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Benefits from a multi-receiver architecture for GNSS RTK positioning and attitude determination / Xiao Hu (2021)  

Public Titre : Benefits from a multi-receiver architecture for GNSS RTK positioning and attitude determination Type de document : Thèse/HDR Auteurs : Xiao Hu, Auteur ; Christophe Macabiau, Directeur de thèse ; Paul Thevenon, Directeur de thèse Editeur : Toulouse : Université de Toulouse Année de publication : 2021 Importance : 217 p. Format : 21 x 30 cm Note générale : bibliographie Thèse en vue de l'obtention du Doctorat de l'Université de Toulouse délivré par l'institut National Polytechnique de Toulouse Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Géodésie spatiale [Termes IGN] capteur d'orientation [Termes IGN] dégradation du signal [Termes IGN] erreur de mesure [Termes IGN] filtre de Kalman [Termes IGN] mesurage de phase [Termes IGN] milieu urbain [Termes IGN] modèle stochastique [Termes IGN] orientation de véhicule [Termes IGN] phase GNSS [Termes IGN] positionnement cinématique en temps réel [Termes IGN] récepteur GPS [Termes IGN] résolution d'ambiguïté [Termes IGN] signal GNSS [Termes IGN] trajet multiple Index. décimale : THESE Thèses et HDR Résumé : (auteur) Precise positioning with a stand-alone GPS receiver or using differential corrections is known to be strongly degraded in an urban or sub-urban environment due to frequent signal masking, strong multipath effect, frequent cycle slips on carrier phase, etc. The objective of this Ph.D. thesis is to explore the possibility of achieving precise positioning with a low-cost architecture using multiple installed low-cost single-frequency receivers with known geometry whose one of them is RTK positioned w.r.t an external reference receiver. This setup is thought to enable vehicle attitude determination and RTK performance amelioration. In this thesis, we firstly proposed a method that includes an array of receivers with known geometry to enhance the performance of the RTK in different environments. Taking advantage of the attitude information and the known geometry of the installed array of receivers, the improvement of some internal steps of RTK w.r.t an external reference receiver can be achieved. The navigation module to be implemented in this work is an Extended Kalman Filter (EKF). The performance of a proposed two-receiver navigation architecture is then studied to quantify the improvements brought by the measurement redundancy. This concept is firstly tested on a simulator in order to validate the proposed algorithm and to give a reference result of our multi-receiver system’s performance. The pseudo-range measurements and carrier phase measurements mathematical models are implemented in a realistic simulator. Different scenarios are conducted, including varying the distance between the 2 antennas of the receiver array, the satellite constellation geometry, and the amplitude of the noise measurement, in order to determine the influence of the use of an array of receivers. The simulation results show that our multi-receiver RTK system w.r.t an external reference receiver is more robust to noise and degraded satellite geometry, in terms of ambiguity fixing rate, and gets a better position accuracy under the same conditions when compared with the single receiver system. Additionally, our method achieves a relatively accurate estimation of the attitude of the vehicle which provides additional information beyond the positioning. In order to optimize our processing, the correlation of the measurement errors affecting observations taken by our array of receivers has been determined. Then, the performance of our real-time single frequency cycle-slip detection and repair algorithm has been assessed. These two investigations yielded important information so as to tune our Kalman Filter. The results obtained from the simulation made us eager to use actual data to verify and improve our multi-receiver RTK and attitude system. Tests based on real data collected around Toulouse, France, are used to test the performance of the whole methodology, where different scenarios are conducted, including varying the distance between the 2 antennas of the receiver array as well as the environmental conditions (open sky, suburban, and constrained urban environments). The thesis also tried to take advantage of a dual GNSS constellation, GPS and Galileo, to further strengthen the position solution and the reliable use of carrier phase measurements. The results show that our multi-receiver RTK system is more robust to degraded GNSS environments. Our experiments correlate favorably with our previous simulation results and further support the idea of using an array of receivers with known geometry to improve the RTK performance. Note de contenu : 1- Introduction 2- GNSS functional and stochastic model 3- GNSS-based precise positioning and attitude estimation 4- Proposed multi-receiver architecture for GNSS precise positioning and attitude estimation 5- Simulation results and performance analysis 6- real data tests and results 7- Conclusions and perspectives Numéro de notice : 15216 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Thèse française Note de thèse : Thèse de Doctorat : Informatique et Télécommunications : Toulouse : 2021 Organisme de stage : ENAC-LAB DOI : sans En ligne : https://hal.science/tel-03506304/ Format de la ressource électronique : URL Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=100473

Optimal GPS/GALILEO GBAS methodologies with an application to troposphere / Alize Guilbert (2016)  

