navigation group groupe navigation telecom sudparis institut mines-telecom une vision de la...
Post on 03-Apr-2015
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Navigation Group
Groupe Navigation
Telecom SudParis
Institut Mines-Telecom
Une vision de la géolocalisation et des technologies associées
Nel SAMAMA
Navigation Group
Dans les temps anciens
Revenir à son point de départ, principalement en mer
Préparer sa route
Se partager le Monde …
Dans les temps récents
Se déplacer efficacement dans une zone plutôt inconnue (navigation!)
Aujourd’hui … et demain
Comme avant, mais en plus relier le virtuel au réel
Géolocalisation: ça sert à quoi?
Navigation Group
Communauté « Positionnement »
Indoor
Fusion de constellations, de signaux, etc.
Hybridation
Communauté « Télécommunications »
Services et applications
Optimalisations diverses (routage, etc.)
Réseaux véhiculaires (Echanges infrastructures terminaux)
Positionnement (aussi!)
Communautés « Energie », « Environnement », …
Géolocalisation et Recherche?
Navigation Group
Un ensemble de données d’espace et de temps
Pas indispensable (on s’en passe bien pour le moment dans de nombreux domaines)
Certainement fort utile à des fins « d’optimalisation »
Ayant un lien « assez clair » avec la « mobilité »
Avec des moyens techniques associés
Très divers dans les approches et les technologies
Très divers dans les performances
Très divers dans les niveaux de maturité
Mais nous ne sommes qu’au tout début de l’histoire …
Horloge individuelle portative synchronisée (fin XVIIIème)
Positionnement individuel portatif synchronisé (fin XXème)
Géolocalisation: c’est quoi en réalité?
Navigation Group
Pour le grand public
Des choses existent mais si on veut aller plus loin il faudrait
adresser le problème de la continuité du service …
… à coût quasi nul (pour l’infrastructure et le terminal) …
… sans « réelles » spécifications utilisateurs (ou « trop »)
Dans le domaine professionnel
Les évolutions actuelles sont incrémentales et il faut toujours penser en termes de fiabilité et de performances
Pour la recherche
Les travaux sont menés sans échanges entre les communautés !
Géolocalisation: y a-t-il un besoin?
Navigation Group
Il apparaît ainsi assez clairement
qu’il existe de nombreuses pistes technologiques (actuelles et futures)
qu’elles présentent toutes de fortes limitations
que les diverses communautés n’interagissent que faiblement
► Il me semble manquer la volonté d’échanger et de mutualiser (ce
qui réclame un réel effort il est vrai) afin de chercher à dépasser l’horizon
proche
► Nous sommes très disponibles pour aller dans ce sens … et plein
d’énergie ! RT 8 ?
Alors que fait-on avec la géoloc ?
Navigation Group
Nos travaux dans ce contexte:
une approche de lacontinuité du service de positionnement
Navigation Group
Source: Global Positioning, WileyDe nombreuses solutions ont été proposées
Les nombreuses solutions
Techniques Indoors OutdoorsNetwork of sensors 1 cm to few meters Not Suitable*Vision based few cm < 1mQR Code / Bar Code few cm to 1 m few cm to 1 mRF ID < 1 m < 1 mWLAN few m Not Suitable*UWB 10 cm Not Suitable*Cell-Id 500 m to 10 km 100 m to 10 kmRadar few cm few cm to few mE-OTD (2G) / TDOA (3G) >> 200 m < 100 mGNSS Not Available a few m A-GNSS few m to Not Available a few mPseudolites 10 cm a few m Transmitters few dm to few m a few mInertial < 1 m (time dependent) < 1 m (time dependent)... ... ...
Navigation Group
7.6703 7.6710
45.1116
45.1120
AP1
AP2
AP3
AP4
Actuallocation
Calculatedlocation
Symbolic positioningresulting area
Définition de zones géographiques en fonction du niveau du signal reçu (RSSI) pour chaque point d’accès
Calcul par intersections de zones
Résultat obtenu symbolique peu précis fiable Adaptable à toutes les
configurations
Positionnement WLAN symbolique
Approche WiFi
Navigation Group
Définition d’un « environnement » de simulation
Utilisation de diverses « technologies »
WiFi, BT, UWB, GSM/UMTS, GPS, Pseudolites,
etc. Choix d’une densité de nœuds de diverses technologies
-500
50100
150200
0
50
100
150
200
0
5
10
15
20
Graphe géographique estimé et liens
Exploitation