Etude et caractérisation d'un couplage entre signaux Ultra Large Bande et signaux GNSS pour la localisation

Study and characterisation of coupling between ultra wide band and GNSS signals for localisation applications

• Auteur / Autrice : Cyril Laderrière
• Direction : Marc Heddebaut, Atika Rivenq
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Valenciennes
• Jury : Président / Présidente : Ghaïs El Zein
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ghaïs El Zein

Mots clés

Mots clés contrôlés

Localisation par satellites, Systèmes de

Communication ultra large bande

Résumé

Incontournables à ciel ouvert, les systèmes de navigation par satellites (GNSS) demeurent insuffisants pour opérer correctement à l'intérieur des bâtiments, et ce malgré les progrès accomplis par les récepteurs récents dits « haute-sensibilité ». Inscrits dans cette problématique de localisation précise, disponible tant à l'extérieur qu'à l'intérieur des bâtiments, ces travaux envisagent une hybridation particulière entre les signaux Ultra Large Bande (ULB), et les signaux des systèmes GNSS. Ces deux technologies estiment le temps d'arrivée de signaux émis selon une référence de temps commune. Cette thèse considère l'éventualité de synchroniser localement les émissions ULB à l'intérieur, par la référence de temps du signal GNSS, lui-même prélevé à proximité des bâtiments. Ce mémoire définit, met en œuvre, puis évalue les performances d'un tel couplage. Le dimensionnement de la transmission ULB destinée à la localisation est détaillé puis optimisé pour répondre, d'une part aux spécificités de l'environnement de propagation indoor, d'autre part aux contraintes réglementaires génériques d'utilisation des signaux ULB entre 3,1 GHz et 10,6 GHz. La pertinence d'un tel couplage est ensuite évaluée : l'extraction expérimentale de la référence de temps des signaux GNSS est tout d'abord caractérisée. L'aptitude de résolution de cette synchronisation par un récepteur ULB est ensuite établie en présence de trajets multiples et de perturbations introduites par des personnes se déplaçant à l'intérieur des bâtiments. Les perspectives d'un tel couplage entre signaux GNSS et ULB sont enfin rapprochées de leur application à la localisation pour la modélisation et la simulation du système.

Despite last generation Navigation Satellite Systems receiver (GNSS) outstanding sensitivity enhancements, inherent GNSS system margins do not appear sufficient for proper operation down to deep indoor environments. In this framework, pervasive localization issues with seamless transition outdoors/indoors and high demanding accuracy is addressed by associating GNSS with the emerging radio technology named Ultra Wide-Band (UWB). Reminding both technologies involve their signals to be synchronized for multi-lateration purposes, this thesis assesses the opportunity to retrieve GNSS clock outdoors, to synchronize UWB localization signals indoors. Within the scope of a localization application, the UWB radio transmission design proposal is first optimized, taking into account the indoor propagation specificities, then considering regulatory requirements for unlicensed use of UWB in the 3,1 to 10,6 GHz range. The relevancy of such a coupling is then experimentally addressed, first, demonstrating how the GNSS clock can be locally recovered outdoors; then, evaluating the UWB receiver ability to recover this synchronization in an evolving selective fading indoor channel impacted, for instance, by moving people in the environment. Results of such a coupling characterization between GNSS and UWB signals are finally highlighted in a localization perspective, contributing to the system simulation and modelling.