Etude de systèmes de positionnement en intérieur utilisant des mesures de phase du code ou de phase de la porteuse de signaux de navigation par satellites PDF Download
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Author: Alexandre Vervisch-Picois
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Languages : fr
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Book Description
La thèse propose l'étude de systèmes de constellations locales permettant le positionnement dans des milieux difficiles. Dans ce contexte, il apparaît que les trajets indirects perturbent la mesure du temps de propagation entre l'antenne de l'émetteur et l'antenne du récepteur. L'éblouissement entre les signaux, phénomène d'interférence du CDMA, est exacerbé à cause des distances courtes et des variations de puissance de réception. La thèse apporte des réponses à ces deux problématiques. Pour les trajets indirects nous proposons d'utiliser les mesures de phase de la porteuse qui y sont moins sensibles. Il faut alors solutionner le problème de l'ambiguïté entière sur ces mesures. Une méthode le permet sans avoir recours à une technique différentielle en utilisant une boucle de poursuite insensible aux trajets indirects : la SMICL. Pour l'éblouissement, nous avons développé trois approches. L'une d'elle utilise les séquences de longueurs maximales et permet de réduire notablement son importance. Une deuxième méthode, baptisé Technique de la Double Emission (TDE), permet de supprimer intégralement ces interférences pour une paire d'émetteurs lorsque leurs Doppler respectifs sont égaux. Nous avons étudié le cas où les Doppler sont différents et mis au point une version améliorée de la TDE, la TDE étendue à la porteuse, qui permet de supprimer les influences du Doppler. Nous avons également montré que cette dernière peut s'appliquer à un émetteur fixe en présence d'une constellation de satellites. Une troisième méthode, appelée TDE maximale, utilise à nouveau une séquence de longueur maximale pour étendre la méthode TDE au cas de plusieurs émetteurs en présence.
Author: Alexandre Vervisch-Picois
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La thèse propose l'étude de systèmes de constellations locales permettant le positionnement dans des milieux difficiles. Dans ce contexte, il apparaît que les trajets indirects perturbent la mesure du temps de propagation entre l'antenne de l'émetteur et l'antenne du récepteur. L'éblouissement entre les signaux, phénomène d'interférence du CDMA, est exacerbé à cause des distances courtes et des variations de puissance de réception. La thèse apporte des réponses à ces deux problématiques. Pour les trajets indirects nous proposons d'utiliser les mesures de phase de la porteuse qui y sont moins sensibles. Il faut alors solutionner le problème de l'ambiguïté entière sur ces mesures. Une méthode le permet sans avoir recours à une technique différentielle en utilisant une boucle de poursuite insensible aux trajets indirects : la SMICL. Pour l'éblouissement, nous avons développé trois approches. L'une d'elle utilise les séquences de longueurs maximales et permet de réduire notablement son importance. Une deuxième méthode, baptisé Technique de la Double Emission (TDE), permet de supprimer intégralement ces interférences pour une paire d'émetteurs lorsque leurs Doppler respectifs sont égaux. Nous avons étudié le cas où les Doppler sont différents et mis au point une version améliorée de la TDE, la TDE étendue à la porteuse, qui permet de supprimer les influences du Doppler. Nous avons également montré que cette dernière peut s'appliquer à un émetteur fixe en présence d'une constellation de satellites. Une troisième méthode, appelée TDE maximale, utilise à nouveau une séquence de longueur maximale pour étendre la méthode TDE au cas de plusieurs émetteurs en présence.
