Asymptotically efficient GNSS trilateration

Localization based on the reception of radio-frequency waveforms is a crucial problem in many civilian or military applications. It is also the main objective of all Global Navigation Satellite System (GNSS). Given delayed and Doppler shifted replicas of the satellites transmitted signals, the most widespread approach consists in a suboptimal two-step procedure. First, estimate the delays and Dopplers from each satellite independently, then estimate the user position and speed thanks to a Least Square (LS) minimization. More accurate and robust techniques, such as a direct Maximum Likelihood (ML) maximization, that exploit the links in between the different channels exist but suffer from an heavy computational burden that prevent their use in real time applications. Two-steps procedures with an appropriate Weighted LS (WLS) minimization are shown to be asymptotically equivalent to the ML procedure. In this paper, we develop a closed-form expression of this WLS asymptotically efficient solution. We show that this simple expression is the sum of two terms. The first one, depending on the pseudo-ranges is the widespread used WLS solution. The second one is a Doppler-aided corrective term that should be taken into account to improve the position estimation when the observation time increases

A New GNSS Integrity Monitoring Based on Channels Joint Characterization

Many GNSS (Global Navigation Satellites System) applications need high integrity performances. Receiver Autonomous Integrity Monitoring (RAIM), or similar method, is commonly used. Initially developed for aeronautics, RAIM techniques may not be fully adapted for terrestrial navigation, especially in urban environments. Those techniques use basically the pseudoranges to derive an integrity criterion. In this paper, we introduce a new integrity criterion based on the correlation quality of each channel. This quality assessment is computed from the correlation levels for each channel, all based on a single position and speed. Hence, as the so-called Direct Position Estimation (DPE), we exploit the joint behaviour of all channels to detect any incoherence at an upstream step of the processing. This Direct RAIM (D-RAIM) allows detecting possible integrity problems before it can be seen on a classical RAIM scheme that only exploits the outputs of each channel

Implementation and evaluation of the Level Set method: towards efficient and accurate simulation of wet etching for microengineering applications

The use of atomistic methods, such as the Continuous Cellular Automaton (CCA), is currently regarded as a computationally efficient and experimentally accurate approach for the simulation of anisotropic etching of various substrates in the manufacture of Micro-electro-mechanical Systems (MEMS). However, when the features of the chemical process are modified, a time-consuming calibration process needs to be used to transform the new macroscopic etch rates into a corresponding set of atomistic rates. Furthermore, changing the substrate requires a labor-intensive effort to reclassify most atomistic neighborhoods. In this context, the Level Set (LS) method provides an alternative approach where the macroscopic forces affecting the front evolution are directly applied at the discrete level, thus avoiding the need for reclassification and/or calibration. Correspondingly, we present a fully-operational Sparse Field Method (SFM) implementation of the LS approach, discussing in detail the algorithm and providing a thorough characterization of the computational cost and simulation accuracy, including a comparison to the performance by the most recent CCA model. We conclude that the SFM implementation achieves similar accuracy as the CCA method with less fluctuations in the etch front and requiring roughly 4 times less memory. Although SFM can be up to 2 times slower than CCA for the simulation of anisotropic etchants, it can also be up to 10 times faster than CCA for isotropic etchants. In addition, we present a parallel, GPU-based implementation (gSFM) and compare it to an optimized, multicore CPU version (cSFM), demonstrating that the SFM algorithm can be successfully parallelized and the simulation times consequently reduced, while keeping the accuracy of the simulations. Although modern multicore CPUs provide an acceptable option, the massively parallel architecture of modern GPUs is more suitable, as reflected by computational times for gSFM up to 7.4 times faster than for cSFM. (c) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.We thank the anonymous reviewers for their valuable comments and suggestions. This work has been supported by the Spanish FPI-MICINN BES-2011-045940 grant and the Ramon y Cajal Fellowship Program by the Spanish Ministry of Science and Innovation. Also, we acknowledge support by the JAE-Doc grant from the Junta para la Ampliacion de Estudios program co-funded by FSE and the Professor Partnership Program by NVIDIA Corporation.Montoliu Álvaro, C.; Ferrando Jódar, N.; Gosalvez, MÁ.; Cerdá Boluda, J.; Colom Palero, RJ. (2013). Implementation and evaluation of the Level Set method: towards efficient and accurate simulation of wet etching for microengineering applications. Computer Physics Communications. 184(10):2299-2309. https://doi.org/10.1016/j.cpc.2013.05.016S229923091841

