] modèle atmosphérique [Termes IGN] modèle numérique [Termes IGN] neige [Termes IGN] précision millimétrique [Termes IGN] propagation troposphérique [Termes IGN] retard troposphérique [Vedettes matières IGN] Traitement de données GNSS Index. décimale : THESE Thèses et HDR Résumé : (auteur) Les signaux électromagnétiques micro-ondes utilisés par les systèmes de positionnement par satellites, se propagent à la vitesse de la lumière en ligne droite dans le vide mais ont leur propagation modifiée par l’atmosphère terrestre. Dans la basse atmosphère nommée troposphère où se déroulent la majorité des phénomènes météorologiques, ces ondes sont ralenties et leur trajectoire est infléchie. Ces effets sont pris en compte dans les équations de mesures des systèmes de navigation par satellites par un terme correctif appelé délai troposphérique dépendant de la composition de l’atmosphère et de ses variations spatiales et temporelles. Dans un premier temps, ce travail de thèse se focalise sur plusieurs points de la modélisation des délais troposphériques utilisant l’information tridimensionnelle contenue dans les analyses du centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (ECMWF). La variation spatiale des délais obtenus est conservée précisément dans une fonctionnelle nommée Adaptive Mapping Function (AMF) et paramétrée par quelques dizaines de coefficients. Une amélioration de la description des variations verticales et horizontales des paramètres météorologiques dont les délais sont déduits, est proposée permettant ainsi une meilleure cohérence avec les lois physiques régissant chacun de ces paramètres. Une analyse de la sensibilité des délais troposphériques à différentes hypothèses simplificatrices de modélisation est ensuite effectuée confirmant que celles utilisées nominalement sont compatibles avec notre objectif de modéliser les délais troposphériques à la précision millimétrique. Enfin, l’influence de l’eau liquide et des cristaux de glace contenus dans l’atmosphère sur le délai troposphérique, classiquement négligée en géodésie spatiale, est étudiée. La contribution de ces phases de l’eau, fortement variable temporellement et spatialement, peut représenter jusqu’à 1 % du délai troposphérique et apparaît ainsi clairement non négligeable pour les applications géodésiques recherchant une précision millimétrique. Dans un second temps, dans le cadre de restitutions d’orbites GPS, la cohérence subcentimétrique des délais troposphériques sans ajustement calculés avec cette modélisation est démontrée. Lorsqu’en complément certains des coefficients des AMF sont ajustés, la précision des restitutions d’orbites effectuées avec cette modélisation troposphérique est celle des solutions actuelles, avec une moyenne quadratique de l’ordre de 7 à 8 mm. Ce seuil pourrait être imposé par des biais instrumentaux ou d’autres modélisations intervenant dans le problème d’orbitographie GPS ayant une précision plus élevée que la modélisation de la propagation troposphérique telle qu’elle est développée dans cette étude et qui limiteraient ainsi la détermination de la précision intrinsèque des AMF. En revanche, cette étude montre clairement que l’utilisation de cette modélisation de la propagation troposphérique améliore significativement la répétitivité horizontale des positions de stations par rapport à l’approche communément utilisée et recommandée par l’International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS). Note de contenu : Introduction 1 Les effets de l’atmosphère neutre sur les ondes électromagnétiques 1.1 L’atmosphère terrestre 1.2 Propagation des ondes dans la troposphère 1.3 Modélisation du retard de propagation troposphérique 2 Construction des Adaptive Mapping Functions 2.1 Présentation du modèle 2.2 Présentation du modèle de prévision numérique de l’ECMWF et de ses sorties 2.3 Un tour d’Horizon 2.4 Lecture des données météorologiques et sélection du volume de travail 2.5 Détermination de la position géodésique des données météorologiques 2.6 Le ray-tracing 2.7 Détermination des AMF à partir des rayons 3 Développement d’une formulation continue de l’indice de réfraction et de ses dérivées spatiales 3.1 Détermination de l’indice de réfraction 3.2 Détermination des dérivées spatiales de l’indice de réfraction 4 Géométrie du champ de réfractivité : quelles alternatives ? 4.1 Sur l’asymétrie de l’atmosphère 4.2 Sur la prise en compte de la courbure de la Terre 4.3 Sur la détermination de la hauteur ellipsoïdale des niveaux modèle 4.4 Sur l’expression de la réfractivité 4.5 Conclusion du chapitre 5 Influence des hydrométéores sur le délai troposphérique 5.1 Séries temporelles de délais zénithaux 5.2 Étude de cas : orages d’été à Toulouse 5.3 Étude de cas : le typhon Wipha sur Tsukuba 5.4 Synthèse et conclusion du chapitre 6 Performances des AMF dans le cadre de restitutions d’orbites GPS 6.1 Rappels sur le principe du GPS 6.2 Description des expériences de restitutions d’orbites GPS 6.3 Sur l’interpolation temporelle des délais 6.4 Perturbations du calcul des AMFs 6.5 Ajustements des coefficients des AMF 6.6 Comparaisons à l’approche standard 6.7 Synthèse et conclusion du chapitre Conclusions et perspectives Numéro de notice : 14937 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Thèse française Note de thèse : thèse de doctorat : Sciences de la Terre et des planètes solides : Toulouse 3 : 2014 nature-HAL : Thèse DOI : sans En ligne : https://hal.science/tel-01131181v1 Format de la ressource électronique : URL Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=77483