Author: Bruno Arbour
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Languages : fr
Pages : 216
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Author: Christophe Macabiau
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Languages : en
Pages : 148
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LE SYSTEME AMERICAIN GPS (GLOBAL POSITIONING SYSTEM) FOURNIT A TOUT UTILISATEUR DANS LE MONDE ENTIER UN SERVICE DE POSITIONNEMENT PRECIS, MAIS SES CARACTERISTIQUES SONT TROP ELOIGNEES DE CELLES D'UN GNSS (GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM) POUR L'AVIATION CIVILE. UNE DES TECHNIQUES POSSIBLES POUR OBTENIR UNE PRECISION DE POSITIONNEMENT CENTIMETRIQUE CONSISTE A UTILISER LES MESURES DE PHASE GPS APRES RESOLUTION DE LEURS AMBIGUITES. CEPENDANT, DES DOUTES SUBSISTENT QUANT A LA FIABILITE DES METHODES DE LEVER D'AMBIGUITE (METHODES AROF) LORS DES APPLICATIONS DYNAMIQUES EN TEMPS REEL. LE BUT DE CETTE TUDE EST DE CONTRIBUER A L'ANALYSE DE L'APPLICABILITE DES METHODES DE LEVER D'AMBIGUITE DE LA MESURE DE PHASE GPS AU GUIDAGE DES AVIONS EN PHASE D'ATTERRISSAGE DE PRECISION (CATEGORIE 2 ET 3). LE POINT DE DEPART DE CETTE ANALYSE EST LE RAPPEL DES EXIGENCES OPERATIONNELLES DES SYSTEMES D'ATTERRISSAGE BASES SUR UN SYSTEME GNSS. ENSUITE, APRES LA DETERMINATION D'UN MODELE MATHEMATIQUE DES MESURES DE PHASE GPS, LES PROCEDURES AROF SONT ANALYSEES DE LA MANIERE SUIVANTE. ON PROPOSE TOUT D'ABORD UNE CLASSIFICATION DES METHODES AROF, ET ON DECRIT LES PRINCIPES THEORIQUES DE PLUSIEURS TECHNIQUES, Y COMPRIS DE LA METHODE MAPAS, DEVELOPPEE AU COURS DE CETTE THESE. CETTE DESCRIPTION EST LA BASE DE L'IDENTIFICATION DES CARACTERISTIQUES DES PROCEDURES AROF. ENSUITE, LES CONTRAINTES SUR CES CARACTERISTIQUES SONT DETERMINEES D'APRES LES EXIGENCES OPERATIONNELLES. PUIS, LA DIFFICULTE DE L'ETABLISSEMENT DES PERFORMANCES THEORIQUES DE CES METHODES EST ANALYSEE, ET DES EXPRESSIONS MATHEMATIQUES DES PERFORMANCES DE MAPAS SONT PRESENTEES. ENFIN, LES PERFORMANCES DE MAPAS SONT EVALUEES SUR UN PLAN PRATIQUE, EN UTILISANT DES MESURES SIMULEES, DES MESURES COLLECTEES SUR UN GENERATEUR DE SIGNAUX GPS NORTEL, ET DES MESURES REELLES EN SITUATION AEROPORTUAIRE. FINALEMENT, LES CARACTERISTIQUES DE CES PROCEDURES SONT COMPAREES AUX CONTRAINTES, ET UNE CONCLUSION EST TIREE DE CETTE ANALYSE.
Author: Vervisch Picois Alexandre
Publisher: Editions Universitaires Europeennes
ISBN: 9783841673237
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Languages : fr
Pages : 316
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Les systemes de navigation globaux utilisent des satellites et donnent la position a quelques metres a l'exterieur. A l'interieur des batiments, en revanche leur efficacite diminue drastiquement a cause des nombreuses sources d'erreurs parmi lesquelles les trajets indirects et l'affaiblissement des signaux. C'est ce qui fait du positionnement en milieu difficile un veritable defi technologique. Pour le relever, ce travail propose de s'appuyer sur la technologie des pseudolites (pseudo-satellites): des emetteurs locaux remplissant la meme fonction que les satellites a l'exterieur. Deux problemes demeurent et sont les objets particuliers de cette etude: les trajets indirects qui perturbent la mesure du temps de propagation entre l'antenne de l'emetteur et l'antenne du recepteur, et l'eblouissement entre les signaux, phenomene classique d'interference pour le CDMA mais exacerbe a cause des distances courtes et des variations de puissance de reception dues a la presence des trajets indirects (et des obstacles). Des methodes pour reduire l'influence de ces sources d'erreur sont proposees, ainsi qu'une solution pour l'obtention du positionnement."
