Localisation Précise en milieu Urbain

Localization Precise in Urban Area

• Auteur / Autrice : Yu Wang
• Direction : Christophe Macabiau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, Image, Acoustique et Optimisation
• Date : Soutenance le 10/05/2019
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Équipe de recherche en Télécommunications (Toulouse)
• Jury : Président / Présidente : Manuel Hernandez Pajares
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Macabiau, Carl Milner
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Manuel Hernandez Pajares, Sandra Verhagen

Mots clés

Mots clés contrôlés

GPS

Cinématique

Localisation par satellites, Systèmes de

Mots clés libres

GNSS

Localisation précise

Multiconstellation

RTK

GNSS

Precise positioning

Multiconstellation

RTK

Résumé

Récemment, la précision qu’on peut obtenir avec le GNSS-autonome positionnement est insatisfaisant pour de plus en plus d’utilisateurs au terrain. Une précision au-dessous de mètre ou encore de niveau centimètre est devenue plus cruciale pour pleine d’applications. Surtout pour des véhicules dans le milieu urbain, la précision finale est considérablement pire comme les manques et les contaminations des GNSS signaux sont présentes. Afin d’avoir un positionnement plus précis, les mesures carrier phases sont dispensables. Les erreurs associés à ces mesures sont plus précises de factor centaine que les mesures pseudoranges. Cependant, un paramètre de nature entière, appelée ambiguïté, empêche les mesures phases de comporter comme les pseudoranges ‘précises’. Pendant que les mesures carrier phases sont largement utilisées par les applications localisées dans un environnement ouvert, cette thèse s’intéresse sur les exploitations dans un environnement urbain. Pour cet objectif, la méthodologie RTK est appliquée, qui est principalement basée sur les caractéristiques que les erreurs sur les mesures pseudoranges et phases sont corrélées spatialement. De plus, cette thèse profite de la double GNSS constellation, GPS et GLONASS, pour renforcer la solution de position et l’utilisation fiable des mesures carrier phases. Enfin, un low-cost MEMS est aussi intégré pour compenser des désavantages de GNSS dans un milieu urbain. A propos des mesures phases, une version modifiée de Partial-IAR (Partial Ambiguity Resolution) est proposée afin de faire comporter de la façon la plus fiable possible les mesures phases comme les pseudoranges. Par ailleurs, les glissements de cycle sont plus fréquents dans un milieu urbain, qui introduisent des discontinuités des mesures phases. Un nouveau mécanisme pour détecter et corriger les glissements de cycle est du coup mise en place, pour bénéficier de la haute précision des mesures phases. Des tests basés sur les données collectées autour de Toulouse sont faits pour montrer la performance.

Nowadays, stand-alone Global Navigation Satellite System (GNSS) positioning accuracy is not sufficient for a growing number of land users. Sub-meter or even centimeter accuracy is becoming more and more crucial in many applications. Especially for navigating rovers in the urban environment, final positioning accuracy can be worse as the dramatically lack and contaminations of GNSS measurements. To achieve a more accurate positioning, the GNSS carrier phase measurements appear mandatory. These measurements have a tracking error more precise by a factor of a hundred than the usual code pseudorange measurements. However, they are also less robust and include a so-called integer ambiguity that prevents them to be used directly for positioning. While carrier phase measurements are widely used in applications located in open environments, this thesis focuses on trying to use them in a much more challenging urban environment. To do so, Real Time-Kinematic (RTK) methodology is used, which is taking advantage on the spatially correlated property of most code and carrier phase measurements errors. Besides, the thesis also tries to take advantage of a dual GNSS constellation, GPS and GLONASS, to strengthen the position solution and the reliable use of carrier phase measurements. Finally, to make up the disadvantages of GNSS in urban areas, a low-cost MEMS is also integrated to the final solution. Regarding the use of carrier phase measurements, a modified version of Partial Integer Ambiguity Resolution (Partial-IAR) is proposed to convert as reliably as possible carrier phase measurements into absolute pseudoranges. Moreover, carrier phase Cycle Slip (CS) being quite frequent in urban areas, thus creating discontinuities of the measured carrier phases, a new detection and repair mechanism of CSs is proposed to continuously benefit from the high precision of carrier phases. Finally, tests based on real data collected around Toulouse are used to test the performance of the whole methodology.