Public Titre : Optimal GPS/GALILEO GBAS methodologies with an application to troposphere Type de document : Thèse/HDR Auteurs : Alize Guilbert, Directeur de thèse ; Christophe Macabiau, Directeur de thèse Editeur : Toulouse : Université de Toulouse Année de publication : 2016 Importance : 301 p. Format : 21 x 30 cm Note générale : bibliographie Thèse en vue de l'obtention du Doctorat de l'Université de Toulouse, spécialité : Signal, Image, Acoustique et Optimisation Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Navigation et positionnement [Termes IGN] aviation civile [Termes IGN] constellation Galileo [Termes IGN] constellation GLONASS [Termes IGN] constellation GPS [Termes IGN] correction troposphérique [Termes IGN] données GPS [Termes IGN] erreur de positionnement [Termes IGN] gradient de troposphère [Termes IGN] modèle météorologique [Termes IGN] positionnement par GNSS [Termes IGN] retard troposphérique [Termes IGN] système d'extension au sol Index. décimale : THESE Thèses et HDR Résumé : (auteur) In the Civil Aviation domain, research activities aim to improve airspace capacity and efficiency whilst meeting stringent safety targets. These goals are met by improving performance of existing services whilst also expanding the services provided through the development of new Navigation Aids. One such developmental axe is the provision of safer, more reliable approach and landing operations in all weather conditions. The Global Navigation Satellite System (GNSS) has been identified as a key technology in providing navigation services to civil aviation users [1] [2] thanks to its global coverage and accuracy. The GNSS concept includes the provision of an integrity monitoring function by an augmentation system to the core constellations. This is needed to meet the required performances which cannot be met by the stand-alone constellations. One of the three augmentation systems developed within civil aviation is the GBAS (Ground Based Augmentation System) and is currently standardized by the ICAO to provide precision approach navigation services down to Cat I using the GPS or GLONASS constellations [3]. Studies on-going with the objective to extend the GBAS concept to support Cat II/III precision approach operations with GPS L1 C/A, however some difficulties have arisen regarding ionospheric monitoring. With the deployment of Galileo and Beidou alongside the modernization of GPS and GLONASS, it is envisaged that the GNSS future will be multi-constellation (MC) and multi-frequency (MF). European research activities have focused on the use of GPS and Galileo. The MC/MF GBAS concept should lead to many improvements such as a better modelling of atmospheric effects but several challenges must be resolved before the potential benefits may be realized. Indeed, this PhD has addressed two key topics relating to GBAS, the provision of corrections data within the MC/MF GBAS concept and the impact of tropospheric biases on both the SC/SF and MC/MF GBAS concepts. Due to the tight constraints on GBAS ground to air communications link, the VDB unit, a novel approach is needed. One of the proposals discussed in the PhD project for an updated GBAS VDB message structure is to separate message types for corrections with different transmission rates. Then, this PhD argues that atmospheric modelling with regards to the troposphere has been neglected in light of the ionospheric monitoring difficulties and must be revisited for both nominal and anomalous scenarios. The thesis focuses on how to compute the worst case differential tropospheric delay offline in order to characterize the threat model before extending previous work on bounding this threat in order to protect the airborne GBAS user. In the scope of MC/MF GBAS development, an alternative approach was needed. Therefore, in this PhD project, Numerical Weather Models (NWMs) are used to assess fully the worst case horizontal component of the troposphere. An innovative worst case horizontal tropospheric gradient search methodology is used to determine the induced ranging biases impacting aircraft performing Cat II/III precision approaches with GBAS. This provides as an output a worst case bias as a function of elevation for two European regions.The vertical component is also modelled by statistical analysis by comparing the truth data to the GBAS standardized model for vertical tropospheric correction up to the height of the aircraft. A model of the total uncorrected differential bias is generated which must be incorporated within the nominal GBAS protection levels. In order to bound the impact of the troposphere on the positioning error and by maintaining the goal of low data transmission, different solutions have been developed which remain conservative by assuming that ranging biases conspire in the worst possible way. Through these techniques, it has been shown that a minimum of 3 parameters may be used to characterize a region’s model. Note de contenu : 1- Introduction 2- Navigation performance requirements for civil aviation 3- GNSS processing 4- Optimal processing models/options for MC/MF GBAS 5- Anomalous troposphere modelling for GBAS 6- Anomalous troposphere bounding 7- Conclusions and future work Numéro de notice : 25826 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Thèse française Note de thèse : Thèse de Doctorat : Spécialité : Signal, Image, Acoustique et Optimisation : Toulouse : 2016 Organisme de stage : Laboratoire de Télécommunications (TELECOM-ENAC) nature-HAL : Thèse DOI : sans En ligne : http://www.theses.fr/2016INPT0049 Format de la ressource électronique : URL Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=95116