Author: Jamila Kacemi
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Languages : fr
Pages : 344
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Le travail présenté dans ce mémoire de thèse concerne l'étude et la mise en oeuvre de méthodes de fusion d'informations pour la localisation 3D d'un véhicule terrestre en environnement urbain dense. L'approche étudiée est la fusion des mesures fournies par le système de navigation absolue GPS multi-porteuses et les capteurs de navigation estimes odomètre et gyromètre. Ces mesures sont hybridées à l'aide de filtres récursifs pour l'estimation de la position. On réalise l'étude de l'estimateur de position en deux étapes. La première étape concerne l'étude et la mise en oeuvre d'un estimateur pour la fusion des observables de code et de phase du GPS multi-porteuses. L'expérimentation sur données synthétiques et réelles montre que le système proposé permet d'augmenter la précision des mesures lorsque la puissance du bruit sur chaque porteuse est du même ordre de grandeur. La deuxième étape concerne le système d'hybridation serrée qui fournit une estimation de la direction du véhicule et des pseudo-distances satellites-récepteur, même en absence de mesure GPS. Dans ce cadre, nous proposons un filtre circulaire récursif qui permet d'estimer la direction du véhicule. Le filtre d'hybridation réalise la fusion centralisée des mesures de pseudo-distances corrigées et la fusion distribuée des observables de phase avec les mesures gyrométriques et odométriques. L'expérimentation réalisée dans un contexte synthétique et réel montre que le système proposé est au moins aussi précis que le système d'hybridation lâche habituellement utilisé en pratique
Author: Jean-René Hickey
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Languages : fr
Pages : 128
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Afin d'obtenir un positionnement GPS de précision centimétrique, il est important de bien modéliser les erreurs telles que les délais ionosphérique et troposphérique ainsi que les erreurs d'horloge et d'éphémérides. Pour une solution de précision centimétrique utilisant des mesures de phase, il est également important d'être en mesure de détecter et de corriger les sauts de cycle, car ceux-ci introduisent des biais artificiels dans la solution, qui peuvent entraîner des erreurs dans l'estimation des coordonnées. Les sauts de cycle sont causés par la perte de réception des signaux occasionnée par des obstructions entre les satellites et l'antenne. Que ce soit pour un positionnement temporel relatif GPS qui n'utilise qu'un seul récepteur (aucune station de référence) ou en mode relatif conventionnel ou le PPP (Precise Point Positioning), les sauts de cycle obligent l'utilisateur à recommencer la période d'initialisation lorsqu'il reste moins de 4 satellites non obstrués. Le but de ce projet est d'évaluer l'apport d'une méthode pour détecter et corriger les sauts de cycle dans une solution GPS mono-fréquence en utilisant des mesures complémentaires provenant d'un gyro-accéléromètre. Le modèle utilisé lors des tests est le AHRS400CC-100 de la compagnie CrossBow. Avec cette méthode, il est possible de comparer, pour chaque satellite, la différence d' ambigüités, calculée à partir des observations GPS et celle prédite à partir de la position calculée avec les mesures du gyro-accéléromètre. Dans le cadre de ce projet, plusieurs étapes ont dû être réalisées. La première étape était de valider la précision des observations du AHRS400CC-100, puis de quantifier pour chacun de ses capteurs, la marche aléatoire et l'instabilité du biais. Ensuite, d'exploiter les mesures du gyro-accéléromètre afin de calculer une solution de navigation, et d'identifier les limites de précision de l'instrument en mode statique et cinématique. La dernière étape était de combiner la solution de navigation du gyro-accéléromètre à celle du GPS pour évaluer pendant combien de temps le gyro-accéléromètre maintient un positionnement avec suffisamment de précision pour détecter et corriger un saut de cycle. Les résultats ont démontré que des sauts de cycle pourraient être détectés et corrigés instantanément après une coupure du signal GPS d'une durée de 10 secondes pour un positionnement statique et pouvant atteindre 5 secondes en mode cinématique dans des conditions idéales sinon 1 à 2 secondes. Pour augmenter l'efficacité de l'application de détection et de correction de sauts de cycle, l'implémentation d'un filtre de Kalman pour effectuer la fusion des observations GPS et du gyro-accéléromètre pourrait être réalisée dans le cadre de travaux futurs.
