Etude et mise en place du système GPS dans la navigation maritime

La société « NAVIGATION AND COMMUNICATION ELECTRONICS » (NAVCOM) est une entreprise spécialisée dans :

- L'électronique marine 

- L'électronique aéronautique.

- Les télécommunications de sol.

Après avoir effectué le tour des différentes sections de NAVCOM, nous avons été captivé par le fonctionnement du système GPS dans la navigation maritime que j'ai toute suite fait savoir à mes encadreurs qui m'ont rassuré de m'accompagner vers cette initiative. Ainsi, j'ai décidé d'étudier comme thème «  Le fonctionnement du système GPS dans la navigation maritime ».

Dans le soucis de présenter un travail cohérent, le rapport sera structuré en deux parties :

- La première sera consacrée exclusivement à la présentation de l'entreprise NAVCOM.

- La seconde sera réservée à l'étude du thème proprement dit. Elle sera elle même subdivisée en quatre chapitres.

A la fin nous ferons des remarques aux quelles nous apporterons nos suggestions personnelles.

PARTIE I : PRESENTATION GENERALE DE NAVCOM

INTRODUCTION :

La société NAVCOM « NAVigation and COMmunication  Electronics » est une entreprise à caractère industriel spécialisée dans les domaines suivants :

- ELECTRONIQUE MARINE.

- ELECTRONIQUE AERONAUTIQUE.

- TELECOMMUNICATION DE SOL.

I-1 Historique

L'entreprise NAVCOM fondée en 1997 par son directeur général Mr André FOKAM dans le soucis de développer l'électronique aéronautique et marine au Cameroun depuis lors elle est en perpétuelle évolution car elle réussit à pérenniser malgré tous les problèmes que connaît l'Afrique du point de vue des progrès technologiques.

I-2 Localisation géographique

La société NAVCOM est basée à DOUALA à AKWA- Avenue JAMOT à une centaine de mètres du lieu dit MOBIL BONAKOUAMOUANG.

Vers

LAQUINTINIE

MOBIL BONAKOU-AMOUANG

Vers feu rouge Venant de ancien DARLIP

BESENGUE

Vers le Port

ICI

NC

NAVCOM

I-3 OBJECTIFS GENERAUX DE NAVCOM

La société NAVCOM ELECTRONICS depuis sa création s'est fixée pour objectifs d'assurer un service professionnel de qualité répondant aux exigences internationales et en temps réel ceci en respectant ses signes de marque qui sont les suivant :

- Commercialiser le matériel électronique de bonne qualité et répondant aux normes internationales.

- Laisser ses empreintes sur tous les bateaux et avions sur les quels ses techniciens interviennent ( travail rapide, fiable et soigné).

- Assurer un service après-vente en permanence à tous ses clients pour la grande satisfaction de ces derniers.

- Devenir le leader en électronique marine et aéronautique dans la sous région.

I-4 Structure et fonctionnement

Structure :

NAVCOM est une société à responsabilité limitée dont l'identification est la suivante :

Raison sociale : NAVCOM S.A.R.L

Sigle : NC

Domaine d'activité : Commerce électronique et prestations.

Statut juridique : Régime simplifié 

Boîte postale : 12060 Douala

Téléphone : (237) 3343 40 31

Téléfax : 3343 40 31

E-mail : [e-mail]

ORGANIGRAMME  HIERARCHIQUE :

DIRECTEUR

GENERAL

M. André FOKAM

RESPONSABLE

TECHNIQUE

M. Michel FOSSUO

SECRETARIAT-RECEPTIONNISTE

Mme Christine FOKAM

SERVICE COMPTABLE

TECHNICIENS

FONCTIONNEMENT :

A NAVCOM, les travaux sont organisés ainsi que suit :

A la base, le Directeur Général comme tout entrepreneur performant, est le premier à arriver au lieu de service à 8h 00. Une fois arrivé, il élabore le plan d'opération de la journée détermine les différentes tâches de la journée qu'il communique aux techniciens qui, sans plus tarder se dirigent vers le lieu d'intervention qui peut être : le port autonome, l'aéroport, le chantier naval... A la fin du travail, les techniciens reviennent et rendent compte au responsable technique qui apprécie et communique le résultat au Directeur Général pour appréciation de ce dernier.

