Positionnement, navigation et synchronisation (PNT): quelles perspectives en 2024

Par Markus Uster, Senior Director, Head of Product Center Positioning à u-blox.

Infrastructure spatiale, satellites GNSS GEO, MEO et LEO

Pour tous ceux qui développent des produits et des services reposant sur des données de positionnement, de navigation et de synchronisation (Positioning, Navigation and Timing, PNT), 2024 promet d'être une année passionnante. Grâce aux progrès continus de l’intelligence artificielle (IA), de l’informatique en périphérie de réseau (edge computing) et de la disponibilité émergente des satellites en orbite terrestre basse (Low Earth orbit, LEO), les 12 prochains mois verront apparaître de nouveaux moyens d'obtenir des informations de synchronisation et de localisation de haute précision. De manière plus générale, il sera également possible d’accélérer la mise sur le marché de nouveaux produits et services.

Dans cet article, nous verrons comment les progrès de l’IA, de l’informatique de périphérie et des satellites LEO façonnent les opportunités dans le domaine du PNT en 2024.

IA : de nouvelles façons d’obtenir des données de positionnement de haute précision
Comme tous les secteurs de l’industrie technologique, le PNT est façonné par les progrès de l’IA, notamment l’IA générative (genAI) et l’apprentissage automatique (ML).

Bien que les exigences informatiques élevées de l’IA et du ML signifient que leur utilisation dans des dispositifs à faible consommation tels que les appareils portables (wearables) grand public ou les tags de suivi sans fil restera difficile, il en va différemment pour les applications industrielles et automobiles.

La tendance du secteur automobile à une architecture informatique centralisée, par exemple, induit que de nombreux véhicules disposent désormais de puissants processeurs embarqués. Ces derniers offrent de nouvelles perspectives d'utilisation de l'IA et du ML pour augmenter les données des systèmes mondiaux de navigation par satellite (Global Navigation Satellite Systems, GNSS) et autres capteurs PNT embarqués, tels que le lidar, les caméras et les unités de mesure inertielle (inertial measurement units, IMU). Cela apportera de nouvelles façons de surmonter certains des inconvénients des capteurs conventionnels, tels que la dérive de l'IMU. Ce faisant, l'IA et le ML offriront aux fabricants de nouvelles façons d'évoluer vers le positionnement centimétrique requis pour des niveaux plus élevés d'autonomie des véhicules, y compris dans les tunnels, les parkings et d'autres endroits où il est difficile d'obtenir une lecture précise et fiable de la seule position GNSS.

Par ailleurs, nous nous attendons à ce que la genAI accélère considérablement le développement de nouvelles capacités de positionnement et de synchronisation au cours de l'année 2024. Le mot « transformateur» (transformative) est galvaudé, mais dans ce contexte, il est tout à fait approprié: les chatbots et les copilotes de genAI ont permis aux développeurs d’accomplir en quelques minutes des tâches qui prenaient auparavant des jours. De nombreuses autres organisations adopteront ces outils de développement basés sur l'IA en 2024. L'augmentation de productivité qui en résultera permettra à tous les acteurs du secteur d'accélérer la mise sur le marché des nouveaux services et capacités PNT, et profitera particulièrement à ceux qui disposent d'équipes de R&D plus petites, telles que les startups et les PME.

Edge computing: améliorer la précision et permettre de nouvelles possibilités de positionnement
L’Edge Computing (informatique de périphérie) place de puissantes capacités de traitement à proximité de la source des données de positionnement ou de synchronisation – dans ce contexte, le récepteur. Cela permet aux fabricants d'appareils d'effectuer des tâches sophistiquées sans avoir besoin d'envoyer des données vers le cloud, ce qui n'est pas toujours possible ou pratique dans toutes les applications ou tous les emplacements.

L’utilisation de la capacité de traitement embarquée d’un véhicule pour l’IA et le ML pour augmenter les données des capteurs GNSS, comme nous l’avons évoqué plus haut, est un excellent exemple d’informatique de périphérie dans la pratique. Nous prévoyons que de nombreuses autres utilisations de l’edge computing dans les applications PNT verront le jour en 2024.

Dans l’espace grand public, par exemple, certains dispositifs portables ne peuvent actuellement pas détecter de très petits déplacements positionnels, comme par exemple un golfeur équipé d’une montre connectée marchant sur une courte distance entre deux tentatives de putting. Les fabricants d’appareils pourraient résoudre ce problème en transférant les calculs de position de la montre vers le smartphone de l’utilisateur. En plus de fournir beaucoup plus de puissance de calcul, cela peut permettre à l'application d'accéder aux données d'autres capteurs pour offrir un niveau plus élevé de précision de position et, par extension, offrir un service plus attrayant ou plus lucratif aux utilisateurs.

