Le fabricant belge de technologies GNSS Septentrio a réussi à suivre et à analyser les signaux de navigation transmis par les satellites Celeste de l’Agence spatiale européenne (ESA), apportant de nouvelles preuves expérimentales que les engins spatiaux en orbite terrestre basse (LEO) peuvent prendre en charge des mesures de distance à double fréquence.
Les résultats, présentés lors de l’ION GNSS+ 2026 à Orlando, en Floride, démontrent que le récepteur prototype de Septentrio peut acquérir et suivre en continu les signaux des bandes L et S, malgré les importants décalages Doppler et les variations rapides des conditions de réception associés aux satellites LEO.
Cette réussite représente une étape technique importante dans les efforts de l’ESA visant à développer une couche de navigation complémentaire à Galileo et aux autres constellations GNSS en orbite terrestre moyenne (MEO). Plutôt que de remplacer les systèmes de navigation par satellite existants, Celeste vise à améliorer la résilience des services de positionnement, de navigation et de synchronisation (PNT) grâce à des signaux, des fréquences et des géométries orbitales supplémentaires.
ESA Celeste teste la navigation à 510 km
L’ESA a lancé les deux premiers satellites de démonstration Celeste le 28 mars 2026 à bord d’une fusée Electron de Rocket Lab depuis Mahia, en Nouvelle-Zélande.
Les deux premiers engins spatiaux, IOD-1 développé par GMV et IOD-2 fabriqué par Thales Alenia Space, évoluent en orbite terrestre basse à environ 510 km (317 miles) d’altitude.
Contrairement aux satellites GNSS conventionnels, qui évoluent à plusieurs milliers de kilomètres au-dessus de la Terre, les satellites Celeste se déplacent beaucoup plus près de la surface. Leur altitude plus faible permet potentiellement de recevoir des signaux de navigation plus puissants et de bénéficier de changements plus rapides de la géométrie satellitaire, mais elle pose également des défis techniques considérables pour la conception des récepteurs.
Cette démonstration s’inscrit dans un programme plus vaste de l’ESA comprenant 11 satellites expérimentaux et un satellite de réserve. Les deux premiers engins testent des signaux de navigation dans les bandes L et S, tandis que les satellites suivants devraient explorer d’autres fréquences et technologies de positionnement.
L’ESA prévoit de commencer le déploiement de neuf satellites de démonstration supplémentaires à partir de 2027, afin d’élargir sa capacité à évaluer des architectures de navigation multicouches dans des conditions opérationnelles.
Le récepteur Septentrio suit d’importants décalages Doppler
L’un des principaux obstacles à la réception des signaux de navigation LEO réside dans l’important décalage de fréquence Doppler provoqué par les vitesses orbitales élevées des satellites.
Les architectures des récepteurs GNSS conventionnels sont principalement optimisées pour la dynamique du GPS, de Galileo, de BeiDou et d’autres systèmes de navigation MEO. Les satellites LEO traversent le ciel beaucoup plus rapidement, ce qui oblige les récepteurs à gérer des variations de fréquence plus importantes et des changements plus rapides de la puissance du signal reçu.
Septentrio a développé un prototype capable de traiter deux signaux de navigation Celeste :
- E5 dans la bande L, fournissant des mesures de navigation dans une gamme de fréquences associée aux technologies GNSS établies.
- SR dans la bande S, apportant une diversité de fréquences et permettant une meilleure estimation des effets de propagation ionosphérique.
Le récepteur extrait les mesures de pseudodistance, de phase porteuse, de rapport porteuse sur densité spectrale de bruit (C/N0) et de Doppler à partir des canaux pilotes et des canaux de données.
Avant les essais orbitaux, Septentrio a développé un environnement de simulation matérielle utilisant un générateur de signaux Python et deux radios logicielles synchronisées.
Lors d’un passage satellite simulé de six minutes, le récepteur a maintenu un suivi continu tout en traitant des variations Doppler d’environ ±27 kHz sur E5 et ±56 kHz sur SR.
Ces essais ont démontré que l’architecture d’acquisition et de suivi des signaux du récepteur pouvait gérer la dynamique orbitale LEO avant même que les transmissions réelles des satellites ne soient disponibles.
Les mesures réelles des signaux LEO confirment les performances du récepteur
Les résultats les plus significatifs proviennent des transmissions réelles des satellites Celeste reçues au siège de Septentrio à Louvain, en Belgique.
À l’aide d’une antenne active installée sur le toit et conçue pour la réception dans les bandes L et S, l’équipe d’ingénieurs a enregistré les signaux de Celeste IOD-1 lors d’un passage du satellite le 10 juin 2026.
L’engin spatial a atteint une distance oblique minimale d’environ 575 km (357 miles), avec une élévation maximale de 74,6 degrés.
Les mesures ont révélé d’importantes variations de fréquence au cours du passage, conformes à la dynamique Doppler attendue d’un satellite LEO se déplaçant rapidement.
| Mesure | E5 (bande L) | SR (bande S) |
|---|---|---|
| Doppler positif maximal | +27.4 kHz | +57 kHz |
| Doppler négatif maximal | -25 kHz | -53.3 kHz |
| Résultat du suivi | Réussi | Réussi |
| Types de mesures | Code, porteuse, Doppler, C/N0 | Code, porteuse, Doppler, C/N0 |
Le rapport C/N0 reçu a atteint un maximum d’environ 62 dB-Hz à proximité du point de passage le plus proche du satellite, démontrant les niveaux de signal élevés pouvant être obtenus lors de passages LEO favorables.
Le suivi réussi des deux fréquences a confirmé que le prototype pouvait traiter de véritables transmissions orbitales plutôt que de dépendre exclusivement de simulations de la dynamique satellitaire.