PARTIE II : ETUDE DU FONCTIONNEMENT DU SYSTEME GPS DANS LA NAVIGATION MARITIME.

INTRODUCTION :

Dans cette partie du rapport, il sera question d'étudier le fonctionnement du système GPS proprement dit en faisant une approche détaillée de ses sous organes . Cette partie sera divisée en quatre chapitres organisée de la manière suivante :

Au premier chapitre, nous parlerons du satellite qui est l'élément sans lequel aucun vrai système de télécommunication ajourné ne fonctionnerait en l'occurrence le système GPS.

Ensuite, nous passerons au deuxième chapitre qui sera consacré à la notion de GPS et ses dérivées.

Au chapitre trois nous étudierons exclusivement un cas pratique de mise en place du système DGPS dans un bateau effectué au chantier naval du Cameroun lors de notre stage.

Enfin, nous serons amenés au chapitre quatre à faire des remarques à la suite des quelles nous apporterons nos suggestions.

CHAPITRE III MISE EN PLACE DU SYSTEME DGPS DANS UN BATEAU CAS DU SAGITTA - 01 INSTALLE AU QUAI UIC (BASE 111 du CNIC).

INTRODUCTION :

Lors du stage effectué à NAVCOM, nous avons eu l'occasion non seulement d'intervenir dans des cas de maintenance électronique des bateaux, mais surtout celle de l'installation complète du système DGPS dans un bateau (JUP 111 QUAI UIC).

Dans ce chapitre, nous essayerons de parcourir de façon ordonnée le processus de mise en place et l'étude du fonctionnement des différents éléments du système et enfin de l'ensemble.

Dans la navigation maritime, il est important que le capitaine du navire connaisse la position de son bâtiment en pleine mer aussi bien que dans les ports et les voies d'eau saturées. En mer, il a besoin de connaître la position exacte du navire, sa vitesse et son cap pour arriver à bon port, de la manière la plus sûre, la plus économique et la plus rapide possible compte tenu des conditions. La nécessité de connaître sa localisation géographique précise est encore plus critique quand le navire quitte le port ou qu'il accoste. La circulation et d'autres dangers compliquent les manoeuvres à accomplir, et le risque d'accident augmente en conséquence.

Marins et océanographes ont de plus en plus souvent recours aux données GPS pour faire des levées de terrain sous l'eau, lancer des bouées, localiser les dangers de la navigation et les cartographier. Les flottes de pêche commerciale se servent du GPS pour se diriger vers les aires les plus favorables, pour suivre les migrations de poisson et pour s'assurer qu'elles respectent la réglementation.

III-1 SYNOPTIQUE D'INSTALLATION DU DGPS SAGITTA-01

Antenne UHF CXL 70-3C

DGPS

Antenne GPS NAP 001

TRM 100

Ordinateur de

Programmation

ECRAN

VGA

(Optionnel)

AUXIL

RECERTEUR SAGITTA-01

TRM 100

UNIT

ALIMENTATION

III-2 CONSTITUTION ET ROLE DES DIFFERENTS ELEMENTS

DU SYSTEME

1) Les Alimentations

Le système utilise une alimentation commune avec un système de répartition d'énergie bien organisé c'est une alimentation stabilisée linéaire.

a) Rôle

Aucun appareil électronique ne pouvant fonctionner sans être alimenté, c'est bel et bien le cas dans le système DGPS . Ici, l'alimentation permet de fournir l'énergie nécessaire pour le fonctionnement de tous les appareils du système entre autres : le récepteur DGPS, l'écran de visualisation, les antennes (GPS et UHF) et les autres accessoires.

b) Caractéristiques

Les appareils du système ayant des plages de tension différentes, après analyse, nous avons opté pour une tension commune de 12V DC et après avoir calculé les courants appelés en plein fonctionnement, nous avons opté pour une alimentation pouvant fournir un courant de 15 A sans souffrir . Le bateau possédant des batteries de 24V DC, il était tout juste question de monter un convertisseur 24V DC-12V DC pour pallier à cette incompatibilité.