Les applications industrielles devraient également en bénéficier. Par exemple, les entreprises qui fournissent des services de suivi logistique utilisant des tags compatibles GNSS pourraient commencer à offrir à leurs clients des informations plus riches ou prolonger la durée de vie des batteries, en utilisant des communications à courte portée pour décharger le traitement et la communication des données vers l'infrastructure périphérique. Une telle infrastructure de périphérie pourrait être située sur l'infrastructure de niveau supérieur, desservant plusieurs points de terminaison, par exemple sur un navire ou dans une installation de conteneurs. Ici, un traitement supplémentaire des données pourrait être effectué, ce qui est potentiellement gourmand en énergie, avant d'envoyer les données vers le cloud.

Satellites en orbite basse (LEO): une voie émergente pour compléter le GNSS MEO
En 2024, les améliorations apportées à la technologie GNSS conventionnelle, où les satellites fonctionnent en orbite terrestre moyenne (Mid Earth orbit, MEO), se poursuivront. Parmi ces améliorations, nous verrons encore plus de satellites diffuser des signaux L5 modernisés, qui permettent de surmonter des problèmes tels que le brouillage, le retard ionosphérique et les trajets multiples, lorsqu'ils sont utilisés dans une configuration à double bande L1/L5.

En parallèle, il faut s'attendre à de nombreux développements dans les capacités de positionnement et de synchronisation LEO. Les systèmes LEO compléteront le GNSS basé sur MEO, en offrant des caractéristiques distinctes qui seront bien adaptées à certaines applications, ou qui aideront à surmonter certaines limitations du GNSS MEO. En particulier, les satellites LEO offriront des signaux plus puissants (car les satellites sont plus proches de la Terre) et une plus grande diversité de signaux (car les satellites sont en vue moins longtemps).

Bien que la disponibilité de la PNT basée sur des constellations LEO prendra encore quelques années, 2024 devrait être l'année où vous commencerez à réfléchir à la manière dont vos clients pourraient bénéficier des nouvelles opportunités améliorées de positionnement et de timing qu’elle offrira à terme.

Les premières utilisations du positionnement LEO devraient inclure la possibilité d’offrir un positionnement et une synchronisation intérieur-extérieur fluides, grâce à la capacité des signaux LEO à pénétrer dans les bâtiments. Imaginez comment cela pourrait améliorer le suivi logistique, lorsque les actifs traversent divers environnements intérieurs et extérieurs au cours de leur voyage, mais doivent être suivis tout au long de leur parcours. Le GNSS basé sur MEO ne peut pas couvrir tout ce trajet à lui seul. Le positionnement basé sur LEO pourrait combler les lacunes.

Les opérations des centres de données seront probablement un autre domaine qui bénéficiera de l'utilisation des signaux de synchronisation LEO pour maintenir les réseaux synchronisés. Cela devrait permettre aux architectes de réseaux de simplifier cette partie essentielle mais souvent complexe de l’exploitation des centres de données, tout en renforçant la résilience. En effet, la synchronisation basée sur la technologie LEO promet de réduire ou d'éliminer le besoin de composants tels que les antennes GNSS externes, et de fonctionner à la place avec des antennes LEO directement connectées aux composants du réseau, où elles sont plus faciles d'accès et de maintenance.

L’une des raisons pour lesquelles nous sommes encore loin d’utiliser le LEO pour le PNT est qu’il n’existe actuellement aucune constellation de positionnement gouvernementale sur cette orbite. La propriété publique des constellations MEO et la gratuité des signaux GNSS ont été les principaux moteurs de l’adoption du GNSS et du développement de ce qui est devenu un écosystème complet de dispositifs. C’est pourquoi nous sommes heureux de voir les gouvernements commencer à développer les capacités PNT de LEO . Par exemple, l’agence spatiale européenne a lancé un appel d’offres en 2023 pour développer une constellation de test LEO PNT.

En parallèle, il sera fascinant d’observer comment évolue l’offre du secteur privé dans cet espace au cours de l'année 2024. Les activités ne manquent pas, mais envoyer des objets dans l’espace coûte cher, et tous ceux qui planifient actuellement des constellations LEO n’obtiendront pas nécessairement le financement dont ils ont besoin pour réussir à moyen et long terme.

Agissez dès aujourd’hui pour en tirer le meilleur parti
L'IA, le Edge Computing et LEO pour la PNT sont les tendances à long terme qui continueront de façonner cet espace pendant de nombreuses années. Cependant, il est clair que les fabricants de produits intelligents peuvent prendre de nombreuses mesures au cours de l'année 2024 pour commencer à bénéficier des développements dans ces domaines au cours des mois à venir. De plus, en jetant les bases dès cette année pour tirer parti de certains des développements à venir, ils se placeront dans une position dominante pour le moyen et le long terme.

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