Les signaux en bande S réduisent le retard ionosphérique
Un autre résultat important concerne la comparaison des effets ionosphériques entre les deux fréquences de navigation.
Lorsque les signaux radio des satellites traversent l’ionosphère terrestre, les particules chargées introduisent des retards de propagation qui affectent les mesures de positionnement. Le retard ionosphérique de premier ordre est inversement proportionnel au carré de la fréquence du signal, ce qui signifie que les signaux de fréquence plus élevée subissent un retard moins important.
Les mesures de Septentrio ont montré que le retard ionosphérique du signal SR était environ 4,4 fois plus faible que celui du signal E5.
Ce résultat est important, car les signaux en bande S offrent une source supplémentaire de mesures présentant des caractéristiques de propagation différentes de celles des signaux de navigation conventionnels en bande L.
La combinaison des deux fréquences a également permis à Septentrio d’estimer et de compenser les effets ionosphériques pendant le passage du satellite.
Les mesures compensées de différence code-porteuse sont restées stables, indiquant que le récepteur pouvait produire des observations cohérentes malgré les changements de géométrie satellitaire et de conditions de propagation.
Pour les futurs systèmes de navigation, cette diversité de fréquences pourrait contribuer à des algorithmes de positionnement plus robustes, notamment lorsqu’elle est associée aux observations GNSS conventionnelles et à d’autres techniques de correction.
Cependant, une réduction du retard ionosphérique ne se traduit pas automatiquement par une amélioration équivalente de la précision du positionnement. Les performances globales dépendent également de la géométrie satellitaire, de la stabilité des horloges, de la détermination des orbites, du bruit du récepteur et d’autres sources d’erreur.
Ce que les résultats de Celeste signifient pour l’avenir du GNSS
L’importance technique de la démonstration de Septentrio va au-delà de la simple détection réussie des signaux provenant de deux satellites expérimentaux.
Les mesures fournissent une première validation matérielle d’une architecture de navigation dans laquelle les engins spatiaux LEO complètent les constellations GNSS MEO existantes.
Cette approche présente plusieurs avantages potentiels. Les satellites situés à plus basse altitude peuvent fournir des signaux reçus plus puissants, tandis que leur mouvement apparent plus rapide entraîne des changements rapides de la géométrie des mesures de distance. Des fréquences supplémentaires peuvent également améliorer la diversité des observations disponibles pour les récepteurs de navigation.
Pour des applications telles que les véhicules autonomes, la robotique industrielle, l’agriculture de précision et la synchronisation des infrastructures critiques, ces capacités pourraient à terme améliorer la résilience du positionnement par satellite.
Néanmoins, les résultats actuels doivent être interprétés dans les limites de l’expérience.
Septentrio a démontré la réussite de l’acquisition et du suivi des signaux, ainsi que de la compensation des effets ionosphériques sur les mesures. L’entreprise n’a pas encore établi la précision du positionnement, la disponibilité ou la continuité d’un service de navigation LEO pleinement opérationnel.
Cette distinction est importante, car le suivi d’un satellite individuel et le calcul d’une solution de navigation fiable à partir d’un réseau de satellites représentent des défis d’ingénierie différents.
Un service LEO-PNT opérationnel nécessitera des informations précises sur les orbites et les horloges des satellites, une couverture suffisante de la constellation, une synchronisation stable des signaux et des récepteurs capables de combiner les observations LEO avec les mesures GNSS conventionnelles.
D’un point de vue technique, l’aspect le plus précieux de l’expérience Celeste est la validation du fonctionnement d’un récepteur multifréquence dans des conditions LEO réelles. Les fortes variations Doppler sont difficiles à gérer, mais restent maîtrisables, et le comportement ionosphérique mesuré en fonction de la fréquence constitue une base utile pour les futurs algorithmes de positionnement multicouches.
La prochaine étape décisive consistera à démontrer des améliorations mesurables des solutions de navigation réelles, notamment en matière de précision, de temps de convergence, de disponibilité et de performances en présence d’interférences.
En attendant ces résultats, Celeste doit être considéré comme une démonstration prometteuse de technologie de navigation plutôt que comme une alternative commercialement validée au GPS ou à Galileo.
À propos de Septentrio
Septentrio est un fabricant belge de récepteurs GNSS de haute précision, de modules et de technologies de positionnement, dont le siège se trouve à Louvain.
Fondée en 2000 en tant qu’entreprise issue de l’organisme de recherche en semi-conducteurs imec, la société possède 26 ans d’expérience dans le développement de technologies de navigation multifréquences et multiconstellations.
Septentrio est spécialisée dans les solutions de positionnement de précision centimétrique destinées à la topographie, aux réseaux de stations de référence géodésiques, à l’agriculture de précision, aux engins de construction, à la robotique, aux véhicules sans pilote et à l’automatisation industrielle.
L’entreprise comptait environ 150 employés lorsque Hexagon a annoncé son acquisition en janvier 2025. À cette époque, le chiffre d’affaires de Septentrio pour 2024 devait dépasser 50 millions d’euros (environ 52 millions de dollars, selon les taux de change du début de l’année 2025).
Hexagon a finalisé l’acquisition le 19 mars 2025, intégrant Septentrio à son portefeuille de technologies de positionnement et d’autonomie.
Outre son siège belge, Septentrio dispose d’une présence internationale grâce à des bureaux en Finlande, aux États-Unis, en Chine, au Japon et en Corée du Sud. Ses activités d’ingénierie comprennent la participation à des projets de l’Agence spatiale européenne ainsi que le développement et les essais de récepteurs GNSS compatibles avec Galileo.
