Study of indoor positioning systems using code phase measurments or carrier phase measurments of navigation satellites signals

La thèse propose l’étude de systèmes de constellations locales permettant le positionnement dans des milieux difficiles. Dans ce contexte, il apparaît que les trajets indirects perturbent la mesure du temps de propagation entre l’antenne de l’émetteur et l’antenne du récepteur. L’éblouissement entre les signaux, phénomène d’interférence du CDMA, est exacerbé à cause des distances courtes et des variations de puissance de réception. La thèse apporte des réponses à ces deux problématiques. Pour les trajets indirects nous proposons d’utiliser les mesures de phase de la porteuse qui y sont moins sensibles. Il faut alors solutionner le problème de l’ambiguïté entière sur ces mesures. Une méthode le permet sans avoir recours à une technique différentielle en utilisant une boucle de poursuite insensible aux trajets indirects : la SMICL. Pour l’éblouissement, nous avons développé trois approches. L’une d’elle utilise les séquences de longueurs maximales et permet de réduire notablement son importance. Une deuxième méthode, baptisé Technique de la Double Emission (TDE), permet de supprimer intégralement ces interférences pour une paire d’émetteurs lorsque leurs Doppler respectifs sont égaux. Nous avons étudié le cas où les Doppler sont différents et mis au point une version améliorée de la TDE, la TDE étendue à la porteuse, qui permet de supprimer les influences du Doppler. Nous avons également montré que cette dernière peut s’appliquer à un émetteur fixe en présence d’une constellation de satellites. Une troisième méthode, appelée TDE maximale, utilise à nouveau une séquence de longueur maximale pour étendre la méthode TDE au cas de plusieurs émetteurs en présence.The thesis proposes the study of systems of local constellations for positioning indoors.In this context, it appears that indirect paths disturb the measurement of time delay between the transmitter antenna and receiver antenna. The Near-Far problem between signals, a CDMA interference phenomenon, is exacerbated because of the short distances and variations in received power. The thesis provides answers to these two issues.For indirect multipath we propose to use carrier phase measurements. It must then solve the problem of ambiguity on these measurements. A method without carrying out a differential technique is proposed: a tracking loop insensitive to indirect routes: the SMICL. For the Near-Far problem, we have developed three approaches. One approach uses sequences of maximum length and significantly reduces its influence. A second method, called the Double Transmission Technique (DTT), can completely remove the interference for a pair of transmitters when their respective Doppler are equal. We have studied the case where different Doppler and developed an improved version of the DTT, the DTT extended to the carrier, which eliminates the influence of the Doppler. We also showed that this may also be applied to a fixed transmitter in the presence of a constellation of satellites. A third method, called DTT maximum, again uses a maximum length sequence to extend the method to the case DTT in the presence of several transmitters

Systèmes de localisation en milieu contraint et de leurre GNSS

La géolocalisation en milieu contraint (ou indoor) constitue une problématique scientifique à part entière. Elle se distingue de la localisation à l'extérieur, pour laquelle le GPS et les GNSS en général sont dominants, par des approches d'une très grande diversité technique et technologique. Une partie de ces approches sont présentées à travers des travaux réalisés depuis une quinzaine d'années dans ce domaine. Puis, on montre comment ces travaux ont permis l'articulation vers une thématique de recherche en lien avec la sécurité et l'intégrité de la géolocalisation autour du problème des leurres GNSS qui, lorsqu'ils sont déployés, ont pour objectif de fausser le calcul de position. Le manuscrit présente comment une dizaine d'années de travaux forge un parcours d'enseignant-chercheur et les réflexions qu'il y a ainsi développées

Etude de systèmes de positionnement en intérieur utilisant des mesures de phase du code ou de phase de la porteuse de signaux de navigation par satellites

