Indoor Positioning with GNSS-Like Local Signal Transmitters

Not all the techniques proposed have, of course, been based on radio techniques, but they are the most important ones for two main reasons: their level of development and maturity on the one hand and their ability to "cross" or to "get around" obstacles such as walls, furniture or people on the other hand. Optical based techniques, like laser based distance measurements or vision based (camera) scene analysis systems present some real advantages in terms of measurement accuracy (a few millimetres for the former) or orientation determination (very useful for any guidance system, available for the latter). Unfortunately, the foreseen use of positioning devices being mainly dedicated to pedestrians in urban environments, optical obstacles are numerous. These latter techniques are then considered as potential hybridisation candidates. Many types of sensors have also been studied for positioning, such as infrared or ultrasound. Once again, although accuracy can reach centimetre values, the environmental constraints are not compatible with the ubiquitous systems being sought. Another category is, of course, inertial systems which could be a valuable alternative to radio systems: time and distance associated position drifts are not yet sufficiently mastered and the given positioning is relative , which means the need for "something else" in order to provide the user with an absolute location. The object of this section is to focus on radio based approaches

Optimisation de l'infrastructure d'un système de positionnement indoor à base de transmetteurs GNSS

Dans le but de fournir un service GNSS (Global Navigation Satellite System) de localisation continu et disponible partout, les systèmes utilisant des pseudolites et des répéteurs semblent être des solutions pertinentes pour la localisation en indoor. Le système à répélites, inspiré de ces deux méthodes (répéteurs et pseudolites), est aussi proposé pour résoudre cette problématique. Les répélites sont des transmetteurs locaux qui, installés en intérieur, formeront une constellation locale. Ils émettent tous un signal GNSS unique mais déphasé par un délai spécifique à chacun d eux. Ces délais sont nécessaires pour distinguer les différents signaux reçus au niveau du récepteur. Les travaux de cette thèses sont réalisés dans le cadre du système à répélites et dans l objectif d améliorer son architecture et de réduire ses interférences inter-système. En effet, l architecture du système (un peu encombrante) et les interférences éventuelles avec les signaux satellitaires reçus par un récepteur placé à l extérieur font partie des inconvénients de ce système. On cherche donc à traiter ces deux difficultés de façon à minimiser leurs effets. Dans une première partie, on étudie les différents codes GNSS existants dans la littérature ainsi que les techniques de modulation employées. Ceci nous mène à proposer des codes ayant un niveau d interférence équivalent à la référence GPS (obtenue entre deux codes GPS) pour les bandes L1 de GPS et G1 de Glonass. Dans une seconde étape, on développe la modulation IMBOC (Indoor Modified Binary Offset Carrier) pour générer de nouveaux codes caractérisés par des niveaux d interférence réduits (comparés à la référence GPS). Parmi ces codes il y a deux catégories : ceux qui sont adaptés aux systèmes à répélites (émettant un code unique) et ceux qui sont adaptés aux systèmes pseudolites. Une étude théorique et des simulations des niveaux d interférences pour les codes émis dans la bande GPS et Glonass sont réalisées pour déterminer les gains en termes de niveaux de bruit. Ce gain (par rapport à la référence GPS) en puissance d interférence s élève à 16 dB pour Glonass et 20 dB pour GPS. Pour valider les performances de ces codes, on génère les signaux IMBOC et on observe les interférences réelles qu ils induisent sur un récepteur GPS recevant un signal satellitaire. Dans la deuxième partie, on utilise la fibre optique pour transmettre le signal du générateur jusqu aux répélites et pour créer les délais initiaux par propagation du signal dans des bobines de fibre. Ainsi on remplace les câbles coaxiaux et les montages électroniques (de déphasage) par des bobines de fibres plus légères, facile à installer et à faible perte de puissance. Il reste cependant à évaluer avec une précision centimétrique les délais réels induits sur chaque signal dans le but de garantir une précision de localisation inférieure au mètre. Cette précision semble en effet représenter un bon compromis entre complexité globale du système de localisation et réponse à un ensemble suffisant de besoins des utilisateurs potentiels. On développe alors une technique d estimation des délais basée sur la mesure de déphasage (entre deux signaux sinusoïdaux) et une analyse statistique des séries de mesures. Pour finir, on présente quelques résultats de localisation obtenus avec notre système à répélites déployé dans un environnement indoor typiqueIn order to make the GNSS positioning service continuous and available when going from an outdoor to an indoor environment, pseudolite and repeater based systems have been developed. A new system called repealite is a combination of both pseudolites and repeaters. It is based on transmitting a single signal through a set of transmitters (thus creating the local constellation). In order to avoid interference between the repealite signals and to distinguish between them at the receiver s end, each signal is shifted with a specific delay. The research carried out in this PhD aims at optimizing two aspects of the repealite based system. Firstly, we need to mitigate the effect of the interference caused on the satellite signals received outdoors. So we decided to design new codes characterized by low interference levels with outdoor signals. Secondly, we worked on the infrastructure part in order to simplify it and to make it easier to install: this is mainly achieved through the use of optical fibers. In the first part, we study the codes and the modulation techniques currently used in the GNSS systems. Then, we propose a few codes having an interference level equivalent to that of the GPS (obtained when computing two GPS codes). These new codes are compatible with the GPS L1 or the Glonass G1 bands. In a second step, we focus on the modulation techniques and create the so-called IMBOC (Indoor Modified Binary Offset Carrier) that aims at minimizing the interference levels with outdoor signals. With this modulation, we propose new IMBOC codes capable of much lower interference levels than the GPS reference. In order to evaluate the performance of the proposed codes, we carried out a theoretical study, simulations and experimental tests. The interference gain reached about 20 dB on the GPS band and 16 dB on the Glonass one. The proposed codes are divided into two categories: those reserved to the repealite system (using a single code) and families of codes suited to pseudolite based systems. Finally, we generated the IMBOC signals modulated by the new codes and tested the real interference induced on an outdoor receiver tracking the satellite signals. In the second part, we use optical fibers in order to replace the coaxial cables used to transmit signals from the GNSS-like signal generator to the repealites. In addition, the initial delay needed for each repealite is added by propagating the signals through rolls of fibers. Indeed, optical fiber offers advantages such as lightness, flexibility and low power loss that make it suitable to simplify the infrastructure of the system. In order to evaluate the real delays of these various fibers, we develop an estimating method based on phase shift measurements (between two sinusoidal signals) and statistical analysis of the series of measurements. This method should have uncertainties lower than one centimeter in order to insure a sub-meter precision (in absolute positioning with the repealite positioning system). In order to validate this method, we compare it to a GNSS based calibration approach. Finally, we carry out a few positioning tests with the repealite positioning system deployed in a typical indoor environment. These tests deal with absolute and relative positioning and give an idea about the system s performanceEVRY-INT (912282302) / SudocSudocFranceF

