CENTRE DE DOCUMENTATION DE L'INSTITUT NATIONAL DE … · Titre Cours de topométrie approfondie ... Titre Topographie opérationnelle ... trouvera notamment la description précise

CENTRE DE DOCUMENTATION DEL'INSTITUT NATIONAL

DE L’INFORMATION GEOGRAPHIQUE ET FORESTIERE

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Bibliographie :

Positionnement précis en milieux difficilesRéférences scientifiques

Mars 2013

DOCUMENTS DISPONIBLES AU CENTRE DE DOCUMENTATION

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CENTRE DE DOCUMENTATION DE L’IGN6/8 Avenue Blaise Pascal - Cité Descartes - Champs sur Marne 77455 Marne la Vallée cedex 2Tél. : 01.64.15.32.80Télécopie : 01.64.15.32.84Mél : [email protected] Web : http://www.ensg.eu

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Cette bibliographie a été préparée à l’occasion du forum PPMD 2013 (Positionnement, Photogrammétrie Mouvement et Déformation) organisé par la promotion du Mastère du même nom à l’ENSG, Marne-la-Vallée. Cette bibliographie ne prétend pas à l’exhaustivité.

Les références bibliographiques sont présentées par thématiques puis par type de document, dans un ordre croissant de date. Les monographies portent sur les dix dernières années et les articles sur les quatre dernières années de parution.

Les thématiques abordent le positionnement précis en milieux difficiles, puis, les précisions requises.Les langues précisées sont toutes différentes du français.

Les ouvrages sont disponibles au Centre de Documentation de l’IGN. Le catalogue du Centre est aussi accessible par Internet. http://www.ensg.eu

SOMMAIRE

1. GÉNÉRALITÉS .................................................................................................................................................... 3

2 MILIEUX DIFFICILES ............................................................................................................................................... 5

2.1 Régions polaires ......................................................................................................................................... 5 2.2 Positionnement en intérieur ........................................................................................................................ 7 2.2.1. Monographies ......................................................................................................................................... 7 2.2.2 Article ....................................................................................................................................................... 9 2.3 Surveillance d’ouvrage .............................................................................................................................. 10

3 PRÉCISION ....................................................................................................................................................... 11

3.1 Précision centimétrique ............................................................................................................................. 11 3.1.1 Monographies ........................................................................................................................................ 11 3.1.2 Articles ................................................................................................................................................... 15 3.2 Précision millimétrique .............................................................................................................................. 17 3.2.1 Monographies ........................................................................................................................................ 17 3.2.2 Articles ................................................................................................................................................... 20 3.3 Positionnement ponctuel précis ................................................................................................................ 20 3.3.1 Monographies ........................................................................................................................................ 20 3.3.2 Articles ................................................................................................................................................... 21

Bibliographie du Centre de documentation de l’IGN – Forum PPMD 2013 – Mars 2013 - Page 2

1. GénéralitésTitre GPS: Theory, algorithms and applicationsAuteur(s) XU (G.)Edition Berlin : SPRINGER, 2003Langue AnglaisCollation 315 pagesMots clés AMBIGUITE ENTIERE, ANTI-LEURRAGE, CENTRE DE PHASE, COMPENSATION PAR

MOINDRES CARRES, EFFET ATMOSPHERIQUE, ELEMENT ORBITAL, ERREUR SYSTEMATIQUE, FILTRE DE KALMAN, GPS EN MODE CINEMATIQUE, GPS EN MODE STATIQUE, HORLOGE ATOMIQUE, MESURAGE PAR SPS, ORBITE KEPLERIENNE, ORBITOGRAPHIE, POSITIONNEMENT CINEMATIQUE, POSITIONNEMENT PAR GPS, PROPAGATION IONOSPHERIQUE, PROPAGATION TROPOSPHERIQUE, RESOLUTION D'AMBIGUITE, SYSTEME DE COORDONNEES, TRAITEMENT DE DONNEES GNSS, TRAJET MULTIPLE

N° notice 15064Cote 30.61Résumé d’éditeur This reference and handbook describes Global Positioning system (GPS) theory,

algorithms and applications. It is primarily based on source-code descriptions of the KSGSoft program developed by the author at the GFZ in Postdam. The theory and algorithms are revised and extended for a new development of a multiple functional GPS software. New concepts suchs as the unified GPS data processing method and ambiguity-ionospheric algorithm, as well as general ambiguity search criteria, are reported for the first time. Mathematically rigorous, the book begins with the basics of coordinate and time systems and satellite orbits, as well as GPS observables, and deals with topic such as physical influences, observation equation, adjustment and filtering, ambiguity resolution, data processing, kinematic positioning, and, the determination of perturbed orbits.

Titre Cours de topométrie approfondie ES2 : Fasc. 1 la méthode des moindres carrés en topométrie et géodésie : présentation générale et nivellement, Fasc. 2 la méthode des moindres carrés en topométrie et géodésie : ajustement des réseaux traditionnels, Fasc. 3 interférométrie et étalonnage, Fasc. 4 topométrie tridimensionnelle, dernière révision juin 2003

Auteur(s) DUQUENNE (H.)Edition Le Mans : ECOLE SUPÉRIEURE DES GÉOMÈTRES ET TOPOGRAPHES ESGT, 2003Collation 70 pagesMots clés COMPENSATION PAR MOINDRES CARRES, DISTANCEMETRE, ERREUR ALEATOIRE,

ERREUR SYSTEMATIQUE, ESTIMATION STATISTIQUE, ETALONNAGE D'INSTRUMENT, MESURAGE ELECTRONIQUE DE DISTANCES, METHODE DES MOINDRES CARRES, METHODE DU MAXIMUM DE VRAISEMBLANCE, POSITIONNEMENT TRIDIMENSIONNEL, PRECISION DES MESURES, REPERE DE REFERENCE, RESEAU DE NIVELLEMENT SPECIFIQUE, RESEAU GEODESIQUE SPECIFIQUE, RESEAU TRIDIMENSIONNEL, TOPOMETRIE

N° notice 14661Cote 32.00

Titre GPS : localisation et navigation par satellites, 2e édition revue et augmentéeAuteur(s) BOTTON (S.), DUQUENNE (F.), PEYRET (F.), BETAILLE (D.) et WILLIS (P.)Edition Paris : HERMÈS, 2005Collation 330 pagesMots clés EFFET ATMOSPHERIQUE, GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM, GLOBAL

POSITIONING SYSTEM, GPS EN MODE STATIQUE, MESURAGE PAR SPS, NAVIGATION, POSITIONNEMENT ABSOLU, POSITIONNEMENT CINEMATIQUE, POSITIONNEMENT DIFFERENTIEL, POSITIONNEMENT DYNAMIQUE, POSITIONNEMENT STATIQUE, RECEPTEUR GPS, RESEAU GEODESIQUE PERMANENT, SYSTEME DE REFERENCE GEODESIQUE, TEMPS REEL

N° notice 15145Cote 30.61Résumé d’éditeur L'arrivée prochaine de Galileo, équivalent européen du GPS américain et du GLONASS

russe, est à l'origine d'une prise de conscience européenne très forte et nouvelle sur l'importance de la maîtrise de la position des objets et des personnes qui nous entourent.


Dans cette dynamique à forte croissance, les auteurs ont jugé indispensable de mettre à jour cet ouvrage de référence sur la technologie de positionnement par satellites.Les principales nouveautés de cette nouvelle édition sont :• l'introduction de GLONASS, EGNOS et Galileo en fin du chapitre 1

• le poids apporté au positionnement dynamique (chapitre 3 entièrement remanié) ; • un nouveau texte (chapitre 4) sur les applications hors positionnement: transfert de

temps, applications météorologiques et mesures d'attitude.

Titre A-GPS: assisted GPS, GNSS, and SBASAuteur(s) VAN DIGGELEN (F.)Edition Londres, Washington : ARTECH HOUSE, 2009Collection GNSS Technology and applications series, Langue AnglaisCollation 380 pagesMots clés DILUTION OF PRECISION, EPHEMERIDES DE SATELLITES, GNSS ASSISTE POUR LA

NAVIGATION, GPS ASSISTE POUR LA NAVIGATION, POSITIONNEMENT EN INTERIEUR, POSITIONNEMENT PAR GPS, RECEPTEUR GPS, SYSTEME D'EXTENSION, TRAITEMENT DU SIGNAL

N° notice 20463Cote 30.61Résumé d’éditeur Assisted GPS (A-GPS) has been developed to provide greatly improved capabilities,

helping GPS work better and faster in almost any location. Offering a detailed look at all the technical aspects and underpinnings of A-GPS, this unique book places emphasis on practical implementation. The book reviews standard GPS design, helping you understand why GPS requires assistance in the first place. You discover how A-GPS enables the computing of a position from navigation satellites in the absence of precise time – a topic not covered in any other book. Moreover, you learn how to design and analyze a high sensitivity GPS receiver and determine the achievable sensitivity. The book provides detailed worksheets that show how to compute, analyze, and improve the processing gain from the input signal at the antenna to the signal after the correlators. These worksheets are used in the book to generate families of curves that completely characterize receiver sensitivity, parameterized in terms of front end noise figure, coherent and noncoherent integration times. From this work a law of achievable sensitivity is derived and explained in the book. This cutting-edge volume discusses special forms of assistance data, industry standards for A-GPS, and government mandates for location of mobile phones. You also find coverage of future global navigation satellite systems and how they can be designed specifically for instant-fixes and high sensitivity. The book features numerous tables, worksheets, and graphs that illustrate key topics and provide the equivalent of a technical handbook for engineers who design or use A-GPS.

Titre GNSS: Applications and methodsAuteur(s) GLEASON (S.) et GEBRE-EGZIABHER (D.)Edition Londres, Washington : ARTECH HOUSE, 2009Collection GNSS Technology and applications series, Langue AnglaisCollation 508 pagesMots clés CENTRALE INERTIELLE, COMPASS SATELLITE NAVIGATION SYSTEM, DETECTION DU

SIGNAL, GALILEO, GEODESIE SPATIALE, GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM, GLOBAL POSITIONING SYSTEM, GNSS ASSISTE POUR LA NAVIGATION, GNSS EN MODE DIFFERENTIEL, GPS-INS, INTERFERENCE, LOGICIEL DE POST-TRAITEMENT GPS, LORAN (système), NAVIGATION AERIENNE, NAVIGATION INERTIELLE, NAVIGATION SPATIALE, OCCULTATION DU SIGNAL, POSITIONNEMENT DIFFERENTIEL, POSITIONNEMENT EN INTERIEUR, POSITIONNEMENT PAR GNSS, POURSUITE DE SATELLITE, RADIOFREQUENCE, RECEPTEUR GPS, SIGNAL GNSS, SIMULATION, SYSTEME DE NUMERISATION MOBILE, TRAITEMENT DU SIGNAL, TRANSMISSION DE DONNEES

N° notice 20459Cote 30.70Résumé d’éditeur Over the past few years, the growth of GNSS applications has been staggering. And, this

trend promises to continue in the foreseeable future. Placing emphasis on applications development, this unique resource offers a highly practical overview of GNSS (global navigation satellite systems), including GPS. The applications presented in the book range from the traditional location applications to combining GNSS with other sensors and systems and into more exotic areas, such as remote sensing and space weather


monitoring. Written by leading experts in the field, this book presents the fundamental underpinnings of GNSS and provides you with detailed examples of various GNSS applications. Moreover, the software included with the book contains valuable processing tools and real GPS data sets to help you rapidly advance your own work in the field. You will find critical information and tools that help give you a head start to embark on future research and development projects.

Titre Topographie opérationnelle : mesures, calculs, dessins, implantationsAuteur(s) BRABANT (M.), PATIZEL (B.), PIEGLE (A.) et MULLER (H.)Edition Paris : EYROLLES, 2011Collection Blanche BTP, Collation 396 pagesMots clés CARTE TOP 25, DESSIN CARTOGRAPHIQUE, DONNEES TOPOMETRIQUES,

ERREUR SYSTEMATIQUE, IMPLANTATION D'UN OBJET, LEVER DES DETAILS, LEVER SOUTERRAIN, LEVER TACHEOMETRIQUE, MESURAGE D'ANGLES, MESURAGE DE DISTANCES, NIVELLEMENT DIRECT, NIVELLEMENT INDIRECT, PLAN, POSITIONNEMENT PAR GNSS, PRECISION DES MESURES, SYSTEME DE COORDONNEES, SYSTEME DE REFERENCE GEODESIQUE, THEODOLITE

N° notice 20572Cote 32.00Résumé d’éditeur Dans ce nouveau manuel volontairement opérationnel et abondamment illustré, on

trouvera notamment la description précise des instruments de mesure et un exposé détaillé des méthodes de travail, avec calculs, dessins et techniques d'implantation. Destiné à la formation des topographes, il permettra aussi aux praticiens confirmés, de l'opérateur à l'ingénieur, d'actualiser leurs connaissances.

