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Des observatoires aux satellites

Des observatoires aux satellites. 26 Septembre 2007. Des Observatoires aux Satellites. Les satellites jouent un rôle croissant dans la connaissance de la Terre et la compréhension des phénomènes qui s’y déroulent

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Presentation Transcript

  1. Des observatoires aux satellites 26 Septembre 2007

  2. Des Observatoires aux Satellites • Les satellites jouent un rôle croissant dans la connaissance de la Terre et la compréhension des phénomènes qui s’y déroulent • Ils sont de plus en plus utiles dans la compréhension des risques naturels et sont appelés à jouer un rôle croissant pour la prévention • Ceci concerne notamment la mesure des déformations du sol et l’imagerie • L’Observation sol couplée à l’observation depuis les satellites est fondamentale • Le cours aborde les sujets suivants: • L’instrumentation d’Observatoire (sol et espace) • Mesure sol et espace des déformations du sol et des variations de pesanteur • Interférométrie radar et corrélation d’images optiques

  3. Programme (provisoire) des prochains cours • Mercredi 26/9 (14h-16h) - P. Briole – Introduction et cours GPS • Mercredi 3/10 (14h-18h ou 16h-18h) - P. Briole – Suite du cours GPS • Jeudi 4/10 (9h-11h) - P. Briole - Cours InSAR • Mercredi 10/10 (16h-18h) - A. Socquet -TD InSAR • Jeudi 11/10 (9h-11h) - A. Socquet - TD InSAR • Mercredi 17/10 (16h-18h) - A. Socquet - TD InSAR • Jeudi 18/10 (9h-11h) - A. Socquet - TD InSAR (à confirmer) • Mercredi 24/10 (16h-18h) - A. Socquet, P. Briole, … - TP GPS Terrasse de l’ENS • Jeudi 25/10 (9h-11h) - P. Briole, A. Socquet ? - TD GPS • Mercredi 14/11 (16h-18h) - P. Briole - Cours modèles • Jeudi 15/11 (9h-11h) - P. Briole - Cours modèles • Mercredi 28/11 (16h-18h) - P. Briole - Cours Observatoires Volcanologiques • Mercredi 5/12 (16h-18h) - P. Briole - Cours observation des panaches • Jeudi 20/12 (9h-11h) - A. Socquet et/ou P. Briole - Examen final

  4. Des observatoires aux satellitesLe système GPS 26 Septembre 2007

  5. La constellation GPS (segment spatial) • 24-satellite • 26000km par rapport au centre de la Terre • 2 orbites/jour • Six plans orbitaux: • Inclinaison 55° sur l’équateur • 4 satellites par orbite

  6. Les récepteurs GPS

  7. Principe de base du GPS • Le satellite transmet l’heure • Le principe du positionnement est basé sur la mesure des différences de temps d’arrivée des signaux horaires de satellites

  8. Calcul de la position (point isolé) La position absolue du récepteur est calculée en résolvant les équations: (x1 - X)² + (y1 - Y)² + (z1 - Z)² = c²(T1 – T -dTr)² (x2 - X)² + (y2 - Y)² + (z2 - Z)² = c²(T2 – T -dTr)² (x3 - X)² + (y3 - Y)² + (z3 - Z)² = c²(T3 – T -dTr)² (x4 - X)² + (y4 - Y)² + (z4 - Z)² = c²(T4 – T -dTr)² Etc.. Inconnues: • X,Y,Z sont les coordonnées du point (inconnues) • dTr est le décalage entre l’horloge récepteur et le temps absolu Données: • (x,y,z)i coordonnées des satellites au temps T Mesures: • Ti : heure d’arrivée dans le récepteurs (en temps récepteur) des signaux partis des satellites au temps T

  9. Capture du code par le récepteur Signal PRN reçu du satellite • Les récepteurs génèrent des signaux comparables à ceux attendus et cherchent un maximum de corrélation • Le décalage de phase entre le signal reçu et le synthétique représente le temps de vol de l’onde (ti-T), ti=temps sur l’horloge récepteur, T=temps récepteur Replique du signal PRN générée par le récepteur Corrélateur

  10. Les signaux de phase • Environ 2 tonnes • Signaux de sortie: • Canal L1 (porteuse 1.5 GHz): • Code C/A (Coarse Acquisition) • Code P • Canal L2 (porteuse 1.2 GHz): • Code P (Precise) • Signaux d’entrée: Corrections envoyées par les stations de contrôle

  11. Structure du signal transmis par les satellites • Données des SV (position, temps, info systeme, etc.) mélangées au code PRN, puis modulées par la phase • Codes PRN uniques pour chaque SV, un code C/A et un code P pour chaque • L1 = Signal SPS (usage civil), 1.023MHz • L2 = Signal PPS (usage spécial et militaire), 10.23MHz SPS Freq. porteuse (uniforme) Bruit pseudo-aléatoire (PRN) Données @ 50Hz PPS Freq. porteuse. (uniforme)