SCHEMA DE PRINCIPE DE L'ALIMENTATION

Bateau

12V

Répartiteur de tension du récepteur SAGITTA-01

Convertisseur

24Vdc /12Vdc

24v

2) LE RECEPTEUR SAGITTA-01

a) Rôle

C'est le chef d'orchestre du système car c'est lui qui crée le lien électrique et fonctionnel entre les autres éléments du système par le biais de ses ports et d'interface. Les liens fonctionnels qu'il assure sont les suivants :

- Acquérir et mémoriser les informations géographiques nécessaires pour la navigation maritime.

- Acquérir et analyser les données en provenance des satellites via l'antenne GPS.

- Acquérir et analyser les données en provenance de la station de correction via l'antenne UHF.

- Différentier les données de l'antenne GPS à celles de l'antenne UHF.

- Permettre l'affichage des informations sur l'écran TRM 100 et le moniteur VGA optionnel lors de la navigation.

- Gérer les informations externes de correction en provenance d'autres stations correctrices via le port série.

- Corriger les erreurs de localisation.

- Offrir la possibilité d'interconnecter d'autres appareils tels que l'option module radio VHF ou bien un Radar...

b) Constitution interne du SAGITTA-01

Le récepteur SAGITTA-01 est constitué intérieurement d'éléments suivants :

- Un circuit de protection d'alimentation qui fonctionne comme suit :

PROTECTION CONTRE LES SURTENSIONS

Lorsque la tension devient supérieure à 13,5 V , le circuit déleste immédiatement et sans danger le récepteur GPS jusqu'à ce que la tension redevienne normale.

PROTECTION CONTRE LES BAISSES DE TENSION

Si la tension d'alimentation devient inférieure à 9v pendant plus de 100 ms, le récepteur GPS est délesté et automatiquement mis en marche dès que cette tension redevient supérieure à 9,5V.

PROTECTION CONTRE LES SURINTENSITES

Lorsque le courant appelé par le récepteur atteint 3A et y reste pendant plus de 100 ms, c'est qu'il y a problème ; le circuit de protection déleste immédiatement ce dernier et le courant est rétabli dès que la surintensité disparaît.

- Un circuit de mémorisation (ROM et RAM)

C'est lui qui est chargé d'enregistrer les paramètres de fonctionnement définitifs du GPS et les données temporaires de fonctionnement.

- Un circuit coupleur

Qui a pour rôle de rendre le signal analogique (qui provient des antennes GPS et UHF) en format ASCII série reconnaissable par les appareils numériques.

- Une unité de traitement (microcontrôleur)

Qui est l'élément le plus important car c'est à lui que revient la lourde charge d'analyser, différentier et sortir les résultats de calcul de distance qui sont vraiment de très gros calculs.

- Des ports interfacés visibles à l'arrière du récepteur

1° Un port IN/OUT RS232 (Port B)

2° Deux ports IN/OUT RS432 (Ports A)

3° Un port IN pour les corrections DGPS (Port D)

4° Un port IN pour relier une radio externe ou un Radar

5° Un port OUT RS422 (Port C)

6° Un port OUT VGA pour écran

7° Une entrée d'alimentation

8° Une entrée antenne GPS

9° Une entrée antenne UHF

c) LES INDICATEURS DU SAGITTA

-Indicateur POWER

Le SAGITTA-01 dispose d'un indicateur LED POWER qui confirme à l'utilisateur que le récepteur est sous tension (9,5V<Vin<36V).

-Indicateur du nombre de satellite reçu

Le récepteur SAGITTA est équipé d'une LED qui indique le nombre de satellite reçu. La LED clignote par intermittence, c'est ainsi que N clignotement successifs correspond à une réception permanente de N satellites.

3) L'antenne GPS NAP- 001

a) Rôle

L'antenne GPS NAP 001 est chargée de recevoir les signaux analogiques en provenance des satellites c'est-à-dire les signaux de fréquences L1 et L2 afin de les acheminer vers l'entrée GPS du récepteur SAGITTA-01, un câble de type coaxial et deux connecteurs TNC femelles et mâles assurent la liaison entre les deux.

a) Caractéristiques

- caractéristiques mensuralistes

L'antenne GPS est une antenne à structure circulaire et particulièrement de très petite taille.