Titre GNSS : systèmes globaux de positionnement par satelliteAuteur(s) BOSSER (P.)Edition Marne-la-Vallée : ENSG, 2012Collation 111 pagesMots clés COMPASS SATELLITE NAVIGATION SYSTEM, ERREUR ALEATOIRE, ERREUR

SYSTEMATIQUE, GALILEO, GLOBAL ORBITOGRAPHY NAVIGATION SATELLITE SYSTEM, GLOBAL POSITIONING SYSTEM, MESURAGE DE PHASE, MESURAGE PAR SPS, POSITIONNEMENT ABSOLU, POSITIONNEMENT DIFFERENTIEL, RESEAU GEODESIQUE PERMANENT, SYSTEME DE POSITIONNEMENT PAR SATELLITES


2 Milieux difficiles

2.1 Régions polaires

Titre Positionnement géodésique à haute fréquence de réseaux GNSS terrestres et marins *= Thèse de doctorat astronomie et astrophysique, spécialité géodésie spatiale

Auteur(s) MELACHROINOS (S.), BIANCALE (R.) et BOUGEARD (M.)Edition Paris : OBSERVATOIRE DE PARIS, 2007Langue AnglaisCollation 253 pagesMots clés ANALYSE COMPARATIVE, DEFORMATION DE LA CROUTE TERRESTRE, GINS, GLOBAL

NAVIGATION SATELLITE SYSTEM, POSITIONNEMENT PAR GNSS, SURCHARGE OCEANIQUE

N° notice 10698Cote PDFRésumé d’auteur L'équipe géodésique du GRGS, du Centre National d'Etudes Spatiales, a saisi

l'importance des systèmes GNSS sur la détermination du système international de référence terrestre et la détermination des paramètres des mouvements du Pôle via le projet pilote des Centres de Recherche et des Combinaisons (CRC) de l'IERS. L'observation des déformations surfaciques de la croûte Terrestre mesurée par des stations permanentes GNSS est un sujet que le CNES/GRGS voulait investiguer. L'impact de tels types de déformations sur les applications scientifiques de la géodésie


de très haute précision ne peut plus être négligé comme c'est déjà mentionné dans les conventions de l'IERS pour 2003. En parallèle les besoins en océanographie et en altimétrie pour des mesures indépendantes de variations du niveau des océans, ainsi que leurs validations et comparaisons croisées à partir des traceurs flottants sur des bouées et des bateaux ou des marégraphes co-localisées avec des stations permanents GPS, ont imposé l'utilisation des récepteurs du système GNSS. Dans une première partie de la thèse, je présente une recherche bibliographique sur les caractéristiques principales de quatre systèmes du positionnement global par satellites et qui constitueront le futur système global des systèmes de navigation. Les bénéfices et les complexités des futures combinaisons des multiples observables de phase et de code sont appréhendés. Dans une deuxième partie de la thèse, je me concentre sur la définition des composantes géodésiques utilisées pour le positionnement par GNSS. Les modèles observationnels et les plus récentes évolutions en matière de précision et d'exactitude des GNSS qui ont occupé mes recherches pendant mon projet, sont simultanément présentés. Les erreurs dues à des effets systématiques qui perturbent la précision sur la détermination des positions des stations sont estimées. Ces effets se trouvent soit au niveau du prétraitement des mesures, soit en provenance des délais exercés sur la propagation des signaux, soit dues aux déplacements de la croûte terrestre sur laquelle se positionnent les stations. Dans une troisième partie de la thèse, je présente tout d'abord le logiciel scientifique GINS qui a constitué l'outil principal de mes études ainsi que les modifications que j'ai apportées. Je présente ensuite, les différents tests de validations que j'ai effectuées pour évaluer les modifications telles que : les comparaisons sur les positions des stations à des séries temporelles de haute fréquence avec des résultats en provenance des logiciels globalement connus dans la communauté géodésique ; les comparaisons d'orbite GINS GNSS par rapport aux orbites précises de l'IGS pour valider des nouveaux modèles de radiation de pression solaire implémentés pour les satellites GPS comme le modèle « Boxand- Wing » ; puis pour préparer les premiers pas vers l'exploitation scientifique de Galileo, l'évaluation sur la précision de l'orbite du premier satellite du système de navigation européen GIOVE-A. Dans une quatrième partie, l'étude principale sur les paramètres de la surcharge océanique dans des régions côtières complexes, comme en Bretagne, est présentée. Les modifications récentes et validées dans la troisième partie pour le positionnement par GNSS dans GINS, sont utilisées. La méthode implémentée a pour but d'utiliser une campagne GPS destinée à évaluer/valider les modèles de marées dans la région. L'impact des déplacements verticaux non modélisés des stations géodésiques sur les paramètres troposphériques est quantifié. D'ailleurs, la stabilité du datum (système de référence) utilisé pour l'alignement des solutions GNSS sur le système de référence terrestre et ses influences sur les séries temporelles finales des coordonnées des stations sont examinées. Les effets du repliement du spectre sur des séries temporelles des stations dues aux mouvements verticaux mal or non modélisés sont démontrés. Finalement, les performances de sept modèles globaux et régionaux de marées et les différences des deux logiciels utilisés pour les prédictions des mouvements dus à la surcharge océanique, dans la région, sont quantifiées. Dans la cinquième partie j'analyse les observations des données cinématique d'une campagne GPS dans l'océan Antarctique abord des bouées et un bateau de recherche pendant le passage du DRAKE au sud de Chili. La campagne DRAKE a été dédiée à comparer et valider les observations altimétriques et océanographiques pour l'étude du courant circumpolaire Antarctique. Les résultats sont préliminaires et se concentrent plutôt sur la définition de la ligne de flottaison du bateau par l'utilisation combiné GPS - bateau - bouées. Les perspectives et la planification pour la continuation du projet en Post-Doc sont présentées.

Titre Modelos armonicos no lineales para series temporales geodeticas = Non-linear harmonic models for geodetic time series *= Thèse

Auteur(s) MARTINEZ-ORTIZ (P.A.) et FERNADIZ LEAL (J.M.)Edition Alicante : ESCUELLA POLITÉCNICA SUPERIOR, 2011Langue EspagnolCollation 402 pagesMots clés ANALYSE HARMONIQUE, ANALYSE SPECTRALE, BRUIT BLANC, BRUIT ROSE, GEOCENTRE,

MAREE TERRESTRE, MASSE DE LA TERRE, MATLAB, MODELE NON LINEAIRE, POSITIONNEMENT PAR GPS, SERIE TEMPORELLE, SYSTEME DE REFERENCE GEODESIQUE



Résumé d’auteur The dissertation addresses the development of new methods and software for the spectral analysis of scalar or vectorial time series, with emphasis in the applications of geodetic interest. The starting point can be placed in the method introduced by Harada and Fukushima for the non-linear analysis of time series, which allows the recursive detection of frequencies and their associated amplitudes and phases as well as the secular mixed Fourier terms when found in the signal. That method is extended in different ways, allowing the treatment of series affected by auto correlated noise with a power law, either evenly or unevenly spaced. This is made both at the level of frequency detection and non-linear fitting. Reduction of the computational overhead is also obtained. The theoretical work is accompanied by the developing of comprehensive and specialized software for such non-linear harmonic analysis of time series using the MATLAB programming language. Much of the tools we can find today for analyzing these periodic time series are valid only for certain types whereas the programs in the thesis can be applied to oddly spaced series in the presence of combinations of white and flicker noise. The new methods and routines are used for analyzing some interesting series as those ones describing the celestial pole offsets, the geocentre variations due to the redistribution of water mass on the Earth's surface, the excess of the length of day, continental water flux and the positions of GPS stations, among others. We estimate harmonic models that explain each one of these phenomena in the considered time domain and allow us to draw conclusions of their behavior.

2.2 Positionnement en intérieur

2.2.1. Monographies

Titre Utilisation et évaluation du potentiel de la centrale inertielle MTI de Xsens pour un positionnement photogrammétrique approche en levé d'intérieur *= Mémoire de travail de fin d'études en vue de l'obtention du diplôme d'ingénieur de L’ESGT

Auteur(s) PITIOT (S.)Edition Le Mans : ECOLE SUPÉRIEURE DES GÉOMÈTRES ET TOPOGRAPHES ESGT, 2006Collation 114 pagesMots clés ACCELEROMETRE, ETALONNAGE D'INSTRUMENT, GYROSCOPE, POSITIONNEMENT EN

INTERIEUR, CENTRALE INERTIELLEN° notice 13592Cote PDFRésumé d’auteur [introduction] L'intitulé du sujet du stage est : « Utilisation et évaluation du potentiel de la

centrale inertielle MTi de XSENS pour le positionnement photographique approché en levé d'intérieur ». Tout d'abord, il faut préciser que la centrale MTi de XSENS est une centrale d'orientation et non une centrale inertielle car elle fournit seulement les angles d'orientation et non pas une position. Lors de ce stage, je me suis intéressé uniquement au calcul et à la qualité du positionnement a partir des données fournies par la centrale d’orientation. De ce fait, je n'ai pas abordé la mise en place des informations calculées dans la chaîne de traitement photogrammétrique. Pour répondre à cette problématique, j'ai articulé mon mémoire autour de trois parties. Dans une première partie, je me suis intéressé au mode de fonctionnement des centrales inertielles et des centrales d'orientation, plus particulièrement à la centrale MTi de XSENS que j'ai utilisée. Dans une deuxième partie, j'ai mis en place une chaîne de traitements permettant de calculer une position à partir des données fournies par la centrale MTi de XSENS. Dans une troisième partie, j'ai effectué des tests afin d'évaluer la qualité du positionnement obtenu dans différentes configurations.

Titre Planning an indoor navigation service for a Smartphone with wi-fi fingerprinting localization *= A thesis submitted to Delft university of technology in partial fulfilment of requirements for the degree of master of science in geomatics

Auteur(s) STOOK (J.)Edition Delft : DELFT UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, 2011Langue AnglaisCollation 145 pagesMots clés POSITIONNEMENT EN INTERIEUR, POSITIONNEMENT PAR WIFI, TELEPHONE INTELLIGENTN° notice 14459Cote PDF


Résumé d’auteur One possible way to determine a position in the indoor environment is by using (the reflection and absorption of) signal strengths, also called multipath, from Wi-Fi routers. By recording the signal strengths in dBm over time at a certain position, a fingerprint can be created. These fingerprints can be unique in the sense that it is possible to distinguish positions. However, multipath are both a bless and a burden: the set of signal strengths are made because of the reflection and absorption, but at the same time, they are prone to changes in time, since at a position, signals can be received directly and indirectly. In this sense, it is not possible to record unique fingerprints at each single spot consistently, since the differences would not be significant to distinguish.In this thesis, research has been done on how to make use of fingerprints in a smartphone based indoor navigation application, which uses fingerprints as a positioning technique, and which does not uses geometric maps or coordinates as a guideline. Since the fingerprints are directly translated to relative locations, such as “Room 2.200”, the method of positioning has been changed to localization instead of positioning. The focus is on the confirmation of the appropriate location regarding the requested route in topological sense: a user traverses a route constructed by nodes and edges without any explicit coordinates. The framework of the Open Geospatial Consortium's (OGC) Open Location Services (OpenLS) has been used a guideline to set up a prototype. Parameters cannot be used, since those involve maps and WGS84 coordinates, while the project aims at the non-geometric features.Signal strengths from a set of Media Access Controls (MAC) which transmits the Wi-Fi signals, have been recorded at 40 locations at the OTB research centre in Delft. In the application a scan will be compared to the recorded signal strengths and if there is a match, the location will be returned. This location is being matched with the requested route and it is possible to tell whether the user is at the correct location or not. As with the nature of multipath, one has to take into account the matching signal has to be within a range of the recorded signal: if the recorded signal was -65 dBm, sufficient search space has to be created around this signal. In this project, a search space of +4 dBm and -4 dBm has been proved sufficient. This means that a live signal of -67 dBm would provide a matching location, since this is within range of the original recorded signal (-69 < RSSI < -61). […]

