Thèse soutenue

Méthodologies de traitements optimales des mesures GPS/GALILEO GBAS avec une application à la Troposphère
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Auteur / Autrice : Alize Guilbert
Direction : Christophe MacabiauCarl Milner
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Signal, Image, Acoustique et Optimisation
Date : Soutenance le 01/07/2016
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 : Bernd Eissfeller
Examinateurs / Examinatrices : Christophe Macabiau, Carl Milner, Frank Van Graas
Rapporteurs / Rapporteuses : Bernd Eissfeller, Frank Van Graas

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Dans le domaine de l’Aviation Civile, les motivations de recherches sont souvent guidées par la volonté d’améliorer la capacité de l’espace aérien grâce à la modernisation des moyens de navigation aérienne existants et aux nouvelles infrastructures. Ces buts peuvent être atteints en développant les services qui permettent des opérations d’approche et d’atterrissage plus robustes et plus fiables. La navigation par satellite, grâce au Global Navigation Satellite System (GNSS), a été reconnue comme un moyen performant de fournir des services de navigation aérienne [1] [2]. Le concept du GNSS requiert l’utilisation de moyen d’augmentations pour fournir une fonction de contrôle d’intégrité au vu des exigences [1] relatives aux applications critiques de type aviation civile. Un de ces moyen est le GBAS (Ground Based Augmentation System) et est standardisé par l’OACI pour fournir un service de navigation incluant les approches de précision allant jusqu’à la catégorie I incluse, en utilisant les constellations GPS ou GLONASS [3]. Des études sont en cours pour permettre d’étendre ce service jusqu’à la catégorie II/III avec le GPS L1 C/A, cependant des contraintes sont apparues lors de la surveillance de la ionosphère. Grâce à la modernisation du GPS et GLONASS et aux futures constellations Galileo et Beidou, les futurs GNSS utilisant de multiples constellations et de multiples fréquences (MC/MF) sont étudiés. Les activités de recherches européennes se sont appuyées sur la constellation GPS et sur la future constellation Galileo. Ce MC/MF GBAS devrait permettre de nombreuses améliorations comme un meilleur modèle des retards atmosphériques. Cependant, des challenges doivent être résolus avant d’atteindre les bénéfices potentiels. Dans ce travail de thèse, 2 principaux sujets en rapport avec le GBAS ont été traités, la transmission des données de corrections avec le MC/MF GBAS et l’impact des biais troposphériques avec le SC/SF et MC/MF GBAS. Dû aux contraintes portant sur le format des messages transmis à l’utilisateur via l’unité VDB [4], une nouvelle approche est nécessaire pour permettre l’élaboration du MC/MF GBAS. Une des solutions proposée dans cette thèse est de transmettre les corrections et les données d’intégrité à l’utilisateur dans des messages séparés à des fréquences différentes. De plus, ce travail de thèse remet en question la modélisation de l’atmosphère et particulièrement celle de la troposphère dans des conditions nominales que non-nominales en se concentrant d’abord sur le calcul du pire gradient troposphérique avant de développer les précédents travaux pour borner cette menace dans le but de protéger l’utilisateur. En vue du futur MC/MF GBAS, une nouvelle approche s’est avérée nécessaire. Ainsi, dans ce projet de thèse, des modèles météorologiques numériques (NWMs) sont utilisés pour estimer intégralement la composante horizontale du pire gradient troposphérique. Une méthode innovante pour rechercher les pires gradients troposphériques horizontaux est utilisée pour déterminer les biais qu’ils induisent impactant les avions visant une approche de Cat II/III avec le GBAS. Un modèle de ces pires biais de mesures troposphériques différentiels horizontaux dépendant de l’élévation des satellites pour 2 régions européennes est alors développé. La composante verticale est aussi modélisée grâce à une étude statistique qui compare les données réelles au modèle standard. Un modèle du biais différentiel total non corrigé est développé et doit être introduit dans le calcul des niveaux de protections sous des conditions nominales. Pour borner l’impact de la troposphère sur l’erreur de position tout en se focalisant sur le souhait d’avoir un nombre de données transmises à l’utilisateur faible, différentes solutions conservatives ont été développées où au minimum 3 paramètres, définis selon leur région géographique d’utilisation, doivent être transmis à l’utilisateur.