Architectures de Localisation indoor à base du circuit cinq- PortES (ALPES).

par Elias Hatem

Projet de thèse en Electronique, Optronique et Systèmes

Sous la direction de Jean-Marc Laheurte.

Thèses en préparation à Paris Est en cotutelle avec l'Université Libanaise , dans le cadre de MSTIC : Mathématiques et Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication , en partenariat avec ESYCOM - Electroniques, Systèmes de Communication et Microsystèmes (laboratoire) depuis le 11-07-2017 .


  • Résumé

    Les applications de localisation en extérieur sont courantes depuis la généralisation du GPS. Tout naturellement s'est posée la question de la continuité du service de positionnement de l'extérieur vers l'intérieur. Cette problématique fait l'objet de recherches depuis plus de dix ans. En effet, le GPS ne fonctionne pas ou de manière très dégradée à l'intérieur des bâtiments. De plus, les métriques telles que la puissance du signal reçu, l'angle d'arrivée ou le temps de vol ne sont pas directement liées à la distance ou la position relative entre l'émetteur et le récepteur. Cela est dû aux multi-trajets et aux phénomènes de fading qui peuvent être dominants dans les environnements intérieurs. L'estimation de position souffre de cette incertitude initiale et des algorithmes de positionnement et filtrage sophistiqués sont nécessaires. De ce fait, il n'existe pas une solution standard équivalente au GPS en intérieur. Bien qu'on assiste au développement de quelques applications indoor, elles sont de faible précision (quelques mètres) ou d'un coût élevé, conçues sur mesure pour un environnement donné. La localisation de piétons ou de petits objets de la vie courante avec la précision nécessaire n'est pas au point à l'heure actuelle. L'objectif de cette thèse est de concevoir et d'implémenter une architecture de localisation indoor simple, effective et caractérisée par une haute précision de l'ordre sub-métrique et une adaptation à des scénarios multiples. La thèse couvre deux aspects: Le premier aspect traite l'architecture du système de localisation à l'intérieur des bâtiments. Nous envisageons d'étudier les différentes techniques de localisation indoor existantes et proposer une architecture de localisation indoor simple avec un faible coût et une grande précision avec différents scénarios modélisant des milieux de localisation complexes. La localisation sera effectuée par le moyen de balises RF ou tags. Sachant que la précision dans la localisation peut varier du simple au triple selon l'emplacement des balises dans l'environnement. Afin d'améliorer l'estimation de la distance, nous remplacerons chaque tag RF par une constellation de tags, créant ainsi de la diversité en émission. Le dimensionnement de la constellation sera une étape clé qui permettra entre autres de vérifier si, lorsque les balises sont très proches, l'estimation de distance est entachée de la même erreur ce qui pourrait être exploité pour une meilleure précision. L'aspect système serait complété par la conception et la réalisation d'une nouvelle architecture de la station de localisation (lecteur de tags) en introduisant l'interféromètre cinq-portes. En effet, le modem utilisé pour la localisation doit être petit, adaptatif, caractérisé par une faible consommation de puissance, un coût réduit, une bande passante variable et implémenté dans un environnement dense. Dans le cadre de la thèse, nous présentons une solution pour ces modems à l'aide du Réflectomètre Cinq-Portes (RCP). Le RCP nécessite un traitement numérique du signal particulier afin de retrouver les données en sortie. Ce traitement numérique complètera le circuit RCP afin de présenter un système complet de localisation indoor.

  • Titre traduit

    Indoor Localization Architectures based on the five-PortES (ALPES).


  • Résumé

    Outdoor location applications are presented since the generalization of GPS. Naturally, the question is related to the positioning service from outside to inside. This issue has been the subject of research for more than ten years. Indeed, the GPS does not work or in a very degraded way inside buildings. In addition, metrics such as received signal strength, angle of arrive, or time of flight are not directly related to distance or relative position between transmitter and receiver. This is due to multipaths and fading phenomena that can be dominant in indoor environments. Position estimation suffers from this initial uncertainty and sophisticated positioning and filtering algorithms are required. As a result, there is no standard solution equivalent to indoor GPS. Although we are seeing the development of some indoor applications, they are low precision (few meters) or high cost, tailored to a given environment. The location of pedestrians or small objects of everyday life with the necessary precision is not developed at present. The aim of this thesis is to design and implement a simple and effective indoor localization architecture characterized by a high precision of sub-metric order and adaptation to multiple scenarios. The thesis covers two aspects: The first aspect deals with the architecture of the location system inside buildings. We plan to study the different existing indoor location techniques and propose a simple indoor location architecture with low cost and high accuracy with different scenarios modeling complex location environments. The location will be done by means of RF tags or tags. Knowing that the precision in the localization can vary from simple to triple depending on the location of the tags in the environment. In order to improve distance estimation, we will replace each RF tag with a tag constellation, creating diversity in transmission. The dimensioning of the constellation will be a key step that will allow, among other things, to check if, when the beacons are very close, the distance estimate is tainted with the same error which could be exploited for better accuracy. The system aspect would be complemented by the design and implementation of a new architecture of the locator station (tag reader) by introducing the five-door interferometer. Indeed, the modem used for the localization must be small, adaptive, characterized by a low power consumption, a reduced cost, a variable bandwidth and implemented in a dense environment. As part of the thesis, we present a solution for these modems using the Five-Door Reflectometer (RCP). The RCP requires special digital signal processing to retrieve the output data. This digital processing will complete the RCP circuit to present a complete indoor location system.