The thesis proposes the study of systems of local constellations for positioning indoors.In this context, it appears that indirect paths disturb the measurement of time delay between the transmitter antenna and receiver antenna. The Near-Far problem between signals, a CDMA interference phenomenon, is exacerbated because of the short distances and variations in received power. The thesis provides answers to these two issues.For indirect multipath we propose to use carrier phase measurements. It must then solve the problem of ambiguity on these measurements. A method without carrying out a differential technique is proposed: a tracking loop insensitive to indirect routes: the SMICL. For the Near-Far problem, we have developed three approaches. One approach uses sequences of maximum length and significantly reduces its influence. A second method, called the Double Transmission Technique (DTT), can completely remove the interference for a pair of transmitters when their respective Doppler are equal. We have studied the case where different Doppler and developed an improved version of the DTT, the DTT extended to the carrier, which eliminates the influence of the Doppler. We also showed that this may also be applied to a fixed transmitter in the presence of a constellation of satellites. A third method, called DTT maximum, again uses a maximum length sequence to extend the method to the case DTT in the presence of several transmitters.La thèse propose l’étude de systèmes de constellations locales permettant le positionnement dans des milieux difficiles. Dans ce contexte, il apparaît que les trajets indirects perturbent la mesure du temps de propagation entre l’antenne de l’émetteur et l’antenne du récepteur. L’éblouissement entre les signaux, phénomène d’interférence du CDMA, est exacerbé à cause des distances courtes et des variations de puissance de réception. La thèse apporte des réponses à ces deux problématiques. Pour les trajets indirects nous proposons d’utiliser les mesures de phase de la porteuse qui y sont moins sensibles. Il faut alors solutionner le problème de l’ambiguïté entière sur ces mesures. Une méthode le permet sans avoir recours à une technique différentielle en utilisant une boucle de poursuite insensible aux trajets indirects : la SMICL. Pour l’éblouissement, nous avons développé trois approches. L’une d’elle utilise les séquences de longueurs maximales et permet de réduire notablement son importance. Une deuxième méthode, baptisé Technique de la Double Emission (TDE), permet de supprimer intégralement ces interférences pour une paire d’émetteurs lorsque leurs Doppler respectifs sont égaux. Nous avons étudié le cas où les Doppler sont différents et mis au point une version améliorée de la TDE, la TDE étendue à la porteuse, qui permet de supprimer les influences du Doppler. Nous avons également montré que cette dernière peut s’appliquer à un émetteur fixe en présence d’une constellation de satellites. Une troisième méthode, appelée TDE maximale, utilise à nouveau une séquence de longueur maximale pour étendre la méthode TDE au cas de plusieurs émetteurs en présence

Delta range positioning assisted with satellites

International audienceWe know that real global positioning, i.e. in all environments, has been a scientific challenge for several years. The Global Positioning System (GPS) launched the impulse with its democratization in the 2000s: geographical position has gradually become a constituent element of modern digital devices available to general public. Integrating a GPS chip into smartphones was only one step. The rise of the Internet Of Thing announced by the deployment of 5G reinforces this trend. Indeed, more and more connected objects will be present and many of their applications need the geographical position. In this context, satellite signals play a key role in calculating position, especially outdoors using the GPS function. In more challenging environments, or when the need for ac-curacy becomes crucial, these signals can be used alone or in conjunction with others (or other physical measurements). The recent deployment of several con-stellations of what are now called the Global Navigation Satellites Systems (GNSS) further reinforces the presence of these signals, which can therefore be used. The previous works [1-2] focused on a positioning method using the measurements of variations of distances between a mobile receiver device and transmitters (pseudolites) placed in the immediate environment. The same prin-ciples applied with GNSS satellitesgive the displacement vectors with a good accuracy. This allows carrying out positioning assisted with satellite whose re-sults are presented here

GNSS-based high precision indoor positioning: methods and challenges

National audienceThis paper gives an overview of the current methods and challenges on GNSS-based high precision indoor positioning. It summarizes several representative approaches developed by the research groups all over the world, focusing on the high precision achieved. Principal limiting factors of theaccuracy indoors are also discussed. Pseudolite-based technologies and GNSS/INS hybrid systems are considered to be promising, with centimeter-level precision already reached in experiments under certain condition

Repeater based indoor positioning summary of experimental campaigns of measurements

