Les principales caractéristiques du GPS le rendent essentiel à une variété de solutions IoT mobiles

Localisation d'objets: Le GPS utilise sa constellation exclusive de satellites militaires pour fournir des données de localisation d'objets avec un haut degré de précision. Cela se fait par un processus appelé trilatération, qui implique que l'objet ou le dispositif cible communique sans fil avec au moins trois satellites visibles qui peuvent fournir des données qui sont ensuite utilisées pour calculer les coordonnées précises de l'objet.

• Calcul de la vitesse: Cette capacité du GPS dépend de la transmission constante de signaux satellitaires lorsque les satellites GPS effectuent leurs orbites habituelles de 12 heures autour de la Terre. Le mouvement de l'objet ou du dispositif cible par rapport à la position du satellite peut être utilisé pour calculer la vitesse à l'aide de l'équation traditionnelle: vitesse = distance/temps.
• Chronométrage précis: La fonction des satellites GPS est soutenue par de puissantes horloges atomiques qui sont utilisées dans le traitement des données essentielles au bon fonctionnement du système. Ces horloges intégrées synchronisées et stables sont corrigées quotidiennement pour assurer la précision de la mesure du temps nécessaire au bon fonctionnement du GPS.
• Direction: Les données d'éphémérides libérées par les satellites GPS peuvent être utilisées pour calculer la direction et l'orientation des objets par rapport à la position orbitale du satellite.
• La puissance de calcul de ce système de radionavigation céleste signifie que les applications militaires, civiles et commerciales de l'utilisateur final sont immédiatement améliorées par les capacités étendues de traitement des données de ce système.

 Lorsqu'il est associé à l'IoT, le GPS offre la possibilité de quantifier et d'enregistrer de grandes quantités de données relatives au temps, à l'emplacement, à la vitesse et à la direction. Cette relation de complémentarité permet de caractériser les mouvements terrestres:

• d'objets
• de biens
• des animaux
• de personnes

Ce qui a des implications économiques majeures et le potentiel de créer des villes intelligentes et l'Internet of Everything (IoE) actuellement théorique.

Applications du GPS dans la technologie IoT

Lorsqu'il est utilisé en tant que technologie autonome, l'utilisation du GPS se fera sur la base de ses capacités de transfert de temps, de localisation et de surveillance des mouvements.

Le GPS est principalement utilisé pour les applications de localisation ou de suivi qui dépendent de la triangulation des satellites en orbite sur une antenne de suivi GPS et un récepteur dans l'objet ou le dispositif utilisé. Une fois localisé avec précision, il y a un calcul continu de la position et des mises à jour régulières pour suivre les objets en mouvement à l'aide de la transmission de données par micro-ondes.

Les appareils IoT compatibles GPS comprennent:

• Aides à la navigation
• Des dispositifs de localisation et de suivi qui peuvent être intégrés ou attachés à des objets de consommation courante tels qu'un collier de chien ou un sac d'école. Cette technologie peut également être utilisée pour suivre des actifs précieux tels que des marchandises expédiées à l'international.
• Wearables utilisés par les employés, le personnel, les condamnés ou les patients pour surveiller leur activité.
• Geofencing: La création de limites surveillées par GPS comme mesure de sécurité (par exemple pour les animaux domestiques) ou pour faire respecter un couvre-feu.
• Horodatage précis des transactions ou des mouvements
• Synchronisation avec les appareils numériques, les montres et les horloges pour un chronométrage précis.

Antennes GPS pour la conception de produits embarqués

Le bon fonctionnement des applications IoT basées sur le GPS dépend d'une antenne GPS performante. Les signaux GPS ne sont pas exceptionnellement forts, c'est pourquoi une antenne GPS intégrée  a besoin d'une exposition adéquate pour pouvoir recevoir des signaux d'autant de satellites que possible afin de fournir le relais de données nécessaire au récepteur GNSS (Global Navigational Satellite System) attaché.

Les performances optimales du GPS dépendent des satellites les plus puissants ayant un rapport porteuse/densité de puissance sonore compris entre 44 et 50 dBHz au minimum. Les antennes GPS typiques dépassent ce chiffre. D'autres caractéristiques fonctionnelles d'une antenne GPS aux performances optimales comprennent:

• Gain élevé 
• LNA à faible bruit
• Faible directivité
• Bonne exposition au ciel
• Adaptation appropriée de l'impédance entre l'antenne et le câble.

Pour les applications basées sur le GPS, une large gamme de types d'antennes est disponible, qui peuvent être intégrées dans le cadre de la conception de l'appareil. Les principaux types d'antennes GPS comprennent:

• Dipôles  d'antenne
• Antenne patch
• Antenne à puce
• Antenne hélice
• Antenne d'élément fractal
• Antenne GNSS haut de gamme

Le montage de ces antennes est d'une importance cruciale pour permettre une exposition complète au ciel et permettre une visibilité au plus grand nombre possible de satellites.

Différents types d'antennes offrent des caractéristiques variables qui peuvent avoir un impact sur la réception du signal. Par exemple, les antennes patch nécessitent souvent un positionnement minutieux pour une visibilité optimale du ciel, tandis que les antennes à puce intégrées dans les appareils peuvent bénéficier de considérations de mise à la terre spécifiques. Ces facteurs, ainsi que la taille de l'antenne et le diagramme de rayonnement, influencent tous ses performances. Dans de nombreux cas, le type d'antenne choisi nécessitera l'utilisation d'un connecteur RF spécifique pour une connexion câblée sécurisée et fonctionnelle. Parmi les exemples d'adaptateurs de câble d'antenne couramment utilisés dans les applications d'antenne, citons  les connecteurs SMA, RP-SMA, MMCX et U.FL.