Author: Stanislas Boutoille
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Languages : fr
Pages : 187
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Le système de positionnement GPS (Global Positioning System) permet à tout utilisateur de déterminer sa position sur la Terre. Un récepteur calcule les temps de propagation que mettent les ondes électromagnétiques émises par une constellation de satellites pour lui parvenir. L’estimation de ce temps de propagation est obtenue grâce à un signal discriminant, construit à partir de la corrélation des codes du signal reçu avec les codes générés par le récepteur. Actuellement, ces ondes ne sont émises que sur une unique fréquence porteuse pour une utilisation civile. Avec l’évolution future du système GPS, ainsi que la mise en place du système européen Galiléo, plusieurs fréquences et donc plusieurs mesures de discriminants seront disponibles. Le travail présenté dans cette thèse a pour objet l’étude et la mise en œuvre de méthodes de fusion appliquées à la segmentation hors-ligne des discriminants de code. Pour cela, plusieurs approches de segmentations bayésiennes sont étudiées. Une première technique de fusion hybride permet de déterminer la présence d’une rupture de stationnarité dans une fenêtre d’observation et sur plusieurs signaux. La seconde méthode de fusion, hors-ligne et multi-ruptures, permet de déterminer les ruptures de linéarités de signaux grâce à la minimisation d’une fonction de contraste pénalisée. Ces méthodes sont ensuite appliquées à l’estimation de la distance entre un satellite et un récepteur, et évaluées sur signaux réels pour le calcul de la position d’un récepteur toutes les millisecondes.
Author: Bachir Belloul
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Languages : fr
Pages : 0
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Le systeme de positionnement gps offre une opportunite unique en termes de mesure de parametres atmospheriques comme l'indice de refraction ou la temperature dans le domaine d'altitudes situe entre sol et la stratopause. La mesure s'effectue en occultation lorsque l'un des satellites du gps se couche (ou se leve) derriere la terre par rapport a un recepteur monte sur un satellite en orbite basse. Les signaux radio emis par le satellite gps traversent alors l'atmosphere et sont ralentis, en meme temps qu'ils sont courbes par les changements des proprietes refractives du milieu. En associant cette mesure au deplacement du recepteur autour de son orbite, on obtient alors un profil dont chaque point sera le resultat d'une integration horizontale le long de la trajectoire du signal. Ce travail consiste a etudier cette methode de mesure sous tous ses aspects. On se penchera notamment sur le bilan des erreurs instrumentales mais aussi sur les erreurs liees a la nature du milieu traverse. Les etapes de l'inversion des profils de retard de phase en profils d'indice de refraction et de temperature seront developpees. On presentera finalement les resultats d'analyses de validation faites a partir de mesures obtenues par l'experience gps-meteorology (gps/met). Les profils de temperature restitues a partir de cette experience sont compares a des profils mesures in situ par radiosondage haute resolution et par lidar. Une etude quantitative par comparaison avec les analyses du modele ecmwf ont ete realisees. Cette etude montre que la moyenne des ecarts en temperature reste inferieure a 0.5k sur le domaine 12-25km et que c'est dans l'hemisphere nord, ou la distribution spatiale de radiosondages est la plus dense, que les ecarts en temperature sont les plus faibles. On montre aussi que cette methode peut constituer un outil efficace pour l'etude du champ ondulatoire global de la stratosphere
