Géo localisation en environnement fermé des terminaux mobiles

par Mustapha Dakkak

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Patrick Siarry.

Le président du jury était Francis Lepage.

Le jury était composé de Patrick Siarry, Nacer M’sirdi, Amir Nakib, Boubaker Daachi.

Les rapporteurs étaient Alexandre Caminada, Jean-Marie Gorce.


  • Résumé

    Récemment, la localisation statique et dynamique d'un objet ou d'une personne est devenue l'un des plus importantes fonctionnalités d'un système de communication, du fait de ses multiples applications. En effet, connaître la position d'un terminal mobile (MT), en milieu extérieur ou intérieur, est généralement d'une importance majeure pour des applications fournissant des services basés sur la localisation. Ce développement des systèmes de localisation est dû au faible coût des infrastructures de réseau sans fil en milieu intérieur (WLAN). Les techniques permettant de localiser des MTs diffèrent selon les paramètres extraits des signaux radiofréquences émis entre des stations de base (BSs) et des MTs. Les conditions idéales pour effectuer des mesures sont des environnements dépourvus de tout obstacle, permettant des émissions directes entre BS et MT. Ce n'est pas le cas en milieu intérieur, du fait de la présence continuelle d'obstacles dans l'espace, qui dispersent les rayonnements. Les mesures prises dans ces conditions (NLOS, pour Non Line of Sight) sont imprévisibles et diffèrent de celles prises en condition LOS. Afin de réduire les erreurs de mesure, différentes techniques peuvent être utilisées, comme la mitigation, l'approximation, la correction à priori, ou le filtrage. En effet, l'application de systèmes de suivi (TSs) constitue une base substantielle pour la navigation individuelle, les réseaux sociaux, la gestion du trafic, la gestion des ressources mobiles, etc. Différentes techniques sont appliquées pour construire des TSs en milieu intérieur, où le signal est bruité, faible voire inexistant. Bien que les systèmes de localisation globaux (GPS) et les travaux qui en découlent fonctionnent bien hors des bâtiments et dans des canyons urbains, le suivi d'utilisateurs en milieu intérieur est bien plus problématique. De ce fait, le problème de prédiction reste un obstacle essentiel à la construction de TSs fiable dans de tels environnements. Une étape de prédiction est inévitable, en particulier, dans le cas où l'on manque d'informations. De multiples approches ont été proposées dans la littérature, la plupart étant basées sur un filtre linéaire (LF), un filtre de Kalman (KF) et ses variantes, ou sur un filtre particulaire (PF). Les filtres de prédiction sont souvent utilisés dans des problèmes d'estimation et l'application de la dérivation non entière peut limiter l'impact de la perte de performances. Ce travail présente une nouvelle approche pour la localisation intérieure par WLAN utilisant un groupement des coordonnées. Ensuite, une étude comparative des techniques déterministes et des techniques d'apprentissage pour la localisation intérieure est présentée. Enfin, une nouvelle approche souple pour les systèmes de suivi en milieu intérieur, par application de la dérivation non entière, est présentée

  • Titre traduit

    Indoor geo-location static and dynamic geo-location of mobile terminals in indoor environments


  • Résumé

    Recently, the static and dynamic geo-location of a device or a person has become one of the most important aspects of communication systems because of its multiple applications. In general, knowing the position of a mobile terminal (MT) in outdoor or indoor environments is of major importance for applications providing services based on the location. The development of localization systems has been mainly driven by the avail- ability of the affordable cost of indoor wireless local area network (WLAN) infrastructure. There exist different techniques to localize MTs with the different mainly depending on the type of the metrics extracted from the radio frequency signals communicated between base stations (BSs) and MTs. Ideal measurements are taken in environments which are free of obstacles and in direct ray tracings between BS and MT. This is not the case in indoor environment because the daily use of permanent obstacles in the work space scatters the ray tracings. Measurements taken in Non Line Of Sight (NLOS) are unpredictable and different from those taken in LOS. In order to reduce measurement errors, one can apply different techniques such as mitigation, approximation, prior correction, or filtering. Tracking systems (TSs) have many concrete applications in the space of individual navigation, social net- working, asset management, traffic management, mobile resource management, etc. Different techniques are applied to build TSs in indoor environments, where the signal is noisy, weak or even non-existent. While the Global Positioning System (GPS) devices work well outside buildings and in urban canyons, tracking an indoor user in a real-world environment is much more problematic. The prediction problem remains an essential obstacle to construct reliable indoor TSs. Then lacks of reliable wireless signals represent the main issue for indoor geo-location systems. This obviously calls for some sort of predictions and corrections to overcome signal reliability, which unavoidably open the door for a multitude of challenges. Varieties of approaches were proposed in the literature. The most used are the ones based on prediction filters, such as Linear Filter (LF), Kalman Filter (KF) and its derivatives, and Particle Filters (PF). Prediction filters are often used in estimation problems and applying Digital Fractional Differentiation can limit the impact of performance degradations. This work presents a novel approach for the WLAN indoor geo-location by using coordinates clustering. This approach allows overcoming the limitations of NLOS methods without applying any of mitigation, approximation, prior correction, or filtering approaches. Then a comparison study of deterministic and learning techniques for indoor geo-location is presented. Finally, it presents a novel soft approach for indoor tracking system by applying digital fractional integration (DFI) to classical prediction filters


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