International audienceThe repeater indoor positioning system is based on the use of GNSS so-called repeaters in order to provide GNSS availability indoors through the way of an amplification of the signals received on an outdoor (typically on the roof) antenna or generated by a signal generator. The complete system, already described in previous conferences, uses four repeaters in order to provide a full 3D indoor positioning. The measurements, at the receiver end, are the pseudo-ranges at the instant of transition from one repeater to the next, the transmission being achieved through a sequential scheme (only one repeater transmitting at any given time). This approach implements a sort of "time differential" approach that provides a good positioning accuracy. The multipath problem is dealt with through the use of the SMICL (Short Multipath Insensitive Code Loop) design, already fully described in previous papers. In addition regulations tend to be provided for both repeaters and pseudolites and must be taken into account. The complete system, including both the infrastructure to be deployed and the various algorithms required at the receiver end (mainly the tracking loops), has been implemented in such a way it is possible to test and evaluate the indoor positioning in all desired environments. Thus, measurement campaigns were performed in Italy and in France in various indoor environments including large halls, classrooms, amphitheatre and car parks. Various receivers were also tested with different receiving bandwidth, ranging from 2 to 30 MHz, using either a standard Delay Locked Loop or the above mentioned SMICL approach. Results are provided concerning of course the accuracy of the achieved positioning, but also a full comparison of the performance of the receivers and associated data processing. All these results are also presented for the various tested environment

Etude de systèmes de positionnement en intérieur utilisant des mesures de phase du code ou de phase de la porteuse de signaux de navigation par satellites

La thèse propose l étude de systèmes de constellations locales permettant le positionnement dans des milieux difficiles. Dans ce contexte, il apparaît que les trajets indirects perturbent la mesure du temps de propagation entre l antenne de l émetteur et l antenne du récepteur. L éblouissement entre les signaux, phénomène d interférence du CDMA, est exacerbé à cause des distances courtes et des variations de puissance de réception. La thèse apporte des réponses à ces deux problématiques. Pour les trajets indirects nous proposons d utiliser les mesures de phase de la porteuse qui y sont moins sensibles. Il faut alors solutionner le problème de l ambiguïté entière sur ces mesures. Une méthode le permet sans avoir recours à une technique différentielle en utilisant une boucle de poursuite insensible aux trajets indirects : la SMICL. Pour l éblouissement, nous avons développé trois approches. L une d elle utilise les séquences de longueurs maximales et permet de réduire notablement son importance. Une deuxième méthode, baptisé Technique de la Double Emission (TDE), permet de supprimer intégralement ces interférences pour une paire d émetteurs lorsque leurs Doppler respectifs sont égaux. Nous avons étudié le cas où les Doppler sont différents et mis au point une version améliorée de la TDE, la TDE étendue à la porteuse, qui permet de supprimer les influences du Doppler. Nous avons également montré que cette dernière peut s appliquer à un émetteur fixe en présence d une constellation de satellites. Une troisième méthode, appelée TDE maximale, utilise à nouveau une séquence de longueur maximale pour étendre la méthode TDE au cas de plusieurs émetteurs en présence.The thesis proposes the study of systems of local constellations for positioning indoors.In this context, it appears that indirect paths disturb the measurement of time delay between the transmitter antenna and receiver antenna. The Near-Far problem between signals, a CDMA interference phenomenon, is exacerbated because of the short distances and variations in received power. The thesis provides answers to these two issues.For indirect multipath we propose to use carrier phase measurements. It must then solve the problem of ambiguity on these measurements. A method without carrying out a differential technique is proposed: a tracking loop insensitive to indirect routes: the SMICL. For the Near-Far problem, we have developed three approaches. One approach uses sequences of maximum length and significantly reduces its influence. A second method, called the Double Transmission Technique (DTT), can completely remove the interference for a pair of transmitters when their respective Doppler are equal. We have studied the case where different Doppler and developed an improved version of the DTT, the DTT extended to the carrier, which eliminates the influence of the Doppler. We also showed that this may also be applied to a fixed transmitter in the presence of a constellation of satellites. A third method, called DTT maximum, again uses a maximum length sequence to extend the method to the case DTT in the presence of several transmitters.EVRY-INT (912282302) / SudocSudocFranceF

Le positionnement en milieux contraints : signaux d'opportunité ou infrastructure spécifique ?