Author: Ikhlas Selmi
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Languages : fr
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Dans le but de fournir un service GNSS (Global Navigation Satellite System) de localisation continu et disponible partout, les systèmes utilisant des pseudolites et des répéteurs semblent être des solutions pertinentes pour la localisation en indoor. Le système à répélites, inspiré de ces deux méthodes (répéteurs et pseudolites), est aussi proposé pour résoudre cette problématique. Les répélites sont des transmetteurs locaux qui, installés en intérieur, formeront une constellation locale. Ils émettent tous un signal GNSS unique mais déphasé par un délai spécifique à chacun d'eux. Ces délais sont nécessaires pour distinguer les différents signaux reçus au niveau du récepteur. Les travaux de cette thèses sont réalisés dans le cadre du système à répélites et dans l'objectif d'améliorer son architecture et de réduire ses interférences inter-système. En effet, l'architecture du système (un peu encombrante) et les interférences éventuelles avec les signaux satellitaires reçus par un récepteur placé à l'extérieur font partie des inconvénients de ce système. On cherche donc à traiter ces deux difficultés de façon à minimiser leurs effets. Dans une première partie, on étudie les différents codes GNSS existants dans la littérature ainsi que les techniques de modulation employées. Ceci nous mène à proposer des codes ayant un niveau d'interférence équivalent à la référence GPS (obtenue entre deux codes GPS) pour les bandes L1 de GPS et G1 de Glonass. Dans une seconde étape, on développe la modulation IMBOC (Indoor Modified Binary Offset Carrier) pour générer de nouveaux codes caractérisés par des niveaux d'interférence réduits (comparés à la référence GPS). Parmi ces codes il y a deux catégories : ceux qui sont adaptés aux systèmes à répélites (émettant un code unique) et ceux qui sont adaptés aux systèmes pseudolites. Une étude théorique et des simulations des niveaux d'interférences pour les codes émis dans la bande GPS et Glonass sont réalisées pour déterminer les gains en termes de niveaux de bruit. Ce gain (par rapport à la référence GPS) en puissance d'interférence s'élève à 16 dB pour Glonass et 20 dB pour GPS. Pour valider les performances de ces codes, on génère les signaux IMBOC et on observe les interférences réelles qu'ils induisent sur un récepteur GPS recevant un signal satellitaire. Dans la deuxième partie, on utilise la fibre optique pour transmettre le signal du générateur jusqu'aux répélites et pour créer les délais initiaux par propagation du signal dans des bobines de fibre. Ainsi on remplace les câbles coaxiaux et les montages électroniques (de déphasage) par des bobines de fibres plus légères, facile à installer et à faible perte de puissance. Il reste cependant à évaluer avec une précision centimétrique les délais réels induits sur chaque signal dans le but de garantir une précision de localisation inférieure au mètre. Cette précision semble en effet représenter un bon compromis entre complexité globale du système de localisation et réponse à un ensemble suffisant de besoins des utilisateurs potentiels. On développe alors une technique d'estimation des délais basée sur la mesure de déphasage (entre deux signaux sinusoïdaux) et une analyse statistique des séries de mesures. Pour finir, on présente quelques résultats de localisation obtenus avec notre système à répélites déployé dans un environnement indoor typique.
Author: Delphine Doris-Blais
