Évaluation des performances en localisation d’un radar ultra large bande millimétrique pour l’automobile

Performance evaluation in localization of an ultra wide band millimeter radar for automobile

• Auteur / Autrice : Nizar Obeid
• Direction : Nathalie Haese-Rolland, Marc Heddebaut, Fouzia Boukour, Christophe Loyez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 24/03/2010
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Institut de recherche : Institut national de recherche sur les transports et leur sécurité (France ; 1985-2011)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Didier Belot, Emmanuel Faussurier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claire Migliaccio, Marc Hélier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Véhicules automobiles -- Localisation automatique

Dispositifs à ondes millimétriques

Communication ultra large bande

Automobiles -- Systèmes anticollision

Automobiles -- Équipement électronique

Véhicules automobiles -- Capteurs

Radar en sécurité routière

Mots clés libres

Canal de propagation

Mesures de temps de vol

Résumé

Dans le domaine du transport, des travaux de recherche considérables sont menés visant à assurer une sécurité maximale des usagers des transports et à réduire le nombre d’accidents de la route. L’utilisation de radars embarqués sur les véhicules constitue un des points d’entrée technologiques considérés. Ces radars fournissent une mesure de la distance et de la vitesse d’approche de l’obstacle fixe ou mobile ainsi que la direction d’arrivée des obstacles. Ils fournissent également le nombre d’objets dans le champ du capteur. Plus récemment, une fonction secondaire de communication a été suggérée pour ces dispositifs. Ce travail de thèse a été réalisé dans le cadre d’un projet national, en partie financé par l’Agence Nationale de la Recherche, programme « Télécommunications », intitulé « Communication inter VEhicules et LOcalisation relative précise (VELO) ». Ce projet vise à concevoir et à réaliser un capteur radar fonctionnant en gamme millimétrique, à 79 GHz. Pour ce capteur, trois fonctions sont visées : Détection et mesure de distance radiale des cibles ; Communication inter-véhicules ; Localisation relative précise des cibles. L’objectif final est de construire une ceinture de sécurité immatérielle à 360° autour du véhicule, avec une résolution de détection radiale des obstacles inférieure à 10 cm et une capacité de communication inter-véhicules. La technologie Ultra Large Bande (ULB) a été sélectionnée pour assurer les exigences de détection radar, de communication et de localisation relative précise. Des modèles de simulation nécessaires à l’évaluation globale des performances du système de localisation relative ont été mis en œuvre et développés sous MatlabTM et ADSTM. Différents paramètres ont été étudiés et évalués tels que : la forme d’onde, la fréquence d’échantillonnage, la longueur de la ligne de base, la technique de localisation fondée sur des mesures de temps de vol des signaux de type TOA, TDOA et DOA (Time Of Arrival, Time Différence Of Arrival, Direction Of Arrival). De premières expérimentations effectuées à 4 GHz ont permis de nous familiariser avec la technique de localisation utilisant des impulsions brèves. D’autres expérimentations en laboratoire ont ensuite été menées en gamme millimétrique. Nous avons employé un banc de mesure réalisé à l’aide de composants disponibles à 60 GHz en attendant de disposer des prototypes à 79 GHz réalisés par ailleurs dans le projet. Ces tests ont permis de valider l’approche choisie ainsi que les différents résultats de simulation exploitant un modèle de propagation à deux rayons direct et réfléchi sur la chaussée.

In order to ensure maximum safety of users of road transport and to reduce the number of road accidents, considerable scientific research is conducted. The use of radar mounted on vehicles is a considered technological entry point. The required functions are measuring the distance and the velocity of fixed or mobile obstacles and providing their directions of arrival. More recently, a secondary vehicle to vehicle communication function has been suggested for these radar sensors. This thesis was part of a national research project launched in 2007 entitled "Communication inter VEhicules and accurate relative LOcation (VELO)" following a call for tenders from the French National Agency of Research. This project aims to design and to implement a radar sensor operating at the recently assigned millimeter frequency band of 79 GHz. Different functions must be provided by this sensor: Detection and radial distances of the targets; Targets speed measurements; Vehicle to vehicle communication; and Accurate targets relative location. The ultimate goal of these sensors is to constitute a safety virtual belt operating at 360 ° all around the vehicle, providing a high resolution localization of all the surrounding targets and the ability to communicate with other vehicles. In this work we focus particularly on the part “accurate relative localization of the targets”. We show that through the use of the ultra wideband (UWB) technique and of sub nanosecond pulses we can simultaneously satisfy these requirements. To evaluate the relative localization accuracy provided by this approach, the impact of different parameters are modeled: pulse waveforms, sampling rate, jitter, TOA, TDOA, DOA (Time Of Arrival, Time Difference Of Arrival, Direction Of Arrival) methods. Simulation models needed to assess overall system performance relative location were implemented and developed in MatlabTM and ADSTM. These simulation results have been validated during an experimental phase where we have localized sources emitting at 4 GHz and 60 GHz in a laboratory environment. A channel model considering a two-ray approach was also implemented in the simulations and experimentally validated at 63 GHz.