Exploitation of the GNSS signals for integrity measurement

Dans le cadre des systèmes de positionnement par satellite GNSS (« Global Navigation Satellite Systems »), l’intégritéde la navigation d’un utilisateur est gérée en réception par la détection, l’identification voire l’exclusion de mesures depseudo-distance jugées erronées. Généralement basés sur le concept a posteriori RAIM (« Receiver Autonomous IntegrityMonitoring »), les algorithmes de contrôle autonome d’intégrité fournissent de hautes performances pour l’aviation civile,dont le contexte de navigation est caractérisé par une forte visibilité des satellites et peu de signaux parasites captéspar l’antenne réceptrice. L’algorithme WLSR RAIM est communément utilisé dans ce cadre. Néanmoins, les techniquesRAIM ne sont pas compatibles avec la navigation terrestre en milieu contraint. En effet, le contexte urbain est notammentcaractérisé par un masquage récurrent des signaux satellitaires directs ainsi que la réception de multi-trajets générés parl’environnement proche du récepteur. RAIM ne prend pas en compte l’ensemble des données disponibles en réception,dégradant ainsi fortement ses performances. Il est donc nécessaire de développer des méthodes de contrôle d’intégritécompatibles avec un tel contexte de navigation. Pour cela, la thèse propose d’étudier l’apport d’informations GNSS a priorinon utilisées par les techniques RAIM. Deux paramètres principaux ont été exploités : le signal GNSS brut reçu et lesestimations de directions d’arrivée des signaux satellitaires DOA (« Direction Of Arrival »). La première étape a consisté à implémenter une méthode a priori qui évalue la cohérence du positionnement estimé par rapport au signal brut directement reçu. Cette méthode a été nommée Direct-RAIM (D-RAIM) et a démontré une forte sensibilité de détection, permettant d’anticiper d’éventuels risques sur la navigation et de caractériser plus finement la qualité de l’environnement proche du récepteur. Toutefois, le caractère a priori de l’approche engendre de potentielles non détection d’erreurs en cas de modèle de signal défectueux. Afin de contourner cette limitation, un couplage WLSRRAIM – D-RAIM a été développé, nommé Hybrid-RAIM (H-RAIM). Une telle approche permet de combiner robustesse etsensibilité apportées par ces techniques respectives. Le second axe de recherche a mis en évidence la contribution de l’information des DOA dans un contrôle autonome d’intégrité. L’intégration d’un réseau d’antennes en réception permet d’obtenir l’estimation des DOA pour l’ensemble dela constellation visible. Théoriquement, l’évolution jointe des DOA est directement liée à l’attitude du réseau. Cet aspectpermet donc de détecter toute incohérence sur une ou plusieurs voies en cas d’estimation(s) de DOA biaisée(s), par rapportà l’ensemble de la constellation. L’algorithme RANSAC (« RANdom SAmple Consensus») a été utilisé afin de détecter toutcomportement aberrant dans l’estimation des DOA, et ainsi mesurer la confiance que l’utilisateur peut placer dans chaquevoie. L’algorithme WLSR RAIM RANSAC a ainsi été implémenté. L’intégration de la composante DOA permet d’ajouterun degré de liberté dans le contrôle autonome d’intégrité côté récepteur et ainsi d’affiner la détection voire l’exclusiond’erreurs. Au cours de cette thèse, un récepteur logiciel a été implémenté, permettant de traiter des signaux Galileo, de lagénération du signal jusqu’au positionnement puis au contrôle d’intégrité. Ce récepteur a pu être évalué à partir de donnéessimulées en environnement urbain.In Global Navigation Satellite Systems (GNSS) applications, integrity is managed at the reception side by detection,identification and exclusion of faulty pseudorange measurements. Usually based on the a posteriori Receiver AutonomousIntegrity Monitoring (RAIM) concept, integrity techniques provide high performances for civil aviation, with a navigationcontext defined by a clear-sky environment. WLSR RAIM is commonly used. Nevertheless, RAIM techniques are notcompatible with a terrestrial navigation in harsh environments. For instance, urban areas are characterized by a poorvisibility and the reception of many multipaths derived from the receiver closed-environment. RAIM does not consider allthe available data in the reception chain, which dramatically deteriorates the detection performances. Hence, it is necessaryto develop integrity process compatible with such a navigation context. This PhD work studies the contribution of GNSSa priori information, disused by conventional RAIM techniques. Two main parameters have been exploited : the receivedraw GNSS signal and the Directions Of Arrival (DOA) estimations.This first step was devoted to the development of an a priori method which evaluates the consistence of the estimatedPosition Velocity Time (PVT) vector of the receiver with respect to the raw GNSS signal. This method has been calledDirect-RAIM (D-RAIM) and has shown high detection sensitivity, allowing the user to anticipate navigation risks and todefine precisely the quality of the receiver closed-environment. However, the a priori aspect of this approach may lead tonavigation error missed detections if the signal model is getting flawed. In order to circumvent this limitation, a WLSRRAIM – D-RAIM coupling has been developed, called Hybrid-RAIM (H-RAIM). Such an approach merges the robustnessand the sensitivity brought by both techniques.The second research step has brought to light the contribution of the DOA information in an autonomous integritymonitoring. Using an antenna array, the user can get the DOA estimations for all satellites in view. Theoretically, the DOAjoint evolution is directly correlated with the array rotation angles. Hence, any mismatch on the DOA estimations withrespect to the global constellation can be detected. RANdom Sample Consensus (RANSAC) algorithm has been used inorder to detect any faulty DOA evolution, derived from inconsistencies in reception linked to potential navigation risks :RANSAC measures the trust that the user can place in each channel. Therefore, a WLSR RAIM RANSAC algorithmhas been developed. The integration of the DOA component adds a degree of freedom in receiver autonomous integritymonitoring, refining the error detection and exclusion.Last but not least, a software receiver has been implemented processing Galileo data, from the signal generation to positioningand integrity monitoring. This software has been evaluated by simulated data characterizing urban environments