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Languages : fr
Pages : 272
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Book Description
LE SYSTEME GPS, CERTIFIE COMME MOYEN SECONDAIRE DE NAVIGATION PAR LA FAA DEPUIS DECEMBRE 1993, EST GENERALEMENT CONSIDERE COMME ETANT L'UN DES ELEMENTS CLES DU FUTUR SYSTEME MONDIAL DE NAVIGATION PAR SATELLITES DEVANT REMPLACER, A PLUS OU MOINS LONG TERME, LES SYSTEMES ACTUELS D'APPROCHE DE PRECISION ET D'AIDE A L'ATTERRISSAGE, TELS QUE L'ILS ET LE MLS. AVEC LA MISE EN PLACE DE SYSTEMES DE TYPE GPS DIFFERENTIEL - COMPLETES, CERTES, PAR L'UTILISATION DES TECHNIQUES DE POURSUITE DE LA PHASE DE LA PORTEUSE, - ON ARRIVE REGULIEREMENT A OBTENIR UNE PRECISION SUR L'INFORMATION DE POSITION INFERIEURE AU METRE, REPONDANT AINSI - EN TERME DE PRECISION, SEULEMENT - AUX EXIGENCES DE L'ATTERRISSAGE EN CATEGORIE III. CEPENDANT, MEME L'USAGE DES CORRECTIONS DIFFERENTIELLES NE PERMET PAS DE GARANTIR EN PERMANENCE CETTE PRECISION, A CAUSE D'UN PROBLEME MAJEUR NON ENCORE RESOLU : 2LA PROPAGATION PAR TRAJETS MULTIPLES1. LES OBJECTIFS ET L'ORIGINALITE DE CE TRAVAIL DE THESE SONT EN FAIT DOUBLE PUISQU'IL S'AGISSAIT DE 2MODELISER1, DANS UN PREMIER TEMPS, 2LA CHAINE COMPLETE DE POURSUITE DU SIGNAL L1 GPS1 SUR L'OUTIL DE SIMULATION DE CHAINES DE TRANSMISSION NUMERIQUE COSSAP, PUIS D'2ETUDIER LES ERREURS INDUITES PAR LA PROPAGATION PAR MULTITRAJETS1 SUR LES PERFORMANCES DU RECEPTEUR. NOUS PRESENTERONS DONC, ET ARGUMENTERONS EN PREMIER LIEU LES MODELISATIONS DES DIFFERENTES ARCHITECTURES DE RECEPTEUR GPS QUE NOUS AVONS CONSTRUITES SUR L'OUTIL DE SIMULATION COSSAP. LES MODELISATIONS EFFECTUEES SERONT VALIDEES PAR LA CARACTERISATION DE LA REPONSE DES DIVERSES BOUCLES MISES EN JEU A DIFFERENTS PERTURBATEURS (SAUT DE PHASE, DE FREQUENCE, RAMPE DE FREQUENCE, BRUIT THERMIQUE). LES PROBLEMES SOUS-JACENTS A LA SIMULATION NUMERIQUE SERONT ALORS SOULIGNES. PUIS, NOUS REALISERONS UNE ANALYSE GENERALE DES PERFORMANCES DU RECEPTEUR L1 GPS EN PRESENCE DE MULTITRAJETS ET ETUDIERONS LES DIFFERENTES SOLUTIONS DE TRAITEMENT DU SIGNAL PERMETTANT DE REDUIRE LES EFFETS DES MULTITRAJETS SUR LES OBSERVATIONS DE LA PSEUDODISTANCE GPS. DES CALCULS SYMBOLIQUES DES ERREURS INDUITES TANT AU NIVEAU DE LA BOUCLE DE PHASE QUE DE LA BOUCLE DE CODE SERONT DEVELOPPES ET VALIDES GRACE AUX SIMULATIONS LOGICIELLES DES DIFFERENTES ARCHITECTURES DE RECEPTEUR GPS QUE NOUS AVONS EFFECTUEES. CES DEVELOPPEMENTS THEORIQUES SERONT EN FAIT A LA BASE DE NOS DISCUSSIONS CONCERNANT LES SOLUTIONS DE TRAITEMENT DU SIGNAL PERMETTANT DE REDUIRE LES EFFETS DES MULTITRAJETS SUR LES PERFORMANCES DES BOUCLES DE POURSUITE. AINSI, APRES AVOIR DETAILLE LES PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT DES SOLUTIONS CLASSIQUES PRESENTEES DANS LA LITTERATURE ET EN AVOIR SOULIGNE LES LIMITATIONS, NOUS INTRODUIRONS DIFFERENTES STRUCTURES DE DISCRIMINATEUR DE CODE, QUI - BASEES SUR DES CALCULS DE CORRELATIONS MULTIPLES - PERMETTENT DE REDUIRE, DE MANIERE TRES SIGNIFICATIVE, TANT L'AMPLITUDE DES ERREURS DE CODE OBSERVEES QUE LA PLAGE DES RETARDS RELATIFS DES SIGNAUX MULTITRAJETS AYANT UNE INFLUENCE SUR LE PROCESSUS DE DETERMINATION DE L'INFORMATION DE PSEUDODISTANCE. NOUS MONTRERONS, QU'EN UTILISANT CES TECHNIQUES DE CORRELATION, NOUS APPROCHONS LES PERFORMANCES DU RECEPTEUR CODE P EN UTILISANT DES TECHNIQUES DE RECEPTION EN CODE C/A. ELLES S'AVERERONT DE PLUS TOUT A FAIT COMPETITIVES PAR RAPPORT AUX TECHNIQUES REPOSANT SUR LES PRINCIPES DE LA DIVERSITE D'ESPACE, QUI PERMETTENT CERTES D'IDENTIFIER CHACUNE DES COMPOSANTES RECUES, MAIS SEULEMENT AU PRIX DE LA MISE EN PLACE D'INCREMENTS MATERIELS ET CALCULATOIRES IMPORTANTS.