Titre Système de positionnement intérieur base sur des répéteurs de signaux GPS : utilisation de la phase et résolution des ambiguïtés *= Rapport de stage de fin d'études, cycle des ingénieurs diplômés de l'ENSG 3ème année, [mastère spécialisé photogrammétrie, positionnement et mesure de déformation]

Auteur(s) COUPIN (T.)Edition Marne-la-Vallée : ENSG, 2012Collation 80 pagesMots clés AMBIGUITE, AMBIGUITE ENTIERE, CODE GPS, FILTRE DE KALMAN, GNSS ASSISTE POUR

LA NAVIGATION, MATLAB, MESURAGE DE PHASE, METHODE DES MOINDRES CARRES, POSITIONNEMENT EN INTERIEUR, POSITIONNEMENT PAR GNSS, POSITIONNEMENT PAR GPS, PSEUDOLITE, REPETEUR, RESOLUTION D'AMBIGUITE, SIGNAL GPS, TRAJET MULTIPLE

N° notice 20743Cote MPPMDRésumé d’auteur A l'heure actuelle, le GPS est omniprésent dans notre société. De la navigation routière à

la géodésie spatiale, le système de positionnement américain a fait ses preuves et s'est démocratisé, notamment avec la baisse du prix d'une puce de réception. La principale limitation du système est la réception des signaux émis par les satellites en orbite autour de la Terre. Les satellites émettent avec une puissance de 25 W et la puissance reçue à la surface est de l'ordre de 0.2 fW 2, autant dire rien du tout. Les signaux passent donc très mal au travers des murs et GPS devient inutilisable en intérieur. La communauté scientifique cherche donc à faire rentrer GPS dans les bâtiments et plusieurs solutions ont été proposées : les pseudolites et les répéteurs. Chacune présente avantages et inconvénients. Le département Électronique et Physique de Télécom SudParis a proposé lui un autre système combinant les avantages des pseudolites et répéteurs : les répélites. Le but de ce stage était d'étudier la possibilité d'utiliser la mesure de phase faite avec le système répélite et de fixer les ambiguïtés sur la mesure de phase. La fixation des ambiguïtés se déroule en 2 temps : l'estimation des ambiguïtés à une valeur réelle puis le passage à des ambiguïtés entières. Il s'avère que l'estimation est de meilleure qualité dès que le récepteur a un mouvement significatif par rapport au bruit de mesure. Ensuite la construction du système simplifie le passage aux valeurs entières puisqu'il suffit


d'arrondir la valeur réelle à l'entier le plus proche et d'ajuster cette valeur en fonction d'autres paramètres propres au système.

Titre Ableitung von Bewegungsstrategien zur automatisierten, Vollständigen Vermessung von Innerraumszenen auf autonom Navigierender Plattform = [Détournement (ou dérivation) de stratégies de mouvement pour la mesure complète et automatisée de scènes spatiales intérieures sur la plate-forme de navigation autonome]

Auteur(s) FIETZ (A.)Edition Munich : BAYERISCHE AKADEMIE DER WISSENSCHAFTEN, 2012Collection DGK - C, 685Langue AllemandCollation 164 pagesMots clés BLOC PHOTO, CHAMBRE DE PRISE DE VUES NUMERIQUE, COMPENSATION PAR

FAISCEAUX, DONNEES LIDAR, DONNEES LOCALISEES 2D, DONNEES LOCALISEES 3D, LASERGRAMMETRIE, PHOTOGRAMMETRIE TERRESTRE, PLATE-FORME, POSITIONNEMENT EN INTERIEUR, RECONSTRUCTION 3D, ROBOT, SEGMENT DE DROITE, SYSTEME DE NUMERISATION MOBILE, TACHEOMETRE ELECTRONIQUE, VARIANCE

N° notice 14621Cote PDFRésumé d’auteur A fundamental task of an autonomous mobile robot is the ability of self-localization in its

environment respectively in a map of it, available to the robot. Many applications require a localization that is as precise as possible. Thereby, a decisive factor is the accuracy but also the completeness of the map. The generated map can usually be seen as a necessary side-product. When considered from a surveying point of view, it is brought more into focus. The question is to what extent the spatial robot data can fulfill certain mapping requirements in terms of accuracy and completeness in a detailed enough manner to be useful to human users. Precise models of indoor environments are very useful in both public and private sectors. But since their procurement involves a great deal of effort, an automatical generation of indoor models is desirable. The following thesis should make a contribution to this and tries to compose the techniques that are necessary to deliver interior models at the push of a button. Therefore, a mobile measuring system was designed, that is able to carry out complete and precise measurements of indoor environments. The system was build up in two stages. A mobile platform is equipped with a low-cost laser scanner in the basic stage. This build-up allows a precise exploration of indoor scenes in 2D. In an expansion stage the installation of a digital camera leads to an additional 3D reconstruction based on photogrammetric techniques. […]An essential part of the work is the empirical analysis of the systems, to evaluate their performance and the quality of the resulting spatial data. Various experiments in real indoor environments show that developed measurement methods can be applied in practice. In different sets of experiments initial conditions are varied to find out their influence on the measurement process or the result. In order to achieve reliable results, reference models of the experimental environments were created by the use of a total station.In the case of scanner measurements, experiments show that the developed system is able to explore and measure also complex interiors. An examination of the point clouds show that the achieved accuracy comes up with surveying demands. On this issue, the presented technique outplays conventional measuring equipment. However, additional modeling shows that mainly fine structures of the environment are displayed wrongly or are even lost completely. Also the 3D measuring strategy is demonstrably superior to existing techniques. The purely passive technique leads to sparse point clouds, not dense enough to derive detailed environment models with the corresponding software.

2.2.2 Article

Titre An indoor routing algorithm for the blind: Development and comparison to a routing algorithm for the sighted

Auteur(s) SWOBODZINSKI (M.) et RAUBAL (M.)Source INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOGRAPHICAL INFORMATION SCIENCE, vol 23, n° 9, [01/09/2009], pp

1315 - 1343Langue Anglais


Mots clés ANALYSE COMPARATIVE, MALVOYANT, NAVIGATION, POSITIONNEMENT EN INTERIEUR, PROTOTYPE

N° notice A2009-391Résumé d’auteur This paper presents a prototypical implementation of a non-network-based indoor routing

algorithm for the sighted and the blind. The spatial abilities of the visually impaired are discussed. Former approaches of outdoor navigation systems for the blind are analysed and deemed inappropriate for the purpose of modelling indoor navigation. The proposed routing algorithm for the blind calculates routes based on physical characteristics of travelling with a long cane. The algorithm distinguishes between clues, landmarks, obstacles, and hazards along the feasible paths and selects the optimal route by trading off distance and the number of landmarks and clues along a route. Subsequently, the routes for the blind are compared to routes calculated by the routing algorithm for the sighted. The paper asserts that the proposed indoor routing algorithm leads to more suitable routes for the blind.

2.3 Surveillance d’ouvrage

Titre Production fret et ouvrages d'art : impact des ouvrages sur la production fret, étude d'un outil d'aide a l'inspection des ouvrages d'art *= Rapport de stage de fin d'étude, cycle de master en management des systèmes d'information et applications géographiques (MSIAG)

Auteur(s) LI (Y.)Edition Marne-la-Vallée : ENSG, 2006Collation 113 pagesMots clés AUSCULTATION D'OUVRAGE, DRONE, ETUDE DE FAISABILITE, OUVRAGE D'ART,

SURVEILLANCE D'OUVRAGE, TRANSPORT FERROVIAIRE, VOIE FERREEN° notice 13399Cote MSIAGRésumé d’auteur Dans le cadre du projet, ce rapport comprend deux missions. L'une est d'étudier l'impact

des restrictions de circulation induites par l'état des ouvrages d'art et des ouvrages en terre (OA/OT) sur la production du fret, l'autre est de proposer un outil - système de drone - en vue d'améliorer la qualité des diagnostics qui sont réalisés lors des opérations de surveillance et d'inspection des OA et OT. L'amélioration des diagnostics permettra de réduire au juste besoin les travaux de maintenance nécessaires au maintien de la qualité globale des ouvrages et à la réduction des impacts sur des circulations ferroviaires. En première étape, on mesure les conséquences des restrictions imposées par les OA/OT sur la production du fret en termes d'interruption de la circulation et de limitation de vitesse. En seconde étape, on étudie les procédures liées à la maintenance et les problèmes existants en vue d'améliorer la fiabilité et la disponibilité de l'infrastructure OA/OT. Pour parvenir à une amélioration de la qualité des ouvrages, il est en premier lieu nécessaire d'améliorer les résultats issus des inspections visuelles. Un outil, fondé sur l'utilisation d'un système de capteurs portés par un drone permet d'accroître grandement la précision et la fiabilité des données d'état des ouvrages et d'ouvrir à la traçabilité des évolutions. Les performances attendues seront évaluées au cours d'une expérimentation d'un système industrialisé en grandeur réelle. Les résultats de cette évaluation permettront aux dirigeants de la SNCF d'envisager le recours à de tels systèmes dans le cadre du suivi opérationnel des ouvrages.

Titre Géolocalisation des défauts d'ouvrages sur images acquises par un drone d'hélicoptère *= Travail de fin d'études, mastère photogrammétrie, positionnement et mesures de déformations (PPMD), option photogrammétrie

Auteur(s) CANNELLE (B.)Edition Marne-la-Vallée : ENSG, 2007Collation 108 pagesMots clés AUSCULTATION D'OUVRAGE, COMPENSATION PAR FAISCEAUX, DEFORMATION

D'EDIFICE, DRONE, IMAGE AERIENNE, OUVRAGE D'ART, PHOTOGRAMMETRIE AERIENNE, RESTITUTION PHOTOGRAMMETRIQUE

N° notice 19178Cote MPPMDRésumé d’auteur A l'heure actuelle, l'usage de robots pour assister les opérateurs dans les tâches difficiles

est de plus en plus courant. Le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées s'est doté d'un drone d'hélicoptère afin de faciliter la surveillance d'ouvrages d'art. Ce travail de fin


d'études est consacré à l'utilisation de la photogrammétrie en utilisant cette plate-forme. Une première partie est consacrée à la présentation des différents métiers en jeux, une seconde concerne les recherches faites durant ce stage. Une troisième partie présente le logiciel réalisé pour la plate-forme du LCPC dans le but d'une auscultation d'ouvrage. La quatrième partie présente les résultats obtenus lors d'expérimentations sur sites quant à la dernière partie, elle est consacrée aux évolutions à effectuer, aussi bien sur le drone que sur le logiciel.

3 Précision

3.1 Précision centimétrique

3.1.1 Monographies

Titre Application des méthodes de résolution d'ambigüités sur la mesure de phase GPS à l'approche de précision : contributions méthodologiques et étude de phénomènes temporels *= Thèse présentée pour obtenir le grade de docteur de l'observatoire de Paris en dynamique des systèmes gravitationnels

Auteur(s) CHAUVEAU (J.P.) et LACROIX (J.)Edition Paris : OBSERVATOIRE DE PARIS, 2002Collation 144 pagesMots clés AMBIGUITE ENTIERE, GALILEO, GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM,

GLOBAL ORBITOGRAPHY NAVIGATION SATELLITE SYSTEM, GLOBAL POSITIONING SYSTEM, MESURAGE DE PHASE, METHODE LAMBDA, NAVIGATION AERIENNE, PHASE GPS, POSITIONNEMENT PAR GPS, PRECISION CENTIMETRIQUE, RESOLUTION D'AMBIGUITE

N° notice 68964Cote THESERésumé d'auteur Les systèmes de positionnement par satellites GPS, GLONASS, permettent de connaître

la position d'un récepteur à partir de signaux émis par plusieurs satellites. Depuis le milieu des années 80, l'aviation civile s'intéresse à ces systèmes comme moyen d'aide à la navigation pour les différentes phases de vol. Leur utilisation est devenue courante pour les phases de non-précision, mais pour les approches de haute précision (CAT Il/III) le niveau de précision exigé dépasse les performances possibles à partir des mesures de code, même après corrections différentielles.On peut en utilisant les mesures de phase obtenir une localisation très précise (centimétrique). Cette mesure de phase correspond à la distance récepteur-satellite à un multiple entier de longueur d'onde \ près (A -_ 20cm). Il est donc nécessaire dans un premier temps de déterminer ce multiple entier (lever des ambiguïtés).Il s'avère que les méthodes de lever d'ambiguïtés ne sont pas encore totalement fiables. Elles ne sont pas toujours adaptées à des récepteurs en mouvement et sont sensibles aux erreurs de mesures. L'intégrité du positionnement se trouve alors mis en cause. Le but de cette étude est d'évaluer les performances des méthodes de résolution d'ambiguïtés existantes et de les appliquer à l'approche de précision et à l'atterrissage pour l'aviation civile.Des exemples d'algorithmes des deux grandes familles de méthodes (recherche statistique -méthode LSAST-, optimisation combinatoire -méthode LAMBDA-) ont été analysés puis testés à partir de simulations et de mesures réelles.Cette analyse a permis d'apporter des améliorations à la méthode LSAST. D'une part, les critères de choix des satellites qui permettent de définir l'ensemble des positions possibles ont été reliés à des critères de performances, permettant un choix plus judicieux. D'autre part, nous avons introduit des techniques d'optimisation combinatoire permettant d'obtenir un critère de test plus représentatif de la réalité statistique des mesures.Les mesures réelles ont de plus permis de mettre en évidence des phénomènes de corrélation temporelle non pris en compte dans les méthodes. Après en avoir proposé une modélisation par des processus auto-régressifs simples, nous avons cherché quelle était leur influence sur les méthodes de résolution. Nous avons ainsi pu introduire dans la méthode LAMBDA des paramètres les prenant en compte. Un début de réflexion a aussi été mené sur le problème de la détermination en temps réel de ces corrélations.