Diamètre : 143 mm hauteur : 44 mm

Poids : 342 grammes

- caractéristiques électriques

L'antenne GPS est alimentée via le câble coaxial.

Tension d'alimentation : 5 à 13 V/DC Courant consommé : 40 mA

Gain  approximatif : 39 dB. Perte admissible de gain : 24 dB Gamme de température de fonctionnement : -40°C à 70°C

4) L'antenne UHF

a) Rôle

L'antenne UHF est la raison d'être du DGPS sinon, on continuerait à parles de GPS. C'est elle qui reçoit les signaux UHF qui viennent de la station correctrice voisine et le transmet au SAGITTA-01 via un câble coaxial, pour cette installation, nous avons utilisé le CXL 70-3C pour ses performances exceptionnelles.

b) Description

la CXL 70-3C/H est une antenne robuste marine et station de base, 3 dB de gain, polarisante verticale qui couvre la bande de 380 à 470 Mhz par 4 modèles avec 10 Mhz de bande commune. Cette antenne large-bande de conception soignée est construite dans un tube en fibre de verre avec une charge au vent très faible, ce qui assurera un fonctionnement sans problème, même dans un environnement corrosif. Pour éviter tout bruit dû aux décharges atmosphériques, toutes les parties métalliques sont connectées à la masse. Par conséquent, l'antenne montre un court-circuit à travers le câble coaxial.

c) Spécifications

- Electriques

Type d'antenne : colinéaire large bande

Impédance : 50 Rayonnement : Omnidirectionnel.

Polarisation : verticale Gain : 5dB

Angle d'ouverture : 30° Largeur de bande : 30 Mhz

TOS : 1,5 Puissance max : 150W

- Mécaniques

Températures : de -30°C à +70°C Connecteur : N femelle

Surface au vent : 0.032m² Charge au vent : 35 N à 150 km/h

Couleur : blanc marine hauteur : 1,45m

Diamètre partie haute : 16mm Diamètre partie basse : 25 mm

Poids : environ 2,4 kg Fixation : sur mât de 27-65 mm de diamètre.

Installation de l'antenne

Ce point est trop souvent négligé. La position idéale, de l'antenne GPS et du fouet UHF, est vers 4 mètres au-dessus de l'eau, ce qui améliorera considérablement la réception par rapport au montage classique sur balcon, trop bas et masqué. Si vous installez sur portique, surélevez l'antenne par une rallonge (de préférence en fibre pour diminuer l'ombre), afin qu'elle se situe à un mètre au-dessus du plan d'émission de l'antenne radar. Pour éviter qu'elle ne serve de poignée aux éléphants du bord, montez la base sur un petit silentbloc, le tube se dérobera en cas de contact et sauvera l'antenne. La qualité de l'antenne est prépondérante pour décoder le signal

5) Le TRM 100 Key pad/Display (Terminal)

C'est un écran couleur de visualisation des information de navigation donc il représente la partie accessible aux  utilisateurs.

Il dispose d'un écran de visualisation

Il dispose dans sa face avant des touches de paramétrage et de contrôle permettant au capitaine du bateau de régler les paramètres tels que :

- la luminosité et la brillance de l'écran de visualisation.

- la position géographique initiale du bateau.

- l'allumage et l'extinction du système.

6) L'ordinateur de programmation du TRM 100

a) Rôle

L'ordinateur de programmation permet de rentrer les paramètres de navigation dans le récepteur GPS et est nécessaire une seule fois pour la première utilisation. Cette programmation est faite par un expert qui dispose des données des stations correctrices utilisées qui sont :

- Numéro d'identification (AIS)

- Coordonnées polaires Nord-Sud

- Le nom de la station de référence

- Port utilisé comme port d'acquisition correcteur (Port D)

- Vitesse de réception (4800 Bauds)

b) Caractéristiques requises pour le PC

- Ordinateur PC

- Système d'exploitation : Windows 2000, XP version anglaise.