National audienceWhat are the origins of the difficulties encountered for years in the search for viable approaches on a sufficient scale in order to create a real industrial deployment? After a state of the art of the potential techniques and technologies, we will then show, by the analysis of twelve parameters, that a reduced number of employment or deployment constraints reduces the real choice drastically. In order to concretely illustrate our point, we will discuss three approaches to positioning. The first one is based on a "Indoor GNSS "system using local transmission of signals compatible with current receivers in order to offer good quality positioning and continuity of service. The second one is the opposite in proposing a positioning no longer continuous, but punctual, both in space and time, presenting precision and reliability. The third one is the basis of a cooperative system, much more complex than the previous ones but which could be a way to bypass the above mentioned constraints. The conclusive discussion synthesizes the difficulties in producing an industrial solution, but these in our view reflect a limited interest from the stakeholders, lost by the high number of available solutions. We conclude on the importance to create new high level indicators in order to take care of the real needs of the potential usersQuelles sont les origines des difficultés rencontrées depuis des années dans la recherche d'approches viables à une échelle suffisante pour créer un véritable effet d'entrainement ? Après un état de l'art des techniques et des technologies potentielles, nous montrerons alors, par l'analyse d'une douzaine de paramètres, qu'un nombre réduit de contraintes d'emploi ou de déploiement réduit le choix réel drastiquement. Afin d'illustrer concrètement notre propos, nous discuterons de trois approches du positionnement. La première repose sur un système de " GNSS Indoor " utilisant la transmission locale de signaux compatibles des récepteurs de navigation par satellites actuels afin de proposer un positionnement de bonne qualité et une continuité du service. La deuxième est à l'opposé en proposant un positionnement non plus continu, mais discrétisé, tant dans l'espace que dans le temps, présentant précision et fiabilité. La troisième est à la base d'un système coopératif, bien plus complexe que les précédents mais qui pourrait être une façon de contourner les limitations mentionnées ci-dessus. La discussion conclusive synthétise les difficultés à produire une solution industrielle, mais ces dernières reflètent selon nous un intérêt réel limité de la part des parties prenantes qui sont perdues dans le foisonnement d'approches. Nous suggérons alors la création de nouveaux indicateurs de haut niveau, plus proche de l'utilisateu

Belt Mounted IMU With Enhanced Distance Estimation For Pedestrian Indoor Positioning

International audienceThe approach described here attempts to overcome foot-mounted limitations, contrary to a majority of current implementations of inertial navigation systems (INS). The aim of our development is to maintain repeatable performance, especially without step counting, while carefully dealing with the mobility requirements and the computation cost. The inertial measurement unit (IMU) is belt mounted to facilitate the equipment of the user. The pedestrian trajectory is computed in real time. The resulting position is transmitted and displayed to the user on a smartphone where no specific application is installed. The description of our indoor experiments reveals the potential of this approach, in terms of positioning performance, with more than 75% of our experiments when the relative start-end error remains below 5% of the total traveled distance

INS and GNSS fusion enhancement based on a weighted reliabilities approach

International audienceThe maturity of outdoor positioning systems based on satellites encourages indoor positioning research to focus on radio technologies. However, specific infrastructures often have to be deployed in this case. Then, inertial sensors appear to be a good relay to radio systems. A system fusing INS and GNSS could thereby compute a position anywhere. Yet, taking advantage of each sensor requires to know which one is the most reliable in real-time. Therefore, a quantification of the sensors' reliabity is introduced in this paper. This approach aims at running both outdoors and indoors. Moreover, the complexity of algorithms is carefully studied here to fit the user mobility requirements. Experiments are conducted in reproducible situations and results show that taking reliabilities into account benefits the hybridization of INS and GNSS for positioning in both convenient and constrained environments