Étude d'algorithmes de poursuite du signal GNSS permettant d'améliorer le positionnement en environnement urbain

par Syed Mohd Fairuz Bin Syed Mohd Dardin

Thèse de doctorat en Signal, image, acoustique et optimisation

Sous la direction de Jean-Yves Tourneret et de Vincent Calmettes.

Le président du jury était Olivier Besson.

Le jury était composé de Juliette Marais.

Les rapporteurs étaient Emmanuel Duflos, Serge Reboul.


  • Résumé

    Cette activité de recherche concerne le domaine de la navigation par satellite qui utilise lessystèmes GNSS (Global Navigation Satellite Systems). Elle vise à améliorer les performances globalesd’un système de navigation, c’est à dire la robustesse, la disponibilité et l’intégrité d’un récepteurutilisant les signaux GNSS pour élaborer sa position et sa vitesse. L’enjeu est important et on noteque les représentations des nouveaux signaux proposés pour GPS et GALILEO visent à diminuer lacorrélation entre les signaux, faciliter la poursuite de ces signaux en abaissant le niveau des seuils depoursuite, réduire l’effet des interférences. La navigation basée sur les signaux GNSS reste toutefoisdépendante du canal de propagation et est particulièrement affectée en cas réflexion, réfraction,diffraction, diffusion, et de blocage du signal émis par le satellite. Il en résulte une dégradationimportante des performances en environnement urbain. L’objectif de cette recherche est ainsi deproposer, d’analyser et de caractériser des architectures de récepteur robuste, permettantd’adresser efficacement le problème de la navigation dans des environnements difficiles où le signalGNSS est affecté par de fortes perturbations. De nombreux travaux de recherche visant à améliorer les performances des algorithmes de poursuite du signal au sein d’un récepteur ont été conduites, en particulier pour adresser leproblème de cette poursuite dans des environnements difficiles, en présence de multi-trajets. Lesapproches les plus connues traitent le signal de post-corrélation. Ainsi l’utilisation de corrélateursétroits permet de réduire l’impact des multi-trajets générant un retard important. De même destechniques utilisant un banc de corrélateurs pour estimer les paramètres des multi-trajets ont étéétudiées. La présence de multi-trajets demeure toutefois une importante source d’erreur pour desrécepteurs opérant en environnement urbain. L’amélioration des performances des récepteurs dansce contexte reste un enjeu important et de nombreuses études sont conduites en vue d’améliorer ladisponibilité, la robustesse, la fiabilité et l’intégrité de ces récepteurs. Le principal objectif de cette thèse est de proposer une architecture de poursuite adaptive exploitant des techniques de poursuite vectorielle (Vector Tracking Loop – VTL). Les récepteurs conventionnels utilisent une architecture directe où une poursuite scalaire du signal (Scalar TrackingLoop – STL) est réalisée en amont du navigateur. Cette architecture n’utilise pas les informationsélaborées par le navigateur pour améliorer les performances de la poursuite. Au contrairel’architecture vectorielle permet à la poursuite de bénéficier de la connaissance de la position et dela vitesse estimées par le récepteur. Il peut en résulter une dégradation de la poursuite lorsque le navigateur ne sait pas isoler une mesure contaminée. Cet architecture rend donc les performances d’un canal très dépendantes des mesures utilisées par le navigateur, et donc en particulier des autres canaux. L’approche qui est explorée ici vise à combiner les approches de poursuite STL et VTL pour améliorer les performances des récepteurs en environnement urbain, dans un contexte multiconstellation.

  • Titre traduit

    New adaptive tracking loop algorithm for reliable positioning in harsh environment


  • Résumé

    Present research activities in the field of Global Navigation Satellite Systems (GNSS) aim atenhancing the overall navigation performance by providing better and more robust navigationsignals compared the ones available today. These GNSS signals are designed to provide betterimproved cross-correlation protection, lower tracking thresholds and reduced susceptibility tonarrow band interferences. However navigation based on GNSS signals remains sensitive topropagation impairments such as reflection, refraction, diffraction and scattering, and sometimesblockage of the line of sight signals. These effects are especially important in urban environment.Therefore, a better and more robust receiver design and implementation is crucial to meet anappropriate navigation performance using GNSS signals. Improving signal tracking algorithms inside the receiver is an attractive approach. This is particularly true in the case of urban environments where interference and multipath severely degrade the performance of the GPS positioning. Despite the many efforts of performance enhancement, multipath still remains as the dominant source of error and the limiting factor for many applications. Consequently improving the performance of a receiver in multipath environment is a great challenge and many studies are carried out to satisfy the above requirements in term of availability, reliability and integrity. The main goal of this PhD thesis is to propose a new adaptive tracking algorithm based on vector tracking loop (VTL) approach. Currently, the conventional technique (i.e., Scalar Tracking Loop (STL)) is implemented in a forward-only strategy which doesn’t exploit the position, velocity and time (PVT) solution provided by the Navigation System (NS). Standard VTL on the other hand, suffers from measurements contamination from the exploitation of PVT provided by the NS. This adaptiveapproach will take advantage of both tracking methods for providing reliable measurements in amulti-constellation context.


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