'Positioning and telecommunications' in the world

International audienceAmong the numerous technical solutions to positioning, Global Navigation Satellite Systems (GNSS) have a special place. This is mainly due to the fact that they have brought such simplicity of use and low cost that many applications and domains have taken advantage of positioning; for example, civil engineering, the tracking of animals and, of course, car navigation and Location-Based Services (LBS) intended to provide geo-based applications to user

Principales techniques et technologies de positionnement

National audienceLe positionnement en milieux difficiles, et en intérieur en particulier, constitue une limitation actuelle forte des systèmes de localisation globaux de type GNSS. De nombreuses solutions tendent à voir le jour, poussées par les industriels du secteur, comme par exemple l'Assisted-GNSS (A-GPS) ou encore les HSGNSS (pour " High Sensitivity GNSS "). Les améliorations en termes de capacité à fournir une position dans des environnements auparavant non couverts par les satellites sont réelles. Cependant, il apparaît aujourd'hui de nouvelles limitations : la limite de détection n'est toujours pas suffisante pour permettre le positionnement en intérieur profond (" deep indoor "), la précision obtenue est dégradée par rapport à l'extérieur, alors qu'il faudrait l'améliorer légèrement, et enfin le temps nécessaire à l'obtention d'une position est parfois de plusieurs secondes. Ces solutions, développées dans le domaine des systèmes de navigation par satellites, ne réclament pas d'avoir recours à une infrastructure : cependant, ici encore, ces approches ne semblent pas permettre une continuité de la fonction de localisation dans des conditions satisfaisantes. Le constat est ainsi le suivant : une solution radio sans infrastructure spécifique, idéale dans l'absolu, n'a pas encore pu être mise en oeuvre dans de bonnes conditions, malgré les efforts importants menés par les industriels des télécommunications et de la navigation

