Fusion non-linéaire appliquée aux voies pilote et données du signal GPS L2C

par Monir Azmani

Thèse de doctorat en Automatique, traitement du signal et génie informatique

Sous la direction de Mohammed Benjelloun et de Serge Reboul.

Soutenue en 2010

à Littoral .


  • Résumé

    Dans cette thèse nous réalisons l’étude et la mise en oeuvre d’opérateurs de fusion non-linéaire pour l’estimation et la détection conjointe de signaux stationnaires par morceaux. Ce travail est appliqué à la segmentation du signal GPS moderne L2C qui contient des informations redondantes sur sa voie pilote et sa voie de données. On montre que l’évolution de la distance satellite récepteur estimée par une boucle de poursuite du code ouverte est linéaire par morceaux. Dans ce contexte nous proposons un opérateur de fusion qui réalise la détection et l’estimation d’un signal linéaire par morceaux. Dans notre approche nous proposons et nous comparons deux opérateurs de fusion. Un opérateur linéaire de type GLR (generalized likelihood ratio : rapport de vraisemblance généralisé) intégrant une information a priori et un opérateur non-linéaire intégrant la même information a priori exploitée par une transformation non linéaire. Cette transformation non-linéaire permet de diminuer la corrélation entre les différentes observations. Nous démontrons théoriquement et expérimentalement que l’opérateur de fusion non-linéaire proposé est plus précis, c'est-à-dire qu’il offre une erreur quadratique moyenne de l’estimation plus faible, une probabilité de détection plus grande et une probabilité de fausse alarme plus faible. La phase du signal GPS est utilisée pour l’estimation précise de la position. On montre que la boucle de poursuite ouverte du retard de phase fournit une mesure du déphasage du signal GPS reçu. Dans ce contexte nous proposons un opérateur de fusion des mesures angulaires défini suivant une distribution circulaire normale nommée aussi distribution de von Mises. Dans ce travail nous étendons les approches d’estimation d’état bayésien de la statistique traditionnelle du domaine linéaire à l’analyse des données circulaires. Nous proposons dans ce cadre un opérateur de fusion circulaire multi-capteurs et un estimateur récursif circulaire de fusion de temporelle. Finalement nous proposons un détecteur de type GLR redéfini dans le cadre circulaire pour l’estimation et la détection conjointes d’un signal angulaire stationnaire par morceaux. Nous montrons dans ce travail les limites des approches linéaires et l’intérêt d’utiliser les approches statistiques circulaires. Les techniques d’estimation détection conjointes proposées sont appliquées au traitement du nouveau signal GPS L2C. En effet les signaux GPS modernes contiennent sur une même porteuse une voie pilote et une voie de données. Nous fusionnons les mesures de décalage du code obtenues sur les deux voies et les informations de retard de phase considéré ici comme des variables angulaires. L’architecture des boucles de poursuite proposée permet d’effectuer une intégration longue des signaux GPS reçus, ce qui implique une meilleure localisation et la possibilité de traiter les signaux GPS à faible rapport signal sur bruit obtenus quand le calcul de la position est réalisé à la milliseconde.

  • Titre traduit

    Non-linear fusion applied to GPS-L2C pilot and data channels


  • Résumé

    The new GPS L2C signal emits on the same carrier a pilot channel and a data channel. We propose non-linear fusion operators to estimate the code delay and the information on the phase delay that are obtained on the both channels. Moreover, we propose a new tracking architecture based on open loops including estimators and jump detectors joint. Indeed, the evolution of the discriminator obtained by the code delay open loop is piecewise linear. In that case, we propose a jump estimator that includes a new non-linear fusion operator, using prior information on the parameter to estimate. This prior information allows decreasing the correlation between the different observations and so decreasing the mean square error of the fused measurements. The phase delay tracking open loop provides an angular measurement of the received GPS signal phase variations. In this context, we have extended the fusion and filtering Bayesian techniques from linear statistics to circular statistics to estimate the phase delay. We propose a new angular fusion operator, circular recursive filter and an estimator for means jumps in a piecewise stationary circular process. The proposed methods permit to perform a long time integration of the received GPS and so to improve the millisecond localization of a mobile receptor.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (viii-179 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 173-177

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  • Bibliothèque : Université du Littoral-Côte d'Opale (Calais, Pas-de-Calais). Bibliothèque. Section Sciences.
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