Une comparaison de ces méthodes a également été menée de façon à déterminer si l'une d'entre elles est mieux adaptée à notre application.

Titre GPS : outil d'acquisition pour les systèmes d'information géographique *= mémoire de fin de stage de DEA sciences de l'information géographique

Auteur(s) EL MEOUCHE (R.)Edition Noisy-le-Grand : UNIVERSITÉ DE MARNE-LA-VALLÉE, 2002Collation 70 pagesMots clés CODE GPS, ERGONOMIE, GISDATAPRO, GPS EN MODE DIFFERENTIEL,

INTERFACE LOGICIELLE, LOGICIEL DE NAVIGATION, LOGICIEL DE POST-TRAITEMENT GPS, PATHFINDER, POSITIONNEMENT PAR GPS, PRECISION CENTIMETRIQUE, PRECISION DECIMETRIQUE, RECEPTEUR GPS MONOFREQUENCE, SIG NOMADE, SYSTEME D'INFORMATION GEOGRAPHIQUE, SYSTEME DE COORDONNEES, TEMPS DIFFERE, TEMPS REEL

N° notice 11871Cote DSIGRésumé d’auteur Le but de ce stage est de faire une évaluation des différents matériels, logiciels GPS

dans le cadre d'un couplage avec un SIG. Les différents aspects à étudier sont : - Les gammes de précisions - les modes d'utilisation (temps réel, temps différé) - l'ergonomie (matériel et logiciel), les outils de saisie typique SIG (levé de points, ligne, surface, attribut, dictionnaire de données), l'aspect système de coordonnées, l'aspect interface (format temps réel, temps différé) - l'aspect économique.

Titre Réseau GPS-RTK permanent en Ile-de-France : état actuel et perspectives *= Mémoire de mastère international d'architecture des systèmes d'information géographique

Auteur(s) LEGROS (R.), PAJOT (M.), ALAMI (R.) et ELHATIMI (B.)Edition Marne-la-Vallée : ENSG, 2003Collation 57 pagesMots clés géog. ILE-DE-FRANCEMots clés ANALYSE DES BESOINS, GPS EN MODE CINEMATIQUE, POSITIONNEMENT

CINEMATIQUE EN TEMPS REEL, PRECISION CENTIMETRIQUE, RESEAU GEODESIQUE PERMANENT DE L'IGN

N° notice 14063Cote MASIG

Titre Pilotage d'un projet expérimental de levés topographiques par méthodes GPS dans le cadre des opérations de récolement des travaux et partenariats liés à ces données *= Mémoire de fin de stage, DEA sciences de l'information géographique

Auteur(s) LE VOUEDEC (E.)Edition Noisy-le-Grand : UNIVERSITÉ DE MARNE-LA-VALLÉE, 2005Collation 34 pagesMots clés géog. ILE-DE-FRANCEMots clés BASE DE DONNEES LOCALISEES, GPS EN MODE CINEMATIQUE, GPS EN MODE

DIFFERENTIEL, LEVER TOPOMETRIQUE, ORPHEON, CANALISATION, POSITIONNEMENT CINEMATIQUE EN TEMPS REEL, POSITIONNEMENT PAR GPS, PRECISION CENTIMETRIQUE, RESEAU D'ASSAINISSEMENT, RESEAU DE DISTRIBUTION D'EAU, TERIA, STATION VIRTUELLE, SYSTEME D'INFORMATION GEOGRAPHIQUE, S@T-INFO

N° notice 13388Cote DSIGRésumé d’auteur Le SEDIF a engagé en 1992 un projet de développement d'un SIG afin d'étudier les

aspects d'un système d'information géographique comme moyen d'aide à la décision, partie maîtrise d'ouvrage pour le Syndicat, et moyen d'aide à l'exploitation, partie maîtrise d'œuvre pour le Régisseur, la Compagnie Générale des Eaux. Les résultats furent jugés très encourageants et la généralisation du SIG à la totalité du territoire syndical est en cours de mise en œuvre depuis 1999 et doit s'achever fin 2005. La vocation première de ce SIG est la cartographie du réseau (8 700 km) et la gestion de la base de données associée (types de canalisations, données cadastrales, données d'exploitation, etc...) pour répondre aux besoins propres du Syndicat et de son exploitant. Dans un premier temps, la constitution de la base de données du réseau est effectuée à partir de plans sur papier, plus ou moins récents, avec une précision correspondant à l'échelle du 1/2 000. Cependant, l'entretien et le développement du réseau ouvrent la voie à une description


plus précise des ouvrages. Grâce à la technologie GPS, les plans de récolement des travaux courants peuvent être effectués à partir de relevés topographiques atteignant une précision centimétrique. En complément du schéma du réseau au 1/2 000, se pose ainsi la question d'une description plus fine des objets enfouis, indispensable pour les travaux opérationnels qui nécessitent de travailler avec une précision sub-décimétrique, au 1/200 (encore appelée « très grande échelle », par rapport aux « grandes échelles » que constituent le 1/1 000 ou le 1/2 000). Une réflexion doit donc être menée pour adapter les modalités de l'acquisition des données topographiques et les éventuels moyens à mettre en œuvre afin d'intégrer dans l'application SIG, ces données au 1/200 issues du récolement des travaux. Par ailleurs cette problématique exige d'étudier toute possibilité de partenariats avec les autres collectivités publiques, dont les communes du Syndicat, pour optimiser les coûts importants liés à l'enrichissement des SIG pour la précision 1/200. Ainsi le SEDIF a lancé en 2004 une opération expérimentale de levers topographiques par méthodes GPS dans le cadre des opérations de récolement des travaux. Cette expérimentation vise à comparer deux méthodes de levés topographiques utilisant les techniques du positionnement par satellite («RTK classique», «RTK VRS»), mais elle a également pour objectif de mesurer le positionnement économique de l'utilisation des outils GPS pour ces relevés de précision centimétrique.

Titre Analyse des séries temporelles de positions des stations de géodésie spatiale : application au repère international de référence terrestre (ITRF) *= Thèse présentée pour obtenir le grade de docteur de l'observatoire de Paris, spécialité astronomie et astrophysique, mention géodésie

Auteur(s) COLLILIEUX (X.) et ALTAMIMI (Z.)Edition Paris : OBSERVATOIRE DE PARIS, 2008Collation 230 pagesMots clés ANALYSE COMPARATIVE, ERREUR SYSTEMATIQUE, GEOCENTRE,

INTERNATIONAL TERRESTRIAL REFERENCE FRAME, POSITIONNEMENT PAR DORIS, POSITIONNEMENT PAR GPS, POSITIONNEMENT PAR INTERFEROMETRIE, POSITIONNEMENT PAR TLS, REPERE DE REFERENCE TERRESTRE CONVENTIONNEL, RESEAU GEODESIQUE, SERIE TEMPORELLE, SYSTEME DE REFERENCE MONDIAL

N° notice 15395Cote THESERésumé d’auteur Pour la première fois de son histoire, la dernière réalisation en date du Système

International de Référence Terrestre, l'ITRF2005, a été générée à partir de séries temporelles de positions de stations des 4 grandes techniques de géodésie spatiale : le Système de Positionnement Global GPS, l'Interférométrie à Très Longue Base, VLBI, la Télémétrie Laser sur Satellite, SLR, et le système de détermination d'orbite précise de satellite, DORIS. Le processus d'estimation de l'ITRF nécessite le calcul des positions et vitesses des stations de ces réseaux qui sont ensuite combinées à l'aide de rattachements locaux dans les sites co-localisés. Dès lors, la disponibilité de séries temporelles de positions permet non seulement la mesure de leurs variations temporelles mais aussi l'étude continuelle des biais globaux affectant les repères estimés. De plus, elle offre la possibilité d'étudier l'accord de ces techniques à un taux d'échantillonnage très élevé. Cette comparaison nécessite le retrait des biais globaux qui, cependant, introduit une erreur appelée "effet de réseau". Cet effet a été étudié à l'aide de données synthétiques et des méthodes permettant de le limiter ont été proposées. Elles ont été appliquées pour comparer les séries temporelles de hauteurs VLBI, SLR et GPS et différentes estimations du mouvement du géocentre. Ces analyses ont permis de mettre en évidence un accord certain à la fréquence annuelle, qui témoigne de la détection des phénomènes de surcharge agissant sur la croûte terrestre. L'utilisation d'un modèle de surcharge dans le processus d'estimation d'un repère séculaire est donc recommandée.

Titre Ionospheric modeling for precise GNSS applications Auteur(s) MEMARZADEH (Y.)Edition Delft : NETHERLANDS GEODETIC COMMISSION NGC, 2009Collection Netherlands Geodetic Commission Publications on Geodesy, 71Langue AnglaisCollation 208 pagesMots clés ANTENNE GNSS, CONTENU TOTAL EN ELECTRONS, CORRECTION

IONOSPHERIQUE, DOUBLE DIFFERENCE, MODELE IONOSPHERIQUE, POSITIONNEMENT DIFFERENTIEL, POSITIONNEMENT PAR GNSS, PRECISION


CENTIMETRIQUE, PROPAGATION DU SIGNAL, PROPAGATION IONOSPHERIQUE, SIMPLE DIFFERENCE, TEMPS REEL, TRAITEMENT DE DONNEES GNSS

N° notice 15510Cote 30.61Résumé d’auteur The main objective of this thesis is to develop a procedure for modeling and predicting

ionospheric Total Electron Content (TEC) for high precision differential GNSS applications. As the ionosphere is a highly dynamic medium, we believe that to have a reliable procedure it is necessary to transfer the high temporal resolution GNSS network data into the spatial domain. This objective led to the development of a recursive physics-based model for the regular TEC variations and an algorithm for real-time modeling of the medium-scale Traveling Ionospheric Disturbances (MS-TID). The research described in this thesis can roughly be divided into three parts. The main application of these developments can be found in Network RTK. Network-RTK is a technique based on a network of reference receivers to provide cm-level positioning accuracy in real time for users in the field. To get centimeter accuracy after a short (minutes) initialization period the ionospheric delay for the user's receiver needs to be predicted very precisely between the ionospheric pierce points of the reference receivers at the double difference level. Having the cm-level accuracy in the ionospheric interpolation is crucial for the carrier phase ambiguity resolution by the user. To achieve high precision in the ionospheric interpolation, regular and irregular variability of TEC in time and space should be taken into account. The regular TEC variation, which can reach several hundreds TEC units, is mainly a function of solar zenith angle. The irregular (or non-repeatable) variations are mainly wavelike effects associated with Traveling Ionospheric Disturbances (TID). Although TID effects on the TEC are of the order of 0.1 TEC unit, MS-TIDs, with a typical wavelength less than a few hundred kilometers, is one of the main obstacles for accurate spatial interpolation of ionospheric induced delays in a medium-scale reference GPS network. Since most of interpolation methods either use spatial linear (or quadratic) interpolation or fit a lower-order surface, the methods are not capable to model the phase-offset, caused by MS-TIDs, at distinct ionospheric pierce points. There are two major complications. Firstly, interpolation must be done at the double-difference level, which involves taking single differences between ionospheric delays for the same satellite between two different receivers, followed by differencing single differences for different satellites. This means that two different patches of the ionosphere are involved, each related to a different satellite, and each possibly associated with different TIDs. Secondly, for operational network RTK, a real-time strategy for TID detection and modeling is needed […]