Symbolic 3D WiFi indoor positioning system : a deployment and performance evaluation tool

International audienceIn many location based applications there is no real need for accuracy, but rather for reliability. For example, the fact to know someone is in a specific room, corridor or office is often sufficient. This is the basis of the symbolic approach that gives a positioning in terms of rooms (or group of rooms). Developed algorithms have then a clear target: to provide high reliability in a typical 3D environment, together with real time indicators of both accuracy and reliability. The WLAN symbolic system has also been designed in order to provide a positioning without any calibration phase and that still works even in "real telecommunication environments", i.e. with a reduced set of Access Points (it still works with only one Access Point, although the accuracy of the positioning is then really poor). In addition, the symbolic approach is scalable and easy to adapt to particular needs such as an increased accuracy in specific areas or positioning in a complex 3D building. We developed a tool that allows a user to evaluate the positioning performance of its WiFi network, using the symbolic method. Default values of the various parameters allow a straight forward approach, although a reduced set of initial measurements (a "not more than five minutes" calibration) is bound to provide a better positioning estimation. This tool is also useful in improving the WLAN network deployment for positioning purposes in helping to find the best locations of the Access Points. In addition, it helps in defining the location of a new added Access Point that will improve the positioning. The tool is fully presented and described in the paper and allows the deployment and evaluation of the symbolic positioning in all environments by any use

Comparaison de differentes familles logiques utilisees dans la conception de microprocesseurs

SIGLECNRS T Bordereau / INIST-CNRS - Institut de l'Information Scientifique et TechniqueFRFranc

Global positioning : technologies and performance

International audienceGlobal Positioning presents an overview of the strengths and weaknesses of various systems with a specific emphasis on those that are satellite- based. Beginning with a description of the evolution of positioning systems, the book provides detailed coverage of the three main Global Navigation Satellite System (GNSS) constellations, discusses how to cope with indoor positioning, defines development activities and commercial positioning, and proposes a vision for the future of the fiel

Les systèmes de navigation par satellites

National audienceBien que le système américain de navigation par satellite GPS soit opérationnel depuis près de vingt ans, ces systèmes sont en plein développement avec le renouveau de la constellation russe Glonass, le développement très rapide de Beidou (Chine) et les premiers lancements de Galileo (Europe). Le présent article fait le point sur les fondamentaux de ces constellations, tout en soulignant les différences et les points de convergence potentiels. Les atouts de modes de fonctionnement hybrides mêlant les signaux sont également abordé

Indoor positioning: technologies and performance

International audienceProvides technical and scientific descriptions of potential approaches used to achieve indoor positioning, ranging from sensor networks to more advanced radio-based systems. This book presents a large technical overview of various approaches to achieve indoor positioning. These approaches cover those based on sensors, cameras, satellites, and other radio-based methods. The book also discusses the simplification of certain implementations, describing ways for the reader to design solutions that respect specifications and follow established techniques. Descriptions of the main techniques used for positioning, including angle measurement, distance measurements, Doppler measurements, and inertial measurements are also given.Indoor Positioning: Technologies and Performance starts with overviews of the first age of navigation, the link between time and space, the radio age, the first terrestrial positioning systems, and the era of artificial satellites. It then introduces readers to the subject of indoor positioning, as well as positioning techniques and their associated difficulties. Proximity technologies like bar codes, image recognition, Near Field Communication (NFC), and QR codes are covered—as are room restricted and building range technologies. The book examines wide area indoor positioning as well as world wide indoor technologies like High-Sensitivity and Assisted GNSS, and covers maps and mapping. It closes with the author's vision of the future in which the practice of indoor positioning is perfected across all technologies. This text : Explores aspects of indoor positioning from both theoretical and practical points of viewDescribes advantages and drawbacks of various approaches to positioning. Provides examples of design solutions that respect specifications of tested techniques; Covers infra-red sensors, lasers, Lidar, RFID, UWB, Bluetooth, Image SLAM, LiFi, WiFi, indoor GNSS, and more. Indoor Positioning is an ideal guide for technical engineers, industrial and application developers, and students studying wireless communications and signal processing