• Langue : Français
• Discipline : Électronique
• Identifiant : Inconnu
• Type de mémoire : Habilitation à diriger des recherches
• Date de soutenance : 24/11/2017

Résumé en langue originale

Les applications des systèmes de positionnement par satellites (ou GNSS – Global Navigation Satellite System) ont progressivement envahi les systèmes de transport et les applications mobiles. Les applications déployées sont peu exigeantes en termes de performance : elles tolèrent une certaine imprécision et ne requièrent pas nécessairement une grande confiance dans l’information délivrée. Avec l’arrivée des véhicules autonomes ou les évolutions des systèmes de signalisation ferroviaire, de nouveaux besoins sont exprimés : une plus grande précision assortie d’un indicateur de confiance dans l’information fournie, en particulier pour des applications qui mettent en jeu la sécurité des biens et des personnes. Un récepteur GNSS utilise la mesure simultanée de 4 (au moins) temps de propagation des signaux issus de 4 satellites différents pour estimer sa position. Dans les environnements traversés par les systèmes de transports, la réception de ces signaux est fréquemment sujette à des conditions de réception difficiles liées à la présence d’obstacles proches de l'antenne de réception (blocage, réflexion, diffraction) qui engendrent indisponibilité, retards de propagation et donc, erreurs sur le calcul de la position. Pour comprendre les causes et les conséquences des erreurs introduites par le canal de propagation radio sur les performances de localisation, les travaux présentés dans ce mémoire de HDR rassemblent les travaux menés selon 3 axes principaux. Dans ces travaux, nous avons ainsi analysé les effets du canal de propagation radio sur le signal reçu par l’antenne du récepteur GNSS, caractérisé et quantifié la qualité du signal reçu en sortie du récepteur, proposé des méthodes originales permettant de modéliser et pallier les erreurs de localisation et enfin nous avons contribué au développement d’une méthodologie d’analyse de la sûreté de fonctionnement du système de localisation dans le domaine ferroviaire. L’erreur que nous cherchons à réduire en particulier est l’erreur engendrée par les phénomènes de propagation locaux et en particulier par l’utilisation des signaux reçus après réflexions et en l’absence de signal direct, encore appelés NLOS (Non-Line-Of-Sight). Parmi les résultats, nous avons mis en œuvre des techniques de traitement d’images pour une détection déterministe associée à des techniques d’exclusion et de pondération des signaux reçus. Avec des techniques de traitement du signal, nous avons proposé des méthodes d’estimation dynamique des retards de propagation qui ont montré leur efficacité dans la réduction des imprécisions sur les calculs de la position en milieux urbains. Enfin, nous abordons le concept d’intégrité de la position. Les processus de surveillance de l’intégrité sont aujourd’hui issus de l’aéronautique et s’adaptent mal aux conditions de réception en milieu urbain [...]

Résumé traduit

Satellite-based applications (or GNSS – Global Navigation Satellite System) progressively penetrate the transport market as well as land based mobile applications. These deployed applications do not require a high level of performances: they accept some inaccuracy and do not require a high level of confidence either in the delivered position. With the emergence of first autonomous vehicles or the evolutions of railway signalling systems however, new needs are expressed: better accuracy, assorted with a confidence level, in particular for safety-related services. A GNSS receiver uses at least 4 simultaneous measurements of propagation time of arrival coming from 4 different satellites in order to estimate its position. In the transport environments, signal reception often suffer from difficult reception conditions (blockage, reflection, diffraction) caused by close objects, that induce unavailability, propagation delays and, thus, position errors. To understand the causes and consequences of the radio propagation channel on localisation performances, the work presented in this memory is organized into 3 axes of past studies. We have first analysed the effects of the radio propagation channel on the signal received by the receiver antenna, characterized and quantified the received signal quality, proposed original methods in order to model and reduce positioning errors. Finally, we have contributed to the development of RAMS methodology in the railway domain. The main targeted error is caused by local radio propagation effects and in particular on the use of signals received after reflection and without direct signal reception, named NLOS (Non-Line-Of-Sight). Among the results, we have developed image processing algorithms for a deterministic detection of LOS and NLOS signals, associated to exclusion and weighting schemes for better accuracy. With signal processing methods, we have proposed dynamic estimation of propagation delays that showed their effectiveness for inaccuracy mitigation in urban environments. Integrity monitoring concepts are today provided by aeronautical use cases that differ from land transport assumptions. Thus, we have applied our knowledge of propagation effects to test new solutions for error bounding in these complex environment. Finally, we present our contributions for the introduction of GNSS-based solutions in railway signalling applications: some adaptation of classical railway methodologies to the GNSS-based solutions and its degradation sources