Titre Etude des erreurs systématiques liées a la détermination du géocentre par les mesures Doris *= thèse de doctorat de l'Observatoire de Paris, spécialité astronomie et astrophysique, mention géodésie, école doctorale d'astronomie et d'astrophysique d'Ile-de-France

Auteur(s) GOBINDDASS (M.L.), WILLIS (P.) et DIAMENT (M.)Edition Paris : OBSERVATOIRE DE PARIS, 2010Collation 191 pagesMots clés DONNEES DORIS, ERREUR SYSTEMATIQUE, GEOCENTRE, ORAGE MAGNETIQUE,

POSITIONNEMENT PAR DORIS, RAYONNEMENT SOLAIRE, REPERE DE REFERENCE

N° notice 10845Cote THESERésumé d’auteur DORIS est l'une des quatre techniques géodésiques (VLBI, télémétrie Laser, DORIS et

GPS) utilisées par TIERS afin de maintenir le Système International de Référence Terrestre. Cette technique permet de déterminer la position précise régulière d'une soixantaine de stations du réseau de poursuite permanent. L'évolution temporelle de ces coordonnées de stations permet d'avoir accès de manière indirecte au mouvement du géocentre. L'un des objectifs de la thèse a été de caractériser les erreurs systématiques liées à la détermination de la composante TZ du géocentre. Une analyse en fréquence de la série temporelle du géocentre DORIS/IGN de 1993.0 à 2008.0 a mis en évidence deux pics importants aux périodes de 118 jours (14 mm) et un an (25 mm), alors que le signal annuel pour les autres techniques géodésiques et celui prédit par les modèles en géophysique est de l'ordre de 5 mm. Ces deux périodes étant draconiques respectivement pour TOPEX et les SPOT, nous avons supposé que ces erreurs étaient liées au Soleil. Nous avons cherché à identifier dans les calculs d'orbite les causes possibles de ces erreurs en ternies de stratégie d'analyse (paramètre estimé, fixé ou


contraint). Dans un premier temps, nous avons estimé un coefficient de pression de radiation solaire par jour et pour chacun des satellites DORIS. Puis, nous avons fixé la valeur moyenne de ce coefficient de pression de radiation, pour chacun de ces satellites, dans les nouvelles stratégies de calculs d'orbite. Cela nous a permis de vérifier notre supposition de départ. Notre résultat final a montré que les deux pics à 118 jours et un an ont été significativement réduits. Dans un deuxième temps, nous avons considéré la force de frottement atmosphérique pour étudier l'impact sur les résultats géodésiques. Ces deux études ont été prises en compte dans la solution IGN DORIS pour le calcul du nouveau Repère de Référence Terrestre International ITRF2008.

Titre Optimisation des techniques de calage et de contrôle des relevés lasergrammétriques des aéroréfrigérants de la société EDF *= Mémoire de soutenance de diplôme d’ingénieur INSA, spécialité topographie

Auteur(s) LIE (B.)Edition Strasbourg : INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUÉES DE STRASBOURG, 2012Collation 64 pagesMots clés CALAGE, DONNEES LIDAR, DONNEES LOCALISEES 3D, ERREUR, ERREUR

INSTRUMENTALE, GEOREFERENCEMENT, INSTRUMENTATION RIEGL, LASERGRAMMETRIE, PRECISION DU POSITIONNEMENT, SEMIS DE POINTS

N° notice 14625Cote PDFRésumé d’auteur [avant-propos] Lors de mon stage réalisé en fin de quatrième année au sein de la société

TPLM-3D, j'ai découvert la technologie de levé par lasergrammétrie. Suite à cette première expérience et à la formation qui m'a été dispensée dans ce domaine, j'ai choisi de centrer ma recherche de projet de fin d'études sur un sujet traitant de cette technologie encore assez récente. L'exposé de M. Boudon sur le suivi des ouvrages de production d'électricité, lors des Journées de la Topographie 2011 à l'INSA de Strasbourg, m'a permis d'en apprendre davantage sur les activités de la société puis de postuler au sujet de PFE proposé par EDF dans le domaine de la lasergrammétrie. Un premier entretien réalisé dans les locaux du service topographie en décembre 2011, m'a permis de savoir quels étaient les résultats espérés à la suite de ce projet concernant l'auscultation des aéroréfrigérants avec cette technique. Ma volonté initiale était de privilégier l'utilisation du scanner suivant la technique du géoréférencement et ainsi, de réaliser un réseau de polygonation fermé autour du réfrigérant. Après étude des capacités de l'instrument et des outils fournis par le logiciel de traitement associé, je me suis rendu compte de l'intérêt que pouvait avoir l'utilisation de la technique de consolidation communément appelée nuage nuage. La participation à la formation dispensée par la société Riegl m'a d'ailleurs conforté dans ce sens. A partir de ce moment, j'ai décidé d'étudier les bénéfices qui pourraient être apportés par la combinaison de ces techniques de calage, au niveau de l'acquisition et du traitement des nuages de points. Par ailleurs, une part importante de ce projet fut la mise en place d'un banc de vérification annuelle du scanner 3D. Mon étude a également abordé d'autres aspects de la prestation lasergrammétrique, qui m'ont permis de parfaire mes capacités et mes connaissances dans ce domaine. Enfin, grâce à ce projet réalisé au sein de ce département qui regroupe les services CEAN et Ingénierie Topographie, j'ai pu rencontrer d'autres acteurs chargés de la sûreté des installations d'EDF. Ainsi, j'ai eu l'occasion de partager les résultats de mes recherches avec des personnes extérieures au monde de la topographie.

3.1.2 Articles

Titre A systematic investigation of optimal carrier-phase combinations for modernized triple-frequency GPS

Auteur(s) COCARD (M.), BOURGON (S.), KAMALI (O.) et COLLINS (P.)Source JOURNAL OF GEODESY, vol 82, n° 9, [01/09/2008], pp 555 - 564Langue AnglaisMots clés AMBIGUITE ENTIERE, CORRECTION IONOSPHERIQUE, GPS L5, MATRICE DE COVARIANCE,

METHODE DES MOINDRES CARRES, PHASE GPS, PRECISION CENTIMETRIQUE, PROPAGATION IONOSPHERIQUE, RESOLUTION D'AMBIGUITE, SIGNAL GPS, TRAITEMENT DE DONNEES GNSS

N° notice A2008-350


Résumé d’auteur The upcoming modernization of the GPS signals will allow for measurements on an additional third frequency L5 located at 1176.45 MHz. To take advantage of carrier-phase measurements on this new signal, the strategies for integer ambiguity resolution, required for centimeter-level accuracy, may need to be revised. The Least-squares Ambiguity Decorrelation Adjustment method remains perhaps the most powerful tool for finding the best combinations based on a complete decorrelation of the variance–covariance matrix related to the ambiguities. However, the computational load of that method plus the opportunity to comprehensively study the interaction of multiple frequencies suggest a reconsideration of approaches using predefined combinations between frequencies is not out of place. In this paper a systematic investigation is made of all possible triple-frequency geometry-free carrier-phase combinations which retain the integer nature of the ambiguities. The concept of the lane-number is presented to unambiguously describe the wavelength of a particular combination. The propagation of the observation noise and of the ionospheric bias on these combinations is presented. These noise and ionospheric amplification factors are analysed with respect to the resulting wavelength, in an effort to highlight optimal combinations characterized by a long wavelength, low noise and limited ionospheric impact. Copyright Springer

Titre DORIS/Jason-2: Better than 10 cm on-board orbits available for near-real-time altimetry

Auteur(s) JAYLES (C.), CHAUVEAU (J.P.) et ROZO (F.)Source ADVANCES IN SPACE RESEARCH, vol 46, n° 12, [15/12/2010], pp 1497 - 1512Langue AnglaisMots clés ALTIMETRIE, DIODE (DÉTERMINATION D'ORBITE), DONNEES DORIS, JASON,

ORBITOGRAPHIE, PRECISION CENTIMETRIQUE, TEMPS REEL, TRAJECTOGRAPHIE PAR DORIS

N° notice A2010-563Résumé d’auteur DIODE (DORIS Immediate Orbit on-board Determination) is a real-time on-board orbit

determination software, embedded in the DORIS receiver. The purpose of this paper is to focus on DIODE performances. After a description of the recent DORIS evolutions, we detail how compliance with specifications are verified during extensive ground tests before the launch, then during the in-flight commissioning phase just after the launch, and how well they are met in the routine phase and today. Future improvements are also discussed for Jason-2 as well as for the next missions. The complete DORIS ground validation using DORIS simulator and new DORIS test equipments has shown prior to the Jason-2 flight that every functional requirement was fulfilled, and also that better than 10 cm real-time DIODE orbits would be achieved on-board Jason-2. The first year of Jason-2 confirmed this, and after correction of a slowly evolving polar motion error at the end of the commissioning phase, the DIODE on-board orbits are indeed better than the 10 cm specification: in the beginning of the routine phase, the discrepancy was already 7.7 cm Root-Mean-Square (RMS) in the radial component as compared to the final Precise Orbit Ephemerides (POE) orbit. Since the first day of Jason-2 cycle 1, the real-time DIODE orbits have been delivered in the altimetry fast delivery products. Their accuracy and their 100% availability make them a key input to fairly precise Near-Real-Time Altimetry processing. Time-tagging is at the microsecond level. In parallel, a few corrections (quaternion problem) and improvements have been gathered in an enhanced version of DIODE, which is already implemented and validated. With this new version, a 5 cm radial accuracy is achieved during ground validation over more than Jason-2 first year (cycles 1–43, from July 12th, 2008 to September 11th, 2009). The Seattle Ocean Surface Topography Science Team Meeting (OSTST) has recommended an upload of this v4.02 version on-board Jason-2 in order to take benefit from more accurate real-time orbits. For the future, perhaps the most important point of this work is that a 9 mm consistency is observed on-ground between simulated and adjusted orbits, proving that the DORIS measurement is very precisely and properly modelled in the DIODE navigation software. This implies that improvement of DIODE accuracy is still possible and should be driven by enhancement of the physical models: forces and perturbations of the satellite movement, Radio/Frequency phenomena perturbing measurements. A 2-cm accuracy is possible with future versions, if analysis and model improvements continue to progress.

Titre Fast and automatic image-based registration of TLS dataAuteur(s) WEIMANN (M.), WEIMANN (M.), HINZ (S.) et JUTZI (B.)Source ISPRS JOURNAL OF PHOTOGRAMMETRY AND REMOTE SENSING, vol 66, n° 6, [01/12/2011], pp 62 -

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Langue AnglaisMots clés RANSAC (ALGORITHME), DONNEES LASER, DONNEES LOCALISEES 2D, DONNEES

LOCALISEES 3D, PRECISION CENTIMETRIQUE, SEMIS DE POINTS, SIFT (ALGORITHME), SUPERPOSITION D'IMAGES, TRAITEMENT D'IMAGE

N° notice A2011-519Résumé d’auteur The fast and automatic registration of laser scanner data is of great interest in

photogrammetric research. Recent developments show that for registration purposes characteristic 3D points can be extracted from the measured laser data, where the data are also represented as image. In this paper, radiometric and geometric information derived from TLS data are utilized for estimating the transformation parameters between two unregistered point clouds. After the extraction of characteristic 2D points based on SIFT features, these points are projected into 3D space by using interpolated range information. From these 3D conjugate points and their corresponding 2D projections onto a virtual plane 3D-to-2D correspondences are established. The fast, accurate and robust RANSAC-based registration scheme including the EPnP algorithm provides a framework to estimate the coarse transformation parameters from these 3D-to-2D correspondences. The coarse estimates are further refined by a single step outlier removal to gain a higher accuracy by introducing additional geometric constraints. These new constraints are based on 3D-to-3D correspondences which are much stronger than the 3D-to-2D correspondences alone. It will be shown that the presented approach is successfully applied to a benchmarked data set with millions of points resulting in a fast and accurate estimation of the transformation parameters with a processing speed of several seconds on a standard PC and an accuracy in the low centimeter range.

Titre Exploiting the Galileo E5 wideband signal for improved single-frequency precise positioning

Auteur(s) TOHO DIESSONGO (H.), BOCK (H.), SCHULER (T.) et al.Source INSIDE GNSS, vol 7, n° 5, [01/09/2012], pp 64 - 73Langue AnglaisMots clés POSITIONNEMENT PRECIS, PRECISION CENTIMETRIQUE, RECEPTEUR GPS

MONOFREQUENCE, SIGNAL GALILEON° notice A2012-508Résumé d’auteur Single-frequency positioning can undoubtedly be improved with the deployment of new

GNSS systems and the accompanying availability of new signals. Among various innovations, the Galileo E5 broadband signal deserves special attention. Its unique features, including the AltBOC modulation scheme, will drastically boost code range precision, both in terms of reduced code noise as well as with respect to multipath. Precise single-frequency positioning will be feasible at centimeter level, benefiting both scientific and non-scientific applications. This article demonstrates the expected performance of E5 for selected land applications and precise orbit determination of low Earth orbiting satellites.