- Processeur : Pentium recommandé

- RAM : 64 MO recommandé

- Espace requis pour le disque dur : 25 MO

- Un port série : compatible RS 232

- Un lecteur de CD ROM

c) Procédure d'installation

- Démarrer le PC

- Insérer le logiciel TRM 100 fourni dans le lecteur de CD ROM

- Sélectionner START : Run... dans le menu « Démarrer »

- Dans la boîte de dialogue qui s'ouvre, spécifier le chemin d'accès au « etup.exe » du CD ROM puis cliquer « OK » pour lancer l'installation.

L'installation terminée, il reste à l'expert de venir faire la programmation.

III-3 Modes de correction

Pour l'optimisation de l'utilisation du système DGPS SAGITTA-01 le fabricant a prévu une gamme variée de modes de fonctionnement à la portée des utilisateurs qui diffèrent seulement de la manière dont est traité le signal. Ainsi, on distingue :

- Le mode LRK

- Le mode KART/EDGPS

- Le mode WAAS/EGNOS

Mais dans le cadre de cette étude nous nous limiterons à parler du mode LRK parce qu'il est plus représentatif.

a) Définition du traitement LRK

Le mode LRK est une méthode de traitement cinématique qui fournit en temps réel la position du bateau avec un niveau de précision qui avoisine le centimètre quand toutes les conditions sont réunies. Ce mode fonctionne uniquement avec le système double fréquence.

Ainsi, pour sa mise en place, l'expert doit rentrer les caractéristiques de la station de référence dans le récepteur avec précision pour que ce dernier assure une bonne correction.

Les données de la station référence que l'expert a besoin sont :

- ID de la station référence Exemple : 8

- le nom de la station référence Exemple : La Fleur

- ses coordonnées Exemple : 47°,52' Nord 17°29,54' Sud

- la bande de fréquence utilisée Exemple : UHF

- la fréquence porteuse Exemple : 444,55 Mhz

- la modulation utilisée  Exemple : GMSK

- la gamme de distance 30 km

- la vitesse de transmission Exemple 4800 bauds

- le cryptage exemple : Non cryptée.

- Nombre d'antenne utilisée exemple : 2

A base de ces informations, le récepteur pourra aisément effectuer les corrections qui lui seront transmises par la station de référence.

b) Synoptique de fonctionnement du mode LRK

Récepteur Sagitta port B

Ecran TRM100

Position corrigée

Station

N° 27

Signaux des satellites

Signaux des satellites

Antennes UHF

Correctrices

GPS

GPS

Explication du synoptique

Ce schéma signifie que, la station de référence est la station N° 27 elle reçoit les données en provenance du satellite via son antenne GPS, puis après avoir modulé les données dans la bande UHF, elle les réémet via son antenne UHF à l'antenne UHF de notre système DGPS .

Une fois la donnée présente, le récepteur SAGITTA la compare à celles qui lui ont été envoyé par le satellite ce qui lui permet de faire une correction appropriée afin de pouvoir afficher à l'utilisateur la position la plus précise possible.

Ainsi, l'expert aura besoin de toutes les informations de la station N° 27 et précisera que le port B est utilisé comme port d'acquisition.

c) Amélioration de la correction

Le mode LRK offre de nombreux avantages pour une meilleure précision du DGPS. En outre, il donne la possibilité de :

- Utiliser deux stations de références , pour cela, il nous suffira de spécifier au SAGITTA que l'une est principale et l'autre secondaire ( à défaut) ainsi, en cas de défaillance de la station correctrice principale, l'utilisateur ne souffrira pas des problèmes de précision, car le système de relais est automatique donc le récepteur considérera maintenant la station secondaire comme référence.

- comparativement aux deux autres, il ne nécessite pas l'utilisation de deux antennes GPS donc il est économique.

Grâce à la précision atteinte, le DGPS SAGITTA-01 utilisé avec un traitement LRK apparaît comme le système de positionnement par excellence pour une navigation sécurisée.

CHAPITRE 4 : REMARQUES ET SUGGESTIONS

1) REMARQUES

Lors de notre passage à NAVCOM, nous avons rencontré plusieurs difficultés qui ne nous ont pas laissé insensibles.