Etude de l'applicabilité des techniques de lever d'ambigüité de la mesure de phase GPS aux approches de précision = Analysis of the feasibility of using GPS carrier phase ambiguity resolution techniques for precision approaches / Christophe Macabiau (1997)

Public Titre : Etude de l'applicabilité des techniques de lever d'ambigüité de la mesure de phase GPS aux approches de précision = Analysis of the feasibility of using GPS carrier phase ambiguity resolution techniques for precision approaches Type de document : Thèse/HDR Auteurs : Christophe Macabiau, Auteur Editeur : Toulouse : Institut National Polytechnique de Toulouse INPT Année de publication : 1997 Importance : 148 p. Format : 21 x 30 cm Note générale : Bibliographie Thèse pour obtenir le titre de docteur de l'Institut national polytechnique de Toulouse, spécialité signaux, images et communications Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Navigation et positionnement [Termes IGN] ambiguïté entière [Termes IGN] constellation GPS [Termes IGN] étude de faisabilité [Termes IGN] Global Navigation Satellite System [Termes IGN] guidage [Termes IGN] mesurage de phase [Termes IGN] navigation aérienne [Termes IGN] phase GPS [Termes IGN] positionnement par GNSS [Termes IGN] positionnement par GPS [Termes IGN] résolution d'ambiguïté [Termes IGN] véhicule aérien Index. décimale : THESE Thèses et HDR Résumé : (Auteur) Le système américain GPS (Global Positioning System) fournit à tout utilisateur dans le monde entier un service de positionnement précis, mais ses caractéristiques sont trop éloignées de celles d'un GNSS (Global Navigation Satellite System) pour l'aviation civile. La précision atteinte est inférieure à 100 m 95 % du temps, et est suffisante pour les phases de vol océanique, en route, et pour les approches de non précision, mais une surveillance autonome complémentaire de l'intégrité est nécessaire pour améliorer la sécurité. L'estimation de position est effectuée en utilisant les mesures de distance entre l'utilisateur et les satellites visibles de la constellation GPS, obtenues grâce à l'observation des modulations de code pseudo-aléatoires du signal émis par les satellites. Après correction grâce aux données d'une station de référence, ces mesures de pseudo-distance de code devraient permettre un positionnement d'une précision de quelques mètres. Ceci est suffisant pour les approches de faible précision (Catégorie I), mais le guidage des avions pendant les approches de haute précision (Catégorie II et III) requiert l'utilisation d'un système de positionnement submétrique ayant une très grande intégrité. Depuis le début des années 80, les mesures de phase de la porteuse du signal GPS sont utilisées lors des applications géodésiques pour déterminer précisément la position des points de mesure, avec une précision centimétrique après la résolution des ambiguïtés intrinsèques aux mesures de phase. De telles techniques sont attirantes pour l'aviation civile, puisqu'elles semblent avoir la précision nécessaire pour ses applications les plus exigeantes. Cependant, le processus de résolution des ambiguïtés s'avère fragile, surtout dans les applications dynamiques en temps réel, et des questions subsistent concernant la fiabilité des ces techniques spécifiques, appelées méthodes AROF (Ambiguity Résolution On-the-Fly). Le but de cette étude est d'apporter une contribution à l'analyse de l'applicabilité des méthodes de lever d'ambiguïté de la mesure de phase GPS au guidage des avions en phase d'atterrissage de précision. Le point de départ de cette analyse est constitué par les exigences opérationnelles des systèmes d'atterrissage de précision basés sur un système GNSS, et par un modèle mathématique des mesures de phase GPS. Puis, les opérations de pré-traitement des mesures sont présentées, et la qualité des données obtenues est évaluée. Ensuite, on propose une classification des méthodes AROF, et on décrit les principes théoriques de plusieurs techniques, y compris de la méthode MAPAS, développée au cours de cette thèse. Puis, les caractéristiques des procédures AROF sont identifiées, permettant l'établissement des exigences. Puis, la difficulté de l'établissement des performances théoriques de ces méthodes est analysée, et des expressions mathématiques des performances de MAPAS sont présentées. Enfin, les performances de MAPAS sont évaluées sur un plan pratique, en utilisant des mesures simulées, des mesures collectées sur un générateur de signaux GPS Nortel, et des mesures réelles en situation aéroportuaire. Finalement, les caractéristiques de ces procédures sont comparées aux contraintes, et une conclusion est tirée de cette analyse. Numéro de notice : 58661 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Thèse française Note de thèse : Thèse de doctorat : Signaux, images et communications : Toulouse, Institut national polytechnique de Toulouse : 1997 Organisme de stage : LTST nature-HAL : Thèse DOI : sans Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=45809

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58661-01	THESE	Livre	Centre de documentation	Thèses	Disponible