Mesure d’intégrité par l’exploitation des signaux de navigation par satellites.

In Global Navigation Satellite Systems (GNSS) applications, integrity is managed at the reception side by detection, identification and exclusion of faulty pseudorange measurements. Usually based on the a posteriori Receiver Autonomous Integrity Monitoring (RAIM) concept, integrity processes provide high performances for civil aviation, with a navigation context defined by a clear-sky environment. WLSR RAIM is generally used as a reference technique. Nevertheless, RAIM techniques are not compatible with a terrestrial navigation in harsh environments. For instance, urban areas are characterized by a poor visibility and the reception of many multipaths derived from the receiver closed-environment. RAIM does not consider all the available data in the reception chain and its performances dramatically deteriorate. Hence, it is necessary to develop integrity processes compatible with such a navigation context. This PhD work studies the contribution of GNSS information, disused by conventional RAIM techniques. Two main parameters have been exploited: the received raw GNSS signal and the Directions Of Arrival (DOA) estimations.This first step was devoted to the development of an a priori method evaluation the coherence of the estimated Position Velocity Time (PVT) vector of the receiver with respect to the raw 3 GNSS signal. This method has been called Direct-RAIM (D-RAIM) and has shown high detection sensitivity, allowing the user to anticipate navigation risks and to define precisely the quality of the receiver closed-environment. However, the a priori aspect of this approach may lead to navigation error non detections if the signal model is getting flawed. In order to circumvent this limitation, a WLSR RAIM – D-RAIM coupling has been developed called Hybrid-RAIM (HRAIM). Such an approach merges the robustness and the sensitivity brought by both techniques. The second research step has brought to light the contribution of the DOA information in an autonomous integrity monitoring. Using an antenna array, the user can get the DOA estimations for all satellites in view. Theoretically, the DOA joint evolution is directly correlated with the array rotation angles. Hence, any mismatch on the DOA estimations with respect to the global constellation can be detected. RANdom Sample Consensus (RANSAC) algorithm has been used in order to detect any faulty DOA evolution, derived from inconsistencies in reception linked to potential navigation risks. Therefore, RANSAC measures the trust that the user can place in each channel. Hence, a WLSR RAIM RANSAC algorithm has been developed. The integration of the DOA component adds a degree of freedom in receiver autonomous integrity monitoring, refining the error detection and exclusion.Last but not least, a software receiver has been implemented processing Galileo data, from the signal generation to positioning and integrity monitoring. This software has been evaluated by simulated data characterizing urban environments.Dans le cadre des systèmes de positionnement par satellite GNSS (« Global Navigation Satellite Systems »), l’intégrité de la navigation d’un utilisateur est gérée en réception par la détection, l’identification voire l’exclusion de mesures de pseudo-distance jugées erronées. Généralement basés sur le concept a posteriori RAIM (« Receiver Autonomous Integrity Monitoring »), les algorithmes de contrôle autonome d’intégrité fournissent de hautes performances pour l’aviation civile, dont le contexte de navigation est caractérisé par une forte visibilité des satellites et peu de signaux parasites captés par l’antenne réceptrice. L’algorithme WLSR RAIM est régulièrement utilisé en tant que technique de référence. Néanmoins, les techniques RAIM ne sont pas compatibles avec une navigation terrestre en milieu contraint. En effet, le contexte urbain est notamment caractérisé par un masquage récurrent des signaux satellitaires directs ainsi que la réception de multi-trajets générés par l’environnement proche du récepteur. RAIM ne prend pas en compte l’ensemble des données disponibles en réception, dégradant ainsi fortement ses performances. Il est donc nécessaire de développer des méthodes de contrôle d’intégrité compatibles avec un tel contexte de navigation. Pour cela, la thèse propose d’étudier l’apport d’informations GNSS non utilisées par les techniques RAIM. Deux paramètres principaux ont été exploités : le signal GNSS brut reçu et les estimations de directions d’arrivée des signaux satellitaires DOA (« Direction Of Arrival »).La première étape a consisté à implémenter une méthode a priori qui évalue la cohérence du positionnement estimé par rapport au signal brut directement reçu. Cette méthode a été nommée Direct-RAIM (D-RAIM) et a démontré une forte sensibilité de détection, permettant d’anticiper d’éventuels risques sur la navigation et de caractériser plus finement la qualité de l’environnement proche du récepteur. Toutefois, le caractère a priori de l’approche engendre de potentielles non détection d’erreurs de navigation en cas de modèle de signal défectueux. Afin de contourner cette limitation, un couplage WLSR RAIM – D-RAIM a été développé, nommé Hybrid-RAIM (H-RAIM). Une telle approche permet de combiner robustesse et sensibilité apportées par ces techniques respectives. Le second axe de recherche a mis en évidence la contribution de l’information des DOA dans un contrôle autonome d’intégrité. L’intégration d’un réseau d’antennes en réception permet d’obtenir l’estimation des DOA pour l’ensemble de la constellation visible. Théoriquement, l’évolution jointe des DOA est directement liée à l’attitude du réseau. Cet aspect permet donc de détecter toute incohérence sur une ou plusieurs voies en cas d’estimation(s) de DOA biaisée(s), par rapport à l’ensemble de la constellation. L’algorithme robuste RANSAC (« RANdom SAmple Consensus») a été utilisé afin de détecter tout comportement aberrant dans l’estimation des DOA, et ainsi mesurer la confiance que l’utilisateur peut placer dans chaque voie. L’algorithme WLSR RAIM RANSAC a ainsi été implémenté. L’intégration de la composante DOA permet d’ajouter un degré de liberté dans le contrôle autonome d’intégrité côté récepteur et ainsi d’affiner la détection voire l’exclusion d’erreurs.Au cours de cette thèse, un récepteur logiciel a été implémenté, permettant de traiter des signaux Galileo, de la génération du signal jusqu’au positionnement puis au contrôle d’intégrité. Ce récepteur a pu être évalué à partir de données simulées en environnement urbain