Entre autres, nous avons remarqué que la maîtrise de l'anglais est un atout infaillible pour le technicien que nous sommes et particulièrement dans la navigation maritime à laquelle nous avons été confronté. Cette nécessité s'impose à plusieurs niveaux :

- Dans 98% des bateaux ont ne parle que l'anglais ainsi, le technicien qui vient intervenir ne pourra pas entrer en dialogue avec le capitaine du bateau pour entrer en connaissance de la panne. Ce qui peut lui valoir une dépréciation de ses compétences techniques et par conséquent un mauvais rayonnement de la société en général.

- Tous les appareils que nous avons rencontré avaient leurs manuels d'utilisation écrits en anglais ce qui fait que quelque fois l'on peut mal interpréter une information ou bien même la déformer ce qui peut être à l'origine d'une panne involontaire.

Pour ne citer que ces deux incidences dues à la maîtrise de l'anglais qui montre qu'à cause du simple faite que l'on soit inapte en anglais, l'on peut même aller jusqu'à rayonner négativement l'image de la société ce qui est la pire des amertumes que peut subir une entreprise.

D'autre part, nous avons pu constater que la maîtrise de l'outil informatique avait une incidence importante dans le cadre de certains diagnostiques tel que le test de la balise de détresse du bateau (EPIRB) et la programmation des modules radio VHF.

2) SUGGESTIONS

Les remarques faites à NAVCOM nous ont permis de réfléchir sur quelques suggestions qui peuvent favoriser la pérennisation de la société.

Ainsi, pour pallier aux difficultés de langue anglaise, la direction a déjà fait un grand pas en munissant la bibliothèque de l'entreprise des dictionnaires anglo-français mis à jour, doit maintenant opter pour une formation en temps réel de ses techniciens et principalement en Business English une fois par semaine c'est à dire le samedi qui est un jour presque souvent libre.

Ainsi, on espère qu'avec cet effort, dans un futur très proche chaque technicien à NAVCOM pourra non seulement comprendre parfaitement n'importe quel manuel anglais, mais surtout dialoguer sans difficulté avec n'importe quel capitaine pour faire connaissance d'une panne sans que la présence d'un expert soit obligatoire.

Pour pallier à la difficulté en informatique, NAVCOM s'est déjà démarquée en munissant ses laboratoires d'ordinateurs performants pour l'entraînement de son personnel technique. Il revient maintenant aux techniciens de prendre compte du danger qu'est la non maîtrise de l'informatique et de considérer cet handicap comme une nécessité comparable à la croissance et la pérennisation de toute l'entreprise.



A l'issu des cinq semaines de stage effectué à NAVCOM, les tâches que nous avons eu l'occasion d'effectuer nous ont montré que l'électronique était un domaine riche et principalement l'électronique maritime qui est très vaste au point où le temps imparti a été vraiment juste pour l'étude de mon thème . Ainsi, ce stage m'aura permis de faire face aux appareils de navigation qui étaient tous nouveaux et assez complexes tels que : le radar, l'échosondeur, le GPS etc.. et ainsi j'ai pu comprendre que nous avons tout un vaste champ à parcourir. Ce qui m'a fait trouver en cela une motivation d'affiner avec le temps mes recherches en électronique maritime.

Sur le plan technique, ce stage m'a permis d'assimiler avec clarté pleines de notions de télécommunication qui, jusque là n'étaient connues que théoriquement tels que : le bruit, le TOS, l'azimuth.

Ce stage m'a également permis de bien comprendre les notions d'organisation et de fonctionnement d'une entreprise, la notion de droit du travail, et du respect de la hiérarchie.

Sur le plan humain, à travers ce stage, j'ai compris le bien fondé des relations humaines et du secret professionnel de l'entreprise et le bien fondé du travail d'équipe que l'esprit d'initiative sans laquelle aucune oeuvre personnelle ne peut être réussie.

Ainsi, si le gouvernement pense à créer une école qui forme dans les domaines aussi riches que l'électronique maritime et aéronautique, ce sera une grande poussée de l'électronique maritime au Cameroun et partout dans la sous région.