Positionner par satellite dans les environnements transports. Impact du canal de propagation sur les performances de localisation GNSS.

Abstract

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 oeuvre 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. Notre connaissance des conditions de propagation des signaux nous a conduits à étudier et à proposer de nouveaux processus pour borner les erreurs de position introduites par l'environnement urbain. Enfin, nous présentons les axes de recherche mis en oeuvre afin de contribuer à l'introduction des solutions GNSS pour des applications de signalisation ferroviaire : nos travaux portent sur l'adaptation des méthodologies classiques ferroviaires au système GNSS et à ses sources de dégradation