Combiner le GPS avec la 4G / LTE

La combinaison du GPS et de la technologie 4G / LTE offre la possibilité de créer de nouvelles solutions sans fil et de positionnement. Ceci est réalisé avec un succès variable en intégrant le GPS au Système mondial de communications mobiles (GSM); technologie de communication cellulaire qui englobe des protocoles tels que la 4G.

L'union du GPS et de la 4G n'est pas facile en raison de problèmes de démarrage avec le temps de démarrage à froid du GPS. Il s'agit du temps nécessaire à un appareil GPS pour localiser l'orbite du satellite et les données d'horloge pertinentes afin de pouvoir calculer la position nécessaire, ce que l'on appelle une « correction ». Le temps de première correction (TTFF) pour le GPS peut varier de quelques secondes à plusieurs minutes, en fonction des conditions environnementales et du terrain dans lequel se trouve l'appareil. Le démarrage à froid consomme également beaucoup d'énergie, ce qui peut entraver l'utilisation du GPS dans les applications IoT.

Les réseaux de communication cellulaire sont utilisés pour surmonter ce retard en créant une forme adaptée de GPS connue sous le nom de GPS « assisté ». A-GPS cherche à combler l'écart de temps dans la réalisation de la solution initiale en complétant les données de position en réseau de la cave dans le processus. Les données d'assistance sans fil exécutent des fonctions utiles telles que:

• Informer instantanément l'appareil compatible GPS des satellites pertinents les plus proches, de sorte que l'appareil n'a pas besoin de les rechercher.
• Fournir un canal de communication parallèle avec une latence plus courte, un débit binaire plus élevé et la capacité de transférer de plus grandes quantités de données supplémentaires.
• Aide à la sécurisation des données de position pour les appareils où un signal GPS est faible ou indisponible en utilisant des tours cellulaires pour localiser la position.

Le GPS assisté 4G LTE peut être utilisé pour une gamme d'applications et de solutions qui regroupent les secteurs des télécommunications et du positionnement global. La 3G et la 4G peuvent être utilisées, mais comme la 3G est en train de se généraliser, la 4G est passée au premier plan avec les réseaux 4G déployant des serveurs A-GPS.

Voici quelques exemples d'applications:

• Gestion de flotte - les flottes de transport et de transport peuvent être supervisées par les entreprises et les clients grâce à une surveillance en temps réel.
• Détection et prévention de la criminalité. La vidéosurveillance GPS peut être utilisée pour localiser les crimes, transmettre des données aux forces de l'ordre et suivre les suspects.
• Les localisateurs personnels sont déjà commercialisés comme un produit de consommation pour les parents et les propriétaires d'animaux.
• Les services d'urgence peuvent bénéficier de données de position plus précises dans des situations évolutives.
• Les services Internet mobiles optimisés pour l'emplacement peuvent fournir aux utilisateurs des actualités, des itinéraires, des services numériques et des publicités spécifiques à l'emplacement.

Combinaison du GPS et des réseaux personnels sans fil (WPAN)

Les performances de positionnement du GPS sont altérées dans des environnements dégradés tels que les paysages urbains bâtis et à l'intérieur des bâtiments ou des structures abritées. Pour permettre aux applications qui utilisent la localisation GPS de continuer à fonctionner dans ces environnements difficiles, les WPAN sont recrutés et explorés en tant que solution de continuité.

Les WPAN sont des réseaux à courte distance (de quelques centimètres à quelques mètres) et à faible consommation d'énergie qui incluent Bluetooth et ZigBee. Ceux-ci ont montré leur potentiel d'utilisation dans la création de systèmes de positionnement Wi-Fi intérieurs où le GPS sera inadéquat pour fournir un service sans faille. Cette autre forme de géolocalisation repose sur la capacité à déterminer l'emplacement d'un appareil par rapport à des points d'accès sans fil connus à proximité, afin de localiser leur emplacement. La principale technique actuellement utilisée est l'indication de l'intensité du signal reçu (RSSI), mais d'autres techniques incluent:

• Empreintes digitales
• Temps de vol
• Angle d'arrivée

Les applications qui combinent le GPS avec les réseaux WPAN et Wi-Fi sont souvent entravées par les grandes demandes d'énergie du GPS. Le GPS est connu pour avoir une consommation d'énergie élevée, soit en raison de l'obstacle des démarrages à froid, soit en raison du maintien de la communication sans fil nécessaire pour un état de démarrage à chaud plus rapide sur les appareils. Cela a une incidence sur l'utilité des applications proposées, qui devront fournir une autonomie de batterie adéquate pour prendre en charge le GPS.

Les fonctionnalités connectées, communicatives et réactives des objets, appareils et composants « intelligents » créent un Internet des objets (IoT) où des appareils améliorés peuvent être mis en réseau et utilisés dans une gamme d'applications.

Les technologies sans fil utilisées par l'IoT fournissent non seulement des modalités essentielles de transmission précise et efficace de données entre les appareils, mais ont également en elles-mêmes des caractéristiques qui peuvent étendre la portée de ce qui peut être réalisé par les appareils qu'elles servent. Le Global Positioning System, un système de radionavigation par satellite créé et détenu par le gouvernement américain et disponible pour un usage militaire, civil et commercial dans le monde entier, en est un bon exemple.

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