3.2 Précision millimétrique

3.2.1 Monographies

Titre Etude de méthodes d'inversion des données du Tams (télémètre laser aéroporté à champ large) pour la surveillance des mouvements verticaux du sol *= Rapport de stage pluridisciplinaire, cycle des ingénieurs diplômés de l'ENSG 2ème année IT2

Auteur(s) MATHIS (L.)Edition Marne-la-Vallée : ENSG, 2002Collation 81 pagesMots clés ALGORITHME DE GAUSS NEWTON, CONVOLUTION DU SIGNAL, DECONVOLUTION,

INVERSION, METHODE DES MOINDRES CARRES, OPTIMISATION, PRECISION MILLIMETRIQUE, TELEMETRE LASER AEROPORTE, TELEMETRIE LASER AEROPORTE, TRAITEMENT DU SIGNAL

N° notice 18106Cote PROJETRésumé d’auteur Le Laboratoire LOEMI de l'IGN a développé un télémètre laser aéroporté, à champ large,

pour la surveillance des mouvements verticaux du sol (TAMS). Il permet de faire des mesures simultanées de distances depuis un avion ayant une altitude de 1000 à 10000 m d'altitude sur une zone de 100 réflecteurs répartis sur 10 à 100 km2. L'objectif est


d'obtenir une précision millimétrique sur la composante verticale des cibles pour des durées de vol de 2 heures. Le traitement actuel des données comprend deux phases d'inversion par moindres carrés : l'estimation des distances avion-cibles à partir des signaux laser (déconvolutions des signaux) et l'estimation des coordonnées des cibles à partir de ces distances (multilatération). L'objectif du stage est d'étudier la première inversion, avec une analyse théorique et des simulations numériques qui utilisent un algorithme de moindres carrés non linéaires (Gauss-Newton), afin d'évaluer la précision de la méthode actuelle et de l'améliorer. La précision sur les distances obtenues après améliorations de la méthode (échantillonnage, critères de convergence, poids sur les paramètres, étude des échos superposés) et filtrage des données est de l'ordre de 3 cm pour un RSB de 10.

Titre La déformation crustale observée par GPS : le réseau de surveillance de la faille de Palu-koro, en Indonésie *= Rapport de projet pluridisciplinaire dans le cadre du cycle des ingénieurs des travaux géographiques et topographiques IT2

Auteur(s) ROUFFIAC (P.)Edition Marne-la-Vallée : ENSG, 2002Collation 40 pagesMots clés géog. INDONESIEMots clés DEFORMATION DE LA CROUTE TERRESTRE, FAILLE GEOLOGIQUE, GAMIT, GMT, LOGICIEL

DE CALCUL SCIENTIFIQUE, POSITIONNEMENT PAR GPS, PRECISION MILLIMETRIQUE, RESEAU DE SURVEILLANCE GEOPHYSIQUE, TECTONIQUE DES PLAQUES

N° notice 18109Cote PROJETRésumé d’auteur Située au point de convergence de trois plaques tectoniques majeures : Eurasie,

Philippine et Australie, la région de Sulawesi en Indonésie demeure fortement déformée et fracturée. Parmi un ensemble complexe de failles, deux structures dominantes contraignent les mouvements tectoniques de cette région: la subduction de Minahassa au Nord de Sulawesi et la faille de Palu-Koro, en décrochement senestre, à l'Ouest. Un réseau de quatre stations GPS surveillent en permanence la faille de Palu-Koro depuis 1996 et visent à étudier le couplage entre cette faille et la subduction de Minahassa. Depuis 1999, ces données d'observations GPS n'ont pas été exploitées. L'objet de mon stage a été d'analyser les mesures des stations du réseau de surveillance de la faille de Palu-Koro effectuées en 2001, année pour laquelle les données disponibles étaient les plus nombreuses. Un réseau GPS de 23 stations permanentes appartenant à des réseaux globaux et régionaux avec des lignes de base allant jusqu'à 10000 km a été utilisé pour analyser les observations des quatre stations qui surveillent la faille. Les données GPS ont été traitées avec les logiciels GAMIT et GLOBK du MIT. A l'issue des traitements effectués les positions des stations et leurs vitesses ont été estimées avec une précision millimétrique. Les taux de déplacements linéaires des quatre lignes de base principales du réseau de surveillance de la faille de Palu-Koro ont été également calculés. Les observations sur la faille de Palu-Koro ont permis de mettre en évidence le décrochement senestre de la faille avec un taux de 29.4 mm.an-1 et de caractériser les déformations dans le bloc Est de la faille.

Titre Precise relative positioning of formation flying spacecraft using GPSAuteur(s) KROES (R.)Edition Delft : NETHERLANDS GEODETIC COMMISSION NGC, 2006Collection Netherlands Geodetic Commission Publications on Geodesy, 61Langue AnglaisCollation 163 pagesMots clés AMBIGUITE ENTIERE, ERREUR SYSTEMATIQUE, FILTRE DE KALMAN, GPS-INS, GRACE,

IMAGE TERRASAR-X, METHODE DES MOINDRES CARRES, METHODE LAMBDA, NAVIGATION SPATIALE, ORBITOGRAPHIE PAR GPS, POSITIONNEMENT DIFFERENTIEL, POSITIONNEMENT PAR GPS, PRECISION MILLIMETRIQUE, PSEUDO-DISTANCE, QUALITE DES DONNEES, RESOLUTION D'AMBIGUITE, SIGNAL GPS

N° notice 15179Cote 30.70Résumé d’auteur Spacecraft formation flying is currently considered as a key technology for advanced

space missions. Compared to large individual spacecraft, the distribution of Sensor systems amongst multiple platforms offers improved flexibility and redundancy, shorter times to mission and the prospect of being more cost effective. Besides these advantages, satellite formations in low Earth orbit provide advanced science


opportunities that cannot, or not easily, be realized with single spacecraft. One of the fundamental issues of spacecraft formation flying is the determination of the relative state (position and velocity) between the satellite vehicles within the formation. Knowledge of these relative states in (near) real-time is important for operational aspects. In addition, some of the scientific applications, such as high resolution interferometry, require an accurate post-facto knowledge of these States. The goal of this dissertation is therefore to develop, implement and test a method for high precise post-facto relative positioning of formation flying spacecraft, using GPS observation data. The need for such a methodology comes from scientific satellite formation flying missions that are currently being planned. A good example here is the Synthetic Aperture Radar (SAR) interferometry formation consisting of the TerraSAR-X and TanDEM-X satellites. The primary mission objective here requires the relative position to be known within a 2 mm precision (1-dimensional).GPS receivers are often considered as the primary instruments for precise relative navigation in future satellite formation flying missions. As is commonly known, precise relative positioning between GPS receivers in geodetic networks is exercised on a routine basis. Furthermore, GPS receivers are already frequently used onboard satellites to perform all kinds of navigational tasks, are suitable for real-time applications and provide measurements with a 3-dimensional nature.Previous studies carried out in this research area focussed on the real-time or operational aspects, and all used GPS data obtained from software or hardware-in-the-loop simulations. This dissertation clearly distinguishes itself due to the fact that the developed methodology has been tested using real-world GPS data from the GRACE mission, which in addition also provides a precise way to validate the obtained results by means of the GRACE K/Ka-Band Ranging System (KBR) observations.One of the key aspects of any GPS positioning application is the quality of the observation data used. To this extent an in-flight performance analysis of the used GRACE (and CHAMP) GPS data bas been carried out. The results show that the GRACE GPS pseudorange observations, on the individual frequencies, are subject to systematic errors in the order of 10-15 cm. Furthermore, an assessment of the noise of both the GPS pseudorange and carrier phase data demonstrates that the noise of the GRACE B observation data is significantly lower.When using GPS for precise relative spacecraft positioning, the trajectory or orbit of one of the spacecraft, serving as the reference, has to be known to the best possible extent. In order to facilitate this, a total of three precise orbit determination strategies, using undifferenced ionosphere free GPS pseudorange and carrier phase observations, have been implemented and tested. They comprise a kinematic and reduced dynamic batch LSQ estimation method, as well as an extended Kalman filter/smoother (EKF), that also form the conceptual basis for the relative spacecraft positioning strategies. Each of the precise orbit determination concepts has been tested using GPS data from the CHAMP and GRACE missions. The reduced dynamic batch LSQ orbits were validated with Satellite Laser Ranging data, where the residuals showed an RMS of 3-4 cm.Out of a total of four possible processing strategies that have been identified for relative spacecraft positioning, only an extended Kalman filter/smoother has proven to work satisfactorily when tested on the real-world GRACE GPS data. The EKF processes single difference GPS pseudorange and carrier phase observations and uses (pseudo) relative spacecraft dynamics to propagate the relative satellite state over the observation epochs. Despite its single difference parametrization the EKF can still resolve and incorporate the integer double difference carrier phase ambiguities, which is commonly regarded as, and has proven to be in this dissertation, the key to precise GPS based relative positioning. Estimation of the integer ambiguities is accomplished by the well known Least Squares Ambiguity Decorrelation Adjustment (LAMBDA) method. Due to the presence of systematic errors in the GRACE GPS data, a relatively conservative validation of the estimated integer ambiguity parameters was found to be required prior to their incorporation in the filter. When validating the daily ambiguity fixed GRACE relative position solutions from the EKF with the KBR observations, it has been shown that an actual overall relative position precision of 0.9 mm (1-dimensional) over a 101 day data arc is achieved. This dissertation is the first that proves that such precision can be truly obtained for real-world relative spacecraft positioning applications.


3.2.2 Articles

Titre Integer ambiguity resolution in precise point positionning : Method comparisonAuteur(s) GENG (J.), MENG (X.), DODSON (A.) et TEFERLE (F.)Source JOURNAL OF GEODESY, vol 84, n° 9, [01/09/2010], pp 569 - 581Langue AnglaisMots clés AMBIGUITE ENTIERE, ANALYSE COMPARATIVE, POSITIONNEMENT PAR GNSS,

POSITIONNEMENT PONCTUEL PRECIS, PRECISION MILLIMETRIQUE, RESOLUTION D'AMBIGUITE

N° notice A2010-416Résumé d’auteur Integer ambiguity resolution at a single receiver can be implemented by applying

improved satellite products where the fractional-cycle biases (FCBs) have been separated from the integer ambiguities in a network solution. One method to achieve these products is to estimate the FCBs by averaging the fractional parts of the float ambiguity estimates, and the other is to estimate the integer-recovery clocks by fixing the undifferenced ambiguities to integers in advance. In this paper, we theoretically prove the equivalence of the ambiguity-fixed position estimates derived from these two methods by assuming that the FCBs are hardware-dependent and only they are assimilated into the clocks and ambiguities. To verify this equivalence, we implement both methods in the Position and Navigation Data Analyst software to process 1 year of GPS data from a global network of about 350 stations. The mean biases between all daily position estimates derived from these two methods are only 0.2, 0.1 and 0.0 mm, whereas the standard deviations of all position differences are only 1.3, 0.8 and 2.0 mm for the East, North and Up components, respectively. Moreover, the differences of the position repeatabilities are below 0.2 mm on average for all three components. The RMS of the position estimates minus those from the International GNSS Service weekly solutions for the former method differs by below 0.1 mm on average for each component from that for the latter method. Therefore, considering the recognized millimeter-level precision of current GPS-derived daily positions, these statistics empirically demonstrate the theoretical equivalence of the ambiguity-fixed position estimates derived from these two methods. In practice, we note that the former method is compatible with current official clock-generation methods, whereas the latter method is not, but can potentially lead to slightly better positioning quality.

