Test SMARTNAV RTK avec GUIDE GNSS en zone urbaine.

Drotek a eu l’opportunité de tester SMARTNAV RTK avec du matériel de qualité aéronautique. Ce test a été mené en étroite collaboration avec GUIDE GNSS (GNSS Usage Innovation and Development of Excellence), un satellite de test de systèmes de géo-positionnement.
Il est aujourd’hui assez clair que le RTK L1 offre de bonnes performances dans des environnements dits “faciles” à ciel ouvert. Mais nous voulions tester ses performances dans des environnements bien plus compliqués.
GUIDE est équipé d’une GBOX, une “black box” contenant une centrale inertielle de qualité aéronautique ainsi que d’un récepteur multi-constellation L1/L2 AsterX.

L’antenne était placée sur le toit d’une voiture.

Nous avons placé deux dispositifs sur la voiture :
– un SMARTNAV (avec sa propre antenne), sauvegardant les données brutes pour post-traitement,
– un SMARTNAV connecté au splitter de l’antenne de la voiture, effectuant des calculs NRTK (Network RTK) grâce au réseau de corrections Teria.
Les environnements que nous voulions tester étaient les suivants :

– Différences de hauteur (>10%)

– Ponts et tunnels

– Rond-points larges

– Zone urbaine (densité moyenne)

– Canyon urbain

– Rues boisées

L’image suivante présente deux trajectoires:

  • – La trajectoire en bleu représente la trajectoire de référence,
  • – L’autre trajectoire visible est le résultat pseudo-brute de sortie du L1 NRTK ( en rouge pour une solution single, en jaune pour une solution float et vert pour une solution fix). La solution est pseudo-brute car l’algorithme différentiel du RTK est appliqué de manière constante, sans vérification du résultat ( nous verrons plus tard que tous les sauts de position peuvent être corrigés en vérifiant le résultat ). La solution single apparaît lorsque le positionnement se fait sans données différentielles RTK ou lorsque leurs signaux sont trop faibles. Cette solution est la même qu’un GNSS L1 ordinaire. la solution float est obtenue lorsque les ambiguïtés entre base et rover ne sont pas résolues ( lorsque les décimales du nombre entier correspondant à la différence de longueur d’onde entre les satellites et chaque récepteurs sont estimées approximativement ). La solution fix se présente lorsque ces ambiguïtés sont calculées sans approximation ( situation où la précision est la meilleure ).

1 – Point de départ

Il est important de comparer les deux sorties au début du test, lorsque la voiture a été à l’arrêt pour un long moment.

Le NRTK L1, comme attendu, met beaucoup de temps à se focaliser ( environ 7 minutes avec un ciel couvert, un building à proximité ). Étrangement, la focalisation de la position de référence n’est pas immédiate, même si elle reste très rapide. On voit une différence de positionnement de 70cm. La voiture est restée immobile pendant 30 minutes une fois les positions focalisées. Sur cette durée il n’y a eu aucun positionnement décrivant une distance entre les localisations de plus de 70 cm.
On peut déjà constater que la dispersion du NRTK L1 n’est pas si différente de la référence, ce qui suggère une hypothèse selon laquelle les systèmes L1/L2 sont uniquement plus accessibles et non pas plus précis que les systèmes L1.

En général, le NRTK L1 a obtenu 27% de fix, 62,5% de float et 10,5% de single. Un post-traitement sur les données brutes du L1/L2 ( sans couplage aux IMUs ) montre 50,6% de fix, 46,1% de float, et 3,2% de single avec les mêmes données que le NRTK L1. Il faut faire attention en interprétant ces chiffres car le post-traitement prend en compte le fait que les données différentielles peuvent être retardées ou irrégulières, particulièrement dans un environnement urbain dense.

2 – Début du trajet

Un même décalage est présent pendant la première partie du test. Il est précisément constant.

 

Les premiers arbres perturbent les signaux. La plus grande différence par rapport à la trajectoire de référence est d’environ 2m.

3 – Variation de hauteur

Chaque fois qu’un fix était obtenu lors du test, la déviation maximum observée entre les trajectoires était d’environ 20cm. Néanmoins, il n’y avait pas de signal LTE pendant cette partie du test, impliquant une solution single du système.

La sortie est celle de la puce U-Blox M8T directement ( pas de l’Edison ), avec le modèle de filtre dynamique. La fiabilité de la solution est plutôt bonne, la déviation oscillant entre 0 et 5m autour de la trajectoire de référence.
Dés lors que les données différentielles sont obtenues de nouveau, la réacquisition est rapide même s’il y a un décalage de moins d’un mètre au commencement.

4 – Ponts et tunnels

Sur la route avec ciel dégagé, la déviation entre les deux trajectoires est inférieure à 20cm, même lorsque la solution float est obtenue.

Le but de ce test était de voir avec quelle rapidité le signal différentiel pouvait être acquis à nouveau et comment cela affecte la qualité de la solution obtenue.

La ré-acquisition du signal est quasiment instantanée et les solutions se retrouvent après quelques epochs.

 

5 – Grands rond-points

La déviation par rapport à la trajectoire de référence est excellente, même s’il n’est pas simple de mesurer la répétitivité du RTK avec ces observations et mesures.

6 – Quartier résidentiel

Cet environnement se présente comme très difficile pour le NRTK. En général, sa trajectoire suit bien celle de la référence, mais il y a un grand nombre de sauts de trajectoire sur les données de sortie brutes du NRTK.

7 – Canyon urbain

Avec la plus petite visibilité du ciel possible, le résultat en sortie n’est plus fiable du tout.

Même le système de référence ne donne pas de résultat à certains instants du parcours.

8 – Rues couvertes d’arbres

Les feuilles absorbent et réfléchissent les signaux, et créent une grande quantité de positions. Au moment du test il n’y avait quasiment aucune vue directe du ciel. Cela résulte en de nombreux sauts et un positionnement très peu fiable.

9 – Répititivité

Les tests en milieu urbain ne nous permettent pas de mesurer la répétitivité des résultats du système, nous avons donc décidé de réaliser un test supplémentaire : nous avons essayé de décrire avec un RTK la forme carrée d’une table :

La forme a été décrite et répétée de nombreuses fois et la déviation mesurée n’a jamais excédé les 5cm.

10 – Conclusions :

  • – Le NRTK L1 donne de bons résultats dans des milieux modérément couverts du ciel.
  • – Le NRTK L1 n’est pas fiable dans des milieux très couverts, mais en complément des solutions single du L1, il peut être très fiable grâce à la sensibilité de la puce M8T.
  • – Une bonne répétitivité est atteinte avec ce système.
  • – La précision dépend du temps de focalisation.
  • – La récupération du signal est extrêmement rapide.
  • – À certains moments un décalage apparaît, mais il est difficile de déceler d’où il provient. Un post-traitement sur les données L1/L2 (sans couplage aux IMUs) montre des décalages par rapport à la trajectoire de référence. La technique utilisée (interruptions entre chaque test) pourrait-elle avoir dégradé la qualité de la trajectoire de référence?