Characterization of the anisotropic chemical attack of {hhl} silicon plates in a TMAH 25% solution. Micromachining and adequacy of the dissolution slowness surface.

International audienc

CAPTEURS PIEZORESISTIFS SUR SILICIUM (MODELISATION DE L'INFLUENCE DU DOPAGE ET DE LA TEMPERATURE. CARACTERISATION DU MICRO-USINAGE CHIMIQUE DE CORPS D'EPREUVE EN SILICIUM DANS UNE SOLUTION DE T.M.A.H)

BESANCON-BU Sciences Staps (250562103) / SudocSudocFranceF

Bon usage du médicament par voie orale (influence des modifications de la pharmacocinétique)

BORDEAUX2-BU Santé (330632101) / SudocSudocFranceF

A kinetic formulation of piezoresistance in N-type silicon: Application to non-linear effects

This paper is devoted to the theoretical study of the influence of the temperature and of the doping on the piezoresistance of N-type silicon. In the first step the fractional change in the resistivity caused by stresses is calculated in the framework of a multivalley model using a kinetic transport formulation based on the Boltzmann transport equation. In the second step shifts in the minima of the conduction band and the resulting shift of the Fermi level are expressed in terms of deformation potentials and of stresses. General expressions for the fundamental linear, π11 and π12, and non-linear, π111, π112, π122 and π123, piezoresistance coefficients are then derived. Plots of the non-linear piezoresistance coefficients against the reduced shift of the Fermi level or against temperature allow us to characterize the influence of doping and temperature. Finally some attempts are made to estimate the non-linearity for heavily doped semiconductor gauges

On the piezoresistance effects in silicon-N

International audienc