3.3 Positionnement ponctuel précis

3.3.1 Monographies

Titre Etude de modèles prédictifs dans un réseau de stations GPS permanentes *= Thèse de doctorat de l'observatoire de Paris en dynamique des systèmes gravitationnels, école doctorale astronomie & astrophysique d'île de France

Auteur(s) ASGARI (J.) et KASSER (M.)Edition Paris : OBSERVATOIRE DE PARIS, 2005Collation 205 pagesMots clés COLLOCATION, CONTENU TOTAL EN ELECTRONS, ERREUR SYSTEMATIQUE,

FILTRE DE KALMAN, KRIGEAGE, MATLAB, MODELE SPATIOTEMPOREL, POSITIONNEMENT PONCTUEL PRECIS, PROPAGATION IONOSPHERIQUE, PROPAGATION TROPOSPHERIQUE, TRAITEMENT DE DONNEES GNSS

N° notice 13594Cote PDFRésumé d’auteur Nous avons réalisé cette thèse en deux parties. Les motivations de la première partie de

l'étude sont : l'investigation de la modélisation spatiale et temporelle des erreurs du GPS et l'étude de leur validité, en mettant l'accent sur les applications temps réel de réseau et les traitements non différentiels. Dans la deuxième partie, il s'agit de la théorie des traitements non différentiels, le Positionnement Ponctuel Précis (PPP), et le développement dans l'IDE de MATLAB de GPSS, logiciel de PPP. Les réseaux GPS sont en train de se développer rapidement dans le monde. En France, le service public de l'IGN (Institut Géographique National) a établi le Réseau GPS Permanent RGP1. Ses applications touchent différents domaines à différents niveaux de précision. Les applications en temps réel (DGPS, RTK) du RGP sont l'un des objectifs principaux de l'IGN. Dans ce concept, il faut gérer ou éliminer les biais correctement. Dans cette étude


l'utilisation multi-référence du réseau avec l'établissement de modèles d'interpolation des différentes erreurs affectant les mesures GPS est examinée. Les méthodes de filtrage comme le filtrage de Kalman, la collocation et le krigeage sont étudiées. L'ionosphère affecte les ondes électromagnétiques en induisant un délai de transmission additionnel. Cet effet dépend du contenu total en électrons (TEC)2 et de la fréquence des ondes. Les méthodes de modélisation de l'ionosphère, employant les données des réseaux GPS, ont été beaucoup étudiées ces dernières années. L'analyse spectrale des moindres carrés (LSSA3) est appliquée aux séries temporelles correspondant aux valeurs de TEC de quatre années. Ces données sont obtenues à partir des modèles ionosphériques calculés par le logiciel de Berne pour les stations du RGP. Nous avons écrit les codes MATLAB nécessaires pour exploiter ces données, pour leur analyse spectrale, ainsi que pour l'établissement d'un modèle de prédiction. Ces analyses montrent que le spectre des données contient des périodes de 1 jour, 12 heures et 8 heures. Pour le positionnement absolu à partir du code, la validité de plusieurs modèles ionosphériques est étudiée, en examinant leur efficacité sur les données GPS réelles. En outre une nouvelle méthode d'établissement d'une grille ionosphérique pour la prévision du TEC est présentée. Ce modèle est basé sur les résultats de l'analyse spectrale des moindres carrés d'une série de quatre ans de données ionosphériques. Les grilles prédites pourront être diffusées par Internet pour des utilisations mono-fréquence du GPS. Les essais numériques d'interpolation par collocation et krigeage sont réalisés pour la partie résiduelle du délai troposphérique. L'interpolation des autres erreurs peut être effectuée de façon similaire. GPSS4 est un logiciel de Positionnement Ponctuel Précis (PPP) qui utilise les données brutes au format RINEX5 et les éphémérides précises. Avec cette méthode, en plus du positionnement absolu, nous pouvons estimer la valeur totale du délai troposphérique. Avec l'arrivée de la nouvelle fréquence L5 et les améliorations des orbites pour le temps réel cette méthode est très prometteuse. Développer le logiciel dans l'environnement de MATLAB présente l'avantage de la rapidité des tests et de la programmation scientifique avec ce langage. Nous avons développé toutes les fonctions nécessaires `a ces calculs, plus des utilitaires de visualisation des données et des résultats. A la différence du positionnement relatif, les erreurs corrélées ne sont pas éliminées dans le PPP. Les fonctions de calcul de ces corrections (”Phase Wind Up”, excentricité de phase du satellite, correction de marée terrestre, etc. ) font partie du logiciel.

Titre Traitement et analyse des délais troposphériques issus des données d'un récepteur GPS bi-fréquence embarqué sur un navire *= Rapport de stage de fin d'études, cycle des ingénieurs diplômés de l'ENSG 3ème année (IT3), mastère spécialisé photogrammétrie, positionnement et mesures de déformations

Auteur(s) EL YAHMADI (M.)Edition Marne-la-Vallée : ENSG, 2009Collation 94 pagesMots clés GPS EN MODE CINEMATIQUE, POSITIONNEMENT PONCTUEL PRECIS, PROPAGATION

TROPOSPHERIQUE, RECEPTEUR GPS BIFREQUENCE, TRAITEMENT DE DONNEES GNSSN° notice 13948Cote MPPMDRésumé d’auteur Ce stage se déroule à l'Institut Géographique National au sein du Service de Géodésie et

Nivellement. Il s'inscrit dans le cadre du projet VAPIMED (VAPeur d'eau, Pluie intense en MEDitérranée). L'objectif principal de ce stage est de déterminer le délai zénithal total à partir des données GPS collectées sur un bateau. Un outil a déjà été développé au sein du SGN permettant de faire du traitement ponctuel précis en mode cinématique. Pour traiter les données de toute la campagne, Il fallait donc paramétrer ce noyau de calcul, l'adapter au besoin et l'automatiser. La comparaison des résultats avec divers centres de calcul et avec les stations du RGP a permis de valider la méthode de calcul et d'évaluer la précision des résultats.

3.3.2 Articles

Titre Resolution of GPS carrier-phase ambiguities in Precise Point Positioning (PPP) with daily observations

Auteur(s) GE (M.), GENDT (G.), ROTHACHER (M.) et al.Source JOURNAL OF GEODESY, vol 82, n° 7, [01/07/2008], pp 389 - 401Langue Anglais


Mots clés AMBIGUITE ENTIERE, DOUBLE DIFFERENCE, MESURAGE DE PHASE, POSITIONNEMENT PAR GNSS, RESOLUTION D'AMBIGUITE, SIMPLE DIFFERENCE, POSITIONNEMENT PONCTUEL PRECIS

N° notice A2008-317Résumé d’auteur Precise Point Positioning (PPP) has been demonstrated to be a powerful tool in geodetic

and geodynamic applications. Although its accuracy is almost comparable with network solutions, the east component of the PPP results is still to be improved by integer ambiguity fixing, which is, up to now, prevented by the presence of the uncalibrated phase delays (UPD) originating in the receivers and satellites. In this paper, it is shown that UPDs are rather stable in time and space, and can be estimated with high accuracy and reliability through a statistical analysis of the ambiguities estimated from a reference network. An approach is implemented to estimate the fractional parts of the single-difference (SD) UPDs between satellites in wide- and narrow-lane from a global reference network. By applying the obtained SD-UPDs as corrections to the SD-ambiguities at a single station, the corrected SD-ambiguities have a naturally integer feature and can therefore be fixed to integer values as usually done for the double-difference ones in the network mode. With data collected at 450 stations of the International GNSS Service (IGS) through days 106 to 119 in 2006, the efficiency of the presented ambiguity-fixing strategy is validated using IGS Final products. On average, more than 80% of the independent ambiguities could be fixed reliably, which leads to an improvement of about 27% in the repeatability and 30% in the agreement with the IGS weekly solutions for the east component of station coordinates, compared with the real-valued solutions. Copyright Springer

Titre Testing of Global Pressure-Temperature (GPT) Model and Global Mapping Function (GMF) in GPS analyses

Auteur(s) KOUBA (J.)Source JOURNAL OF GEODESY, vol 83, n° 3, [01/03/2009], pp 199 - 208Langue AnglaisMots clés ANALYSE COMPARATIVE, DONNEES GPS, DONNEES METEOROLOGIQUES, MODELE

ATMOSPHERIQUE, MODELE METEOROLOGIQUE, POSITIONNEMENT PAR GPS, POSITIONNEMENT PONCTUEL PRECIS, PRESSION ATMOSPHERIQUE, PROPAGATION DU SIGNAL, TEMPERATURE

N° notice A2009-194Résumé d’auteur Several sources of a priori meteorological data have been compared for their effects on

geodetic results from GPS precise point positioning (PPP). The new global pressure and temperature model (GPT), available at the IERS Conventions web site, provides pressure values that have been used to compute a priori hydrostatic (dry) zenith path delay z h estimates. Both the GPT-derived and a simple height-dependent a priori constant z h performed well for low- and mid-latitude stations. However, due to the actual variations not accounted for by the seasonal GPT model pressure values or the a priori constant z h, GPS height solution errors can sometimes exceed 10 mm, particularly in Polar Regions or with elevation cutoff angles less than 10 degrees. Such height errors are nearly perfectly correlated with local pressure variations so that for most stations they partly (and for solutions with 5-degree elevation angle cutoff almost fully) compensate for the atmospheric loading displacements. Consequently, unlike PPP solutions utilizing a numerical weather model (NWM) or locally measured pressure data for a priori z h, the GPT-based PPP height repeatabilities are better for most stations before rather than after correcting for atmospheric loading. At 5 of the 11 studied stations, for which measured local meteorological data were available, the PPP height errors caused by a priori z h interpolated from gridded Vienna Mapping Function-1 (VMF1) data (from a NWM) were less than 0.5 mm. Height errors due to the global mapping function (GMF) are even larger than those caused by the GPT a priori pressure errors. The GMF height errors are mainly due to the hydrostatic mapping and for the solutions with 10-degree elevation cutoff they are about 50% larger than the GPT a priori errors. Copyright Springer

Titre Single receiver phase ambiguity resolution with GPS dataAuteur(s) BERTIGER (W.), DESAI (S.), HAINES (B.) et al.Source JOURNAL OF GEODESY, vol 84, n° 5, [01/05/2010], pp 327 - 337Langue AnglaisMots clés DONNEES GPS, GIPSY-OASIS, MESURAGE DE PHASE, PHASE GPS, POSITIONNEMENT

CINEMATIQUE, POSITIONNEMENT PAR GPS, POSITIONNEMENT PONCTUEL PRECIS,


POSITIONNEMENT STATIQUE, RESOLUTION D'AMBIGUITE, TRAITEMENT DE DONNEES GNSS

N° notice A2010-185Résumé d’auteur Global positioning system (GPS) data processing algorithms typically improve positioning

solution accuracy by fixing double-differenced phase bias ambiguities to integer values. These “double-difference ambiguity resolution” methods usually invoke linear combinations of GPS carrier phase bias estimates from pairs of transmitters and pairs of receivers, and traditionally require simultaneous measurements from at least two receivers. However, many GPS users point position a single local receiver, based on publicly available solutions for GPS orbits and clocks. These users cannot form double differences. We present an ambiguity resolution algorithm that improves solution accuracy for single receiver point-positioning users. The algorithm processes dual- frequency GPS data from a single receiver together with wide-lane and phase bias estimates from the global network of GPS receivers that were used to generate the orbit and clock solutions for the GPS satellites. We constrain (rather than fix) linear combinations of local phase biases to improve compatibility with global phase bias estimates. For this precise point positioning, no other receiver data are required. When tested, our algorithm significantly improved repeatability of daily estimates of ground receiver positions, most notably in the east component by approximately 30% with respect to the nominal case wherein the carrier biases are estimated as real values. In this “static” test for terrestrial receiver positions, we achieved daily repeatability of 1.9, 2.1 and 6.0 mm in the east, north and vertical (ENV) components, respectively. For kinematic solutions, ENV repeatability is 7.7, 8.4, and 11.7 mm, respectively, representing improvements of 22, 8, and 14% with respect to the nominal. Results from precise orbit determination of the twin GRACE satellites demonstrated that the inter-satellite baseline accuracy improved by a factor of three, from 6 to 2 mm up to a long-term bias. Jason-2/Ocean Surface Topography Mission precise orbit determination tests results implied radial orbit accuracy significantly below the 10 mm level. Stability of time transfer, in low-Earth orbit, improved from 40 to 7 ps. We produced these results by applying this algorithm within the Jet Propulsion Laboratory’s (JPL’s) GIPSY/OASIS software package and using JPL’s orbit and clock products for the GPS constellation. These products now include a record of the wide-lane and phase bias estimates from the underlying global network of GPS stations. This implies that all GIPSY–OASIS positioning users can now benefit from this capability to perform single-receiver ambiguity resolution.

