Le RTK

Le RTK  (pour « Real Time Kinematic » ou Cinématique Temps réel) est une technique de positionnement par satellite, tout comme le GPS. Mais à l’instar de ce dernier ou du dGPS, le RTK peut atteindre une précision au sol de quelques centimètres, ce qui peut être très important dans certains domaines, dans l’agriculture notamment.

Le fonctionnement du système RTK se rapproche de celui du dGPS par le fait qu’il utilise le principe d’une base pour améliorer la précision.

La correction du signal GPS va s’effectuer grâce aux ondes L1 et L2 reçues (voir fonctionnement du GPS). Les informations initialement contenues dans ces ondes (position du satellite, …) vont être dans ce cas là inutiles, seule l’onde en elle-même va permettre le calcul. La base va plus particulièrement utiliser l’onde L1 et sa phase porteuse (qui verra un de ses paramètres (amplitude, fréquence, …) être modifié par les informations qu’elle contient).
La mesure de son déphasage consiste à comparer la phase de l’onde reçue au récepteur avec la phase d’une onde générée à l’intérieur du récepteur. Cette mesure va pouvoir être convertie en mètre grâce à la longueur d’onde L1 connue (19 cm).
Mais nous faisons face à un problème, en effet, nous ne connaissons pas le nombre exact de cycles déjà effectués avant que l’onde atteigne le récepteur, c’est « the integer ambiguity » (l’ambiguïté des entiers ou encore l’ambiguïté de phase initiale.). Pour corriger cette inconnue, on utilise le récepteur. En effet, il est en mesure de compter le nombre entier de cycles (et la partie fractionnaire) cumulés depuis t0 (le moment de l’émission de l’onde par le satellite). Mais ceci seulement s’il n’y a pas d’interruption dans l’observation du signal en provenance du satellite.
Ces interruptions, appelées sauts de cycles, peuvent être causées par des obstructions sur le trajet satellite-récepteur (arbres, bâtiments, par exemple).
La mesure de phase est donc une mesure très précise de la variation de la distance satellite-récepteur depuis t0. Lorsqu’on parvient à déterminer l’ambiguïté de phase initiale, la mesure de la distance atteint une précision de quelques millimètres.

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Après avoir trouvé une correction, la station va devoir communiquer ce résultat à l’utilisateur. Pour cela, on a recours le plus souvent à une radio, mais l’utilisation d’Internet est aussi possible.
La portée de la transmission par radio se fait jusqu’à environ 10 km, dans lesquels le récepteur captera le signal. Mais ce n’est pas parce que le récepteur reçoit un signal que la position sera calculée avec précision. En effet, plus le récepteur s’éloigne de la base, plus il sera susceptible de se trouver dans des conditions atmosphériques différentes. La base donnerait donc des corrections inappropriées. Il est aussi possible que des obstacles naturels comme une colline puissent interférer et bloquer le signal d’une base, c’est donc pour cela que l’on introduit des antennes, ou répéteurs, permettant de répliquer le signal et franchir des obstacles.

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Illustration du besoin de répéteur de signal

La correction calculée puis transmise constitue le principe du RTK.
Mais de plus en plus d’agriculteurs se regroupent pour valoriser l’investissement d’une base RTK. Dans ce cas, tous les guidages doivent provenir du même constructeur puisque le signal émis par la base est dans un format propriétaire. Le format propriétaire consiste à ce que le format d’émission du signal ne soit compréhensible que par les récepteurs du même constructeur. Le signal sera donc non utilisable (ou utilisable partiellement) par les systèmes concurrents.

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Les bases émettent le signal corrigé sous un format « propriétaire », pour l’utiliser, il faut avoir le système de guidage compatible et donc dans la plupart des cas, de la même marque.

Lorsque plusieurs bases RTK émettent leur signal dans une même parcelle ou dans un même espace, on peut constater que les tracteurs sont perdus. En effet s’il existe deux fréquences sur lesquelles les signaux de correction peuvent être envoyés, 2 bases pourront être utilisées sans problèmes de superposition.Si une troisième base doit utiliser une fréquence, elle est obligée d’avoir recours à une déjà utilisée, créant un espace dans lequel les récepteurs seront perdus car ils reçoivent des informations différentes sur le même endroit (voir figure 3).

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Un tracteur présent dans la zone hachurée sera perdu, car deux stations émettent à la même fréquence.

Pour résoudre ce problème,  il faut demander l’attribution d’une fréquence auprès de l’ARCEP (Autorité de Régulation des Communications Electroniques et des Postes) contre une rétribution annuelle. Avec la multiplication des bases, la disponibilité de fréquence devient problématique.
La mutualisation à aussi des limites, en effet, il faut toujours garder à l’esprit que les stations ont un rayon d’émission limité (de 10 km environ, mais qui peut descendre à seulement quelques kilomètres selon la topographie du terrain). C’est pour cela que lorsque deux agriculteurs optent pour une mutualisation des bases en vue d’une réduction des charges financières, leurs parcelles doivent forcément se trouver dans le rayon d’émission.
Un réseau de base RTK permet de couvrir une zone plus large (en cumulant les bases), mais il faut penser à utiliser plusieurs fréquences pour ne pas perturber les machines agricoles. Ainsi, chaque récepteur (système de guidage) se connecte à une station à la fois, la plus proche et change de station lorsqu’il passe sous la portée d’une autre base RTK.

Les réseaux multi-stations sont une autre possibilité : ceci consiste tout simplement à récolter les informations de plusieurs bases RTK et de les regrouper dans un serveur central. Les stations sont toutes reliées en réseau à des serveurs de données et transmettent leurs informations GPS toutes les secondes.Le logiciel GPSNet (TrimbleTerrasatGmbH) installé sur les serveurs enregistre alors ces données et effectue des calculs afin de minimiser les erreurs systématiques (ionosphère, troposphère,orbites des satellites, multipath, etc.). Lorsqu’un utilisateur vient se connecter sur le réseau, le logiciel modélise les différentes sources d’erreurs en s’appuyant sur les données des stations de référence. Il insère l’influence de ces erreurs à proximité de l’utilisateur en créant une station virtuelle de référence (VRS). L’utilisateur utilise des algorithmes RTK classiques à partir de cette station virtuelle (VRS). Ceci augmentera la précision jusqu’à 2,5 cm.

Lien vers la suite : https://agriculturedeprecision.wordpress.com/guidage_assiste_agri/

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