  12. GPS différentiel • Reference station at a fixed, known location computes its location from SV signals and computes error correction factors • Correction factors are transmitted to remote receivers at radio frequency • Usable range <30 km from reference station • Reference receiver must be surveyed and located beforehand • Coast Guard maintains ref. stations along most US coastlines • Typical accuracy 1-5m SV position data received by reference station Correction factors computed from position errors SV position data received by remote receiver Remote receiver position modified by correction factors Reference station at known location Correction factors transmitted to remote receiver via radio frequency Remote receiver

  13. Ouvrage de référence sur GPS

  14. Corrections (x,y,z,t)i + Corrections (x,y,z,t)i Le segment de contrôle SVi Utilisateur Station de contôle • Corrections de temps et position envoyées en continu aux satellites depuis les stations de contrôle au sol • Corrections de position basées sur le calcul précis d’orbites • Corrections de temps basées sur le temps universel UTC (Universal Coordinated Time) • Corrections de temps et positions re-transmis des satellites vers les récepteurs • Erreur de temps après correction <100ns • Erreur de positions après correction: quelques mètres

  15. Réseau IGS (International GPS Service): http://igscb.jpl.nasa.gov

  16. IGS: Orbites précises

  17. Le système de référence ITRF2000

  18. IGS: Paramètres de rotation de la Terre

  19. Les vitesses des plaques vues par GPS

  20. Exemples de séries temporelles

  21. Déformations « silencieuses » mesurées par GPS Ces déformations peuvent se produite sur des failles ou concerner l’ensemble du volume Transitoires de déformation mesurés par GPS aux Cascades (USA) (Miller et al., 2002)

  22. Sites web relatifs au GPS géodynamique • Séries temporelles calculées par JPL • http://sideshow.jpl.nasa.gov/mbh/series.html • Séries temporelles disponibles à UNAVCO: • http://sps.unavco.org/crustal_motion/dxdt/ • IGS • http://igscb.jpl.nasa.gov/ • EUREF • http://www.epncb.oma.be/ • SOPAC • http://sopac.ucsd.edu/

  23. EUREF : le réseau

  24. EUREF données et produits

  25. Séries temporelles GPS stations FCLZ, GRAS, MODA, SJDV

  26. Vitesses à 64 sites d’Europe de l’Ouest (Nocquet et al., 2003) • Accuracy <1mm/year • Central Europe (rigid at <0.4 mm/yr) = reference frame. • Almost no motion west of the Rhine Graben and on the Iberian peninsula: <0.6mm/yr across the Rhine graben and the Pyrenees. • Current strain pattern in the western Alps combines E-W extension and right-lateral shear. • Counter-clockwise rotation of the Adriatic micro-plate (appears to control the strain pattern along its boundaries in the Friuli area, the Alps, and the Apennines).

  27. Les chantiers GPS des équipes françaises

  28. Résultats des campagnes GPS dans le Golfe de Corinthe (Grèce)

  29. Golfe de Corinthe: objectifs • Connaître • Les mouvements verticaux • L’évolution temporelle (transitoires) • Comprendre • Le passage d’une déformation localisée (Aigion) à une déformation diffuse (Patras) • Le processus de propagation Est-Ouest du rift de Corinthe • Modéliser • Rôle de la sub-surface • Modèle 3D réaliste d’évolution (intégrant les observations disponibles de structure, rhéologie et cinématique) Inclinaison anormale 1 heure avant un micro-séisme 3/12/02, Bernard et al., 2004

  30. La Méditerranée: une zone de déformation complexe Sismicité 1967-2003 (USGS)

  31. La frontière de plaques Afrique - Europe Mc Clusky et al., 2003 Calais et al., 2003

  32. Vitesss GPS en Grèce et alentours Mc. Clusky et al., 2000

  33. Sismicité et déformation sont distibués

  34. Mécanismes au foyer des séismes

  35. Diverses zones de déformation localisée

  36. Deformation due au séisme du 15/06/1995

  37. Réseaux GPS en Grèce

  38. Vitesses GPS en Grèce

  39. Vitesses en Grèce centrale

  40. Major earthquakes in the Gulf Corinth in the last 50 years

  41. Réseaux GPS dans le Golfe de Corinthe

  42. Mesures 1990-2001

  43. Extension du rift de Corinthe (1990-2001)

  44. Les mesures GPS montrent l’existence de rotations de blocs « rigides »

  45. Observations GPS permanentes

  46. o o o o o Observations GPS permanentes

  47. Quelques autres applications de GPS en bref

  48. Mesure de volume de coulées de lave à partir de stéréo-photogrammétrie et validation par GPS cinématique Volume de coulées de lave et GPS cinématique au Piton de la Fournaise (France)

  49. GPS en continu au début de l’éruption de Novembre 2002

  50. Tomographie du panache du volcan Miyake-jima (Japon) à partir de mesures GPS

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