Titre Precise point positioning with ATOMIUM using IGS orbit and clock products: first results

Auteur(s) BAIRE (Q.), BRUYNINX (C.), DEFRAIGNE (P.) et LEGRAND (J.)Source BGG BULLETIN OF GEODESY AND GEOMATICS, vol 69, n° 2, [01/12/2010], pp 391 - 400Langue AnglaisMots clés ATOMIUM, POSITIONNEMENT PONCTUEL PRECIS, PROPAGATION TROPOSPHERIQUE,

STATION DE RECEPTION, TRAITEMENT DE DONNEES GNSS, TRANSFORMATION DE HELMERT

N° notice A2010-595Résumé d’auteur In this paper, we investigate the quality of the station positions determined by Precise

Point Positioning using ATOMIUM. For that purpose, the IGS orbits and clock files are considered as a priori information while ATOMIUM estimates daily station positions, hourly tropospheric zenith path delays and epoch-wise station clock synchronization errors with respect to the IGS time. In addition to its very fast operation (a daily run takes about 5 seconds by station), the mean weekly position repeatability obtained with ATOMIUM is at the level of 3.9 mm for the north, 2.4 mm for the east and 6.8 mm for the up component. If in addition, a Helmert transformation is performed to more reliably express the solution in the IGS05, then the mean weekly station position repeatabilities reach 3.1 mm for the north, 1.9 mm for the east and 5.7 mm for the up component, i.e. similar to what is presently obtained with the Bernese.

Titre Rapid re-convergences to ambiguity-fixed solutions in precise point positioningAuteur(s) GENG (J.), MENG (X.), DODSON (A.) et al.Source JOURNAL OF GEODESY, vol 84, n° 12, [01/12/2010], pp 705 - 714Langue AnglaisMots clés géog. SUISSE


Mots clés AMBIGUITE ENTIERE, CONVERGENCE, CORRECTION IONOSPHERIQUE, POSITIONNEMENT PAR GPS, POSITIONNEMENT PONCTUEL PRECIS, PROPAGATION IONOSPHERIQUE, RESOLUTION D'AMBIGUITE, TEMPS REEL

N° notice A2010-558Résumé d’auteur Integer ambiguity resolution at a single receiver can be achieved if the fractional-cycle

biases are separated from the ambiguity estimates in precise point positioning (PPP). Despite the improved positioning accuracy by such integer resolution, the convergence to an ambiguity-fixed solution normally requires a few tens of minutes. Even worse, these convergences can repeatedly occur on the occasion of loss of tracking locks for many satellites if an open sky-view is not constantly available, consequently totally destroying the practicability of real-time PPP. In this study, in case of such re-convergences, we develop a method in which ionospheric delays are precisely predicted to significantly accelerate the integer ambiguity resolution. The effectiveness of this method consists in two aspects: first, wide-lane ambiguities can be rapidly resolved using the ionosphere-corrected wide-lane measurements, instead of the noisy Melbourne–Wübbena combination measurements; second, narrow-lane ambiguity resolution can be accelerated under the tight constraints derived from the ionosphere-corrected unambiguous wide-lane measurements. In the test at 90 static stations suffering from simulated total loss of tracking locks, 93.3 and 95.0% of re-convergences to wide-lane and narrow-lane ambiguity resolutions can be achieved within five epochs of 1-Hz measurements, respectively, even though the time latency for the predicted ionospheric delays is up to 180 s. In the test at a mobile van moving in a GPS-adverse environment where satellite number significantly decreases and cycle slips frequently occur, only when the predicted ionospheric delays are applied can the rate of ambiguity-fixed epochs be dramatically improved from 7.7 to 93.6% of all epochs. Therefore, this method can potentially relieve the unrealistic requirement of a continuous open sky-view by most PPP applications and improve the practicability of real-time PPP.

Titre Regional reference network augmented precise point positioning for instantaneous ambiguity resolution

Auteur(s) LI (X.), ZHANG (X.) et GE (M.)Source JOURNAL OF GEODESY, vol 85, n° 3, [01/03/2011], pp 151 - 158Langue AnglaisMots clés AMBIGUITE ENTIERE, POSITIONNEMENT CINEMATIQUE EN TEMPS REEL,

POSITIONNEMENT PONCTUEL PRECIS, RESEAU GEODESIQUE LOCAL, RESOLUTION D'AMBIGUITE

N° notice A2011-164Résumé d’auteur Integer ambiguity fixing can significantly shorten the initialization time and improve the

accuracy of precise point positioning (PPP), but it still takes approximate 15 min of time to achieve reliable integer ambiguity solutions. In this contribution, we present a new strategy to augment PPP estimation with a regional reference network, so that instantaneous ambiguity fixing is achievable for users within the network coverage. In the proposed method, precise zero-differenced atmospheric delays are derived from the PPP fixed solution of the reference stations, which are disseminated to, and interpolated at user stations to correct for L1, L2 phase observations or their combinations. With the corrected observations, instantaneous ambiguity resolution can be carried out within the user PPP software, thus achieving the position solutions equivalent to the network real-time kinematic positioning (NRTK). The strategy is validated experimentally. The derived atmospheric delays and the interpolated corrections are investigated. The ambiguity fixing performance and the resulted position accuracy are assessed. The validation confirms that the new strategy can provide comparable service with NRTK. Therefore, with this new processing strategy, it is possible to integrate PPP and NRTK into a seamless positioning service, which can provide an accuracy of about 10 cm anywhere, and upgrade to a few centimeters within a regional network.

Titre GNSS algebraic structuresAuteur(s) LANNES (A.) et TEUNISSEN (P.)Source JOURNAL OF GEODESY, vol 85, n° 5, [01/05/2011], pp 273 - 290Langue AnglaisMots clés DOUBLE DIFFERENCE, ERREUR SYSTEMATIQUE, ETALONNAGE D'INSTRUMENT,

MESURAGE DE PHASE, PHASE GNSS, POSITIONNEMENT CINEMATIQUE EN TEMPS REEL, POSITIONNEMENT PAR GNSS, POSITIONNEMENT PONCTUEL PRECIS

N° notice A2011-198


Résumé d’auteur The first objective of this paper is to show that some basic concepts used in global navigation satellite systems (GNSS) are similar to those introduced in Fourier synthesis for handling some phase calibration problems. In experimental astronomy, the latter are at the heart of what is called phase closure imaging.' In both cases, the analysis of the related structures appeals to the algebraic graph theory and the algebraic number theory. For example, the estimable functions of carrier-phase ambiguities, which were introduced in GNSS to correct some rank defects of the undifferenced equations, prove to be closure-phase ambiguities:' the so-called closure-delay' (CD) ambiguities. The notion of closure delay thus generalizes that of double difference (DD). The other estimable functional variables involved in the phase and code undifferenced equations are the receiver and satellite pseudo-clock biases. A related application, which corresponds to the second objective of this paper, concerns the definition of the clock information to be broadcasted to the network users for their precise point positioning (PPP). It is shown that this positioning can be achieved by simply having access to the satellite pseudo-clock biases. For simplicity, the study is restricted to relatively small networks. Concerning the phase for example, these biases then include five components: a frequency-dependent satellite-clock error, a tropospheric satellite delay, an ionospheric satellite delay, an initial satellite phase, and an integer satellite ambiguity. The form of the PPP equations to be solved by the network user is then similar to that of the traditional PPP equations. As soon as the CD ambiguities are fixed and validated, an operation which can be performed in real time via appropriate decorrelation techniques, estimates of these float biases can be immediately obtained. No other ambiguity is to be fixed. The satellite pseudo-clock biases can thus be obtained in real time. This is not the case for the satellite-clock biases. The third objective of this paper is to make the link between the CD approach and the GNSS methods based on the notion of double difference. In particular, it is shown that the information provided by a maximum set of independent DDs may not reach that of a complete set of CDs. The corresponding defect is analyzed. One of the main results of the corresponding analysis concerns the DDCD relationship. In particular, it is shown that the DD ambiguities, once they have been fixed and validated, can be used as input data in the undifferenced CD equations.' The corresponding algebraic operations are described. The satellite pseudo-clock biases can therefore be also obtained via particular methods in which the notion of double differencing is involved.

Titre Ray-traced slant factors for mitigating the tropospheric delay at the observation level

Auteur(s) URQUHART (L.), NIEVINSKI (F.) et SANTOS (M.)Source JOURNAL OF GEODESY, vol 86, n° 2, [01/02/2012], pp 149 - 160Langue AnglaisMots clés GRADIENT DE PENTE, LANCER DE RAYONS, MODELE METEOROLOGIQUE,

POSITIONNEMENT PONCTUEL PRECIS, PROPAGATION TROPOSPHERIQUE, SIGNAL GPSN° notice A2012-143Résumé d’auteur Three-dimensional ray tracing through a numerical weather model has been applied to a

global precise point positioning (PPP) campaign for modeling both the elevation angle- and azimuth-dependence of the tropospheric delay. Rather than applying the ray-traced slant delays directly, the delay has been parameterized in terms of slant factors, which are applied in a similar manner to traditional mapping functions, but which can account for the azimuthal asymmetry of the delay. Five strategies are considered: (1) Vienna Mapping Functions 1 (VMF1) and estimation of a residual zenith delay parameter; (2) VMF1, estimation of a residual zenith delay and estimation of two tropospheric gradient parameters; (3) three-dimensional ray-traced slant factors and estimation of a residual zenith delay; (4) using only ray-traced slant factors and no estimation of any tropospheric parameters and; (5) using both ray-traced slant factors and estimating a residual zenith delay and two tropospheric gradient parameters. The use of the ray-traced slant factors (solution 3) showed a 3.8% improvement in the repeatability of the up component when compared to the assumption of a symmetric atmosphere (solution 1), while the estimation of two tropospheric gradient parameters gave the best results showing an 7.6% improvement over solution 1 in the up component. Solution 4 performed well in the horizontal domain, allowing for sub-centimeter repeatability but the up component was degraded due to deficiencies in the modeling of the zenith delay, particularly for stations located at equatorial latitudes. The magnitude of the differences in the mean coordinates between solution 2 and solution 3, and the strong correlation with the differences between the north component and the ray-traced gradients (coefficient of correlation of 0.83), as well as the impact of observation geometry on the gradient solution indicate that the use


of the ray-traced slant factors could have an implication on the realization of reference frames. The estimated tropospheric products from the PPP solutions were compared to those derived from ray tracing. For the zenith delay, a root mean square (RMS) of 5.4 mm was found, while for the gradient terms, a correlation coefficient of 0.46 for the N–S and 0.42 for the E–W was found for the north–south and east–west components, suggesting that there are still important differences in the gradient parameters which could be due to either errors in the NWM or to non-tropospheric error sources leaking into the PPP-estimated gradients.

Titre Improving the estimation of fractional-cycle biases for ambiguity resolution in precise point positioning

Auteur(s) GENG (J.), SHI (C.), GE (M.) et al.Source JOURNAL OF GEODESY, vol 86, n° 8, [01/08/2012], pp 579 - 589Langue AnglaisMots clés DONNEES GPS, ERREUR SYSTEMATIQUE, POSITIONNEMENT PONCTUEL PRECIS,

RESOLUTION D'AMBIGUITEN° notice A2012-374Résumé d’auteur Ambiguity resolution dedicated to a single global positioning system (GPS) station can

improve the accuracy of precise point positioning. In this process, the estimation accuracy of the narrow-lane fractional-cycle biases (FCBs), which destroy the integer nature of undifferenced ambiguities, is crucial to the ambiguity-fixed positioning accuracy. In this study, we hence propose the improved narrow-lane FCBs derived from an ambiguity-fixed GPS network solution, rather than the original (i.e. previously proposed) FCBs derived from an ambiguity-float network solution. The improved FCBs outperform the original FCBs by ensuring that the resulting ambiguity-fixed daily positions coincide in nature with the state-of-the-art positions generated by the International GNSS Service (IGS). To verify this improvement, 1 year of GPS measurements from about 350 globally distributed stations were processed. We find that the original FCBs differ more from the improved FCBs when fewer stations are involved in the FCB estimation, especially when the number of stations is less than 20. Moreover, when comparing the ambiguity-fixed daily positions with the IGS weekly positions for 248 stations through a Helmert transformation, for the East component, we find that on 359 days of the year the daily RMS of the transformed residuals based on the improved FCBs is smaller by up to 0.8 mm than those based on the original FCBs, and the mean RMS over the year falls evidently from 2.6 to 2.2 mm. Meanwhile, when using the improved rather than the original FCBs, the RMS of the transformed residuals for the East component of 239 stations (i.e. 96.4% of all 248 stations) is clearly reduced by up to 1.6 mm, especially for stations located within a sparse GPS network. Therefore, we suggest that narrow-lane FCBs should be determined with ambiguity-fixed, rather than ambiguity-float, GPS network solutions.


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