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Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr Institut français des sciences et technologies.

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1 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux Estimation des états de réception des satellites GNSS pour une position plus précise Sarab TAY sarab.tay@ifsttar.fr www.ifsttar.fr Sarab TAY - JNCT 2013 1 30/05/2013

2 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr PLAN 1.Contexte IFSTTAR 2.GNSS et les transports en environnement urbain 3.Solutions proposées 4.Conclusions et Perspectives Sarab TAY - JNCT 2013230/05/2013

3 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr I.Contexte IFSTTAR Département « Composants et Systèmes » (COSYS) LEOST : Laboratoire Electronique, Ondes et Signaux pour les transports 1.Développer des solutions fondées sur les TIC (communication, localisation, surveillance) avec une approche globale de la « mobilité intelligente ». 2.Accroître la qualité, la sécurité et loptimisation des systèmes de transports routiers (voiture- autobus) ou guidés (trains, métros, tramways) Localisation et navigation Sarab TAY - JNCT 2013330/05/2013

4 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr Localisation et navigation dans les transports Pour lusager Pour lopérateur ou le gestionnaire Pour le recueil de données

5 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr Exigence et garantie de précision Les applications GNSS : environnements contraintsAméliorer la précision GNSS en environnements contraints grâce à la connaissance des états de réception et des erreurs Evaluer, Améliorer et Valider les performances (précision, intégrité) Proposer des solutions opérationnelles, faible coût (si possible pas de capteurs sur l'infrastructure) Sarab TAY - JNCT 2013530/05/2013 GNSS dans les transports urbains

6 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr GNSS dans les transports urbains En fonction des applications performances attendues très variables Disponibilité du service Précision de la localisation Intégrité de linformation

7 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr Thématique de recherche GNSS dans le transport urbain (Juliette Marais) Recherche souvent guidée par les besoins du ferroviaire Difficultés liées à la fiabilité et la précision PREDISSATOutil PREDISSAT (Breveté en 2006) : Prédiction de la visibilité radioélectrique dune constellation de satellites dans un environnement de transport Sarab TAY - JNCT 2013730/05/2013

8 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr II.Réception en environnement urbain : Rappel GNSS Au moins 4 satellites Distance = c x Tp Pseudo- distance Sarab TAY - JNCT 2013830/05/2013 R = Pseudo-distance Rho = Distance géométrique

9 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr Environnement de propagation Sarab TAY - JNCT 2013930/05/2013 Effets 1.Masquage 2.Multitrajets 3.NLOS (Réflexion seule) 4.Signal Bloqué Conséquences 1.Imprécision 2.Indisponibilité 3.Intégrité

10 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr Problème des multitrajets Masquage + mauvais environnement des satellites paramètres pénalisant / fiabilité Objectif : limitation de limpact de la dégradation Garantir une précision de localisation sans abaisser la disponibilité du service

11 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr Problématique Les performances dépendent de la qualité des mesures de pseudo-distances. Quel est le bruit sur les pseudo-distances ? Quels sont les modèles typiques derreurs ? Sarab TAY - JNCT 20131130/05/2013

12 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr III.Solutions proposées En environnement contraint, les modèles typiques derreurs utilisés (bruit blanc gaussien) ne sont pas réalistes Deux approches étudiées : 1.Statistique (thèses de F. Nahimana & N. Viandier) Le système détermine seul quelle est la méthode de filtrage la plus appropriée Connaissance a priori Analyse en direct 2.Déterministe ( Approche CAPLOC) Connaissant lenvironnement, il est possible dadapter le modèle derreur au plus juste Sarab TAY - JNCT 20131230/05/2013

13 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr 1.Approche statistique Cas Nominal : 1 seul rayon reçu en visibilité direct Méthodes classiques (Kalman) : modèle derreur de pseudodistance blanc Gaussien Erreurs ~ bruit du récepteur Sarab TAY - JNCT 20131330/05/2013

14 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr Approche statistique Précision Trajet direct Trajet réfléchi (biaisé) Multitrajets :Si les erreurs sont très petites, on conserve le modèle LOS Signal Indirect : La distribution derreur nest plus Gaussienne centrée Les méthodes de Kalman (EKF) ne sont plus adaptées Sarab TAY - JNCT 20131430/05/2013

15 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr Approche statistique 1er cas : Les états de réception sont connus (a priori) thèse de F. Nahimana, 2009 Utilisation dune chaine de Markov - La simulation par tracé de rayons sur un trajet modélisé en 3D permet de calculer la/les matrice(s) de transition : Matrice de transition unique pour tout un trajet Matrice de transition variable dans le temps Deux modèles de bruits sont définis : 1 pour les LOS, 1 pour les NLOS (mélange de Gaussiennes) Estimation par filtrage particulaire Sarab TAY - JNCT 20131530/05/2013

16 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr Approche statistique 2 ème cas : Les états de réception sont inconnus thèse de N. Viandier, 2011 Estimation conjointe du modèle derreur et de la position Processus de Dirichlet Mélange de Processus de Dirichlet Lestimation se fait par lintermédiaire dun filtre particulaire Rao-Blackwellisé Sarab TAY - JNCT 20131630/05/2013

17 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr Performances (méthode 2) sur données réelles (données réelles) Sarab TAY - JNCT 20131730/05/2013

18 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr Résultats sur la précision Perf. 2D Err. Moy.Dispo. à 3 mDispo. à 5 m Safedrive 14,85 m10%30% JMS (GMM) 10,50m18,21%41,96% RBPF (DPM) 7,13 m36,36%63,44% Performances obtenues à partir de mesures (Méth. 1) (Méth. 2)

19 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr 2.Approche déterministe : Projet Caploc Combinaison de lanalyse dImages et la connaissance de la Propagation des signaux pour la LOCalisation. IFSTTAR / UTBM Objectif : faisabilité de l'apport de l'image et de la connaissance de l'environnement 3D Sarab TAY - JNCT 20131930/05/2013

20 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr Projet Caploc Solution bas coût, sans infrastructure au sol Reposant sur les signaux satellitaires seuls et une connaissance de lenvironnement local de la propagation de ces signaux Connaitre en temps réel les états de propagation des signaux pour corriger les imprécisions Sarab TAY - JNCT 20132030/05/2013

21 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr Classification des signaux GNSS par traitement dimages Localisation : Détection déterministe des états de réception Utilisation de cette connaissance pour une meilleure précision Sarab TAY - JNCT 20132130/05/2013

22 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr Caploc / Localisation 1 ère piste : Exclure les NLOS ? Perspectives : Prendre en compte les signaux réfléchis Sarab TAY - JNCT 201322 Positions calculées par EKF 30/05/2013

23 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr Pondérer les signaux Récepteur Sarab TAY - JNCT 20132330/05/2013

24 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr Pondérer les signaux Sarab TAY - JNCT 201324 Classiquement, on pondère avec lélévation des satellites ou le SNR + avec CAPLOC : connaissance déterministe des états de réception Travail en cours : déterminer les poids de façon à optimiser lusage de tous les satellites disponibles 30/05/2013

25 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr IV.Conclusions et Perspectives Utilisation des signaux GNSS, pour des fins de géolocalisation, dans un milieu urbain et contraint Amélioration de la précision de localisation GNSS en environnement urbain Utilisation des méthodes de filtrage et modélisation des erreurs de pseudodistances Réelle amélioration de la précision, ainsi que de la disponibilité (contrairement aux méthodes dexclusion) Sarab TAY - JNCT 20132530/05/2013

26 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr Conclusions et Perspectives Corrélation entre lenvironnement (canal) de propagation et les performances du récepteurs Estimation par limage (info sur la qualité des signaux satellites reçus) Sarab TAY - JNCT 20132630/05/2013

27 Institut français des sciences et technologies des transports, de laménagement et des réseaux www.ifsttar.fr Merci de votre attention Ifsttar 14-20 Bld. Newton Cité Descartes Champs sur Marne 77447 Marne-la-Vallée Cedex 2 France Tél. +33 (0)1 81 66 80 00 www.ifsttar.fr communication@ifsttar.fr Sarab TAY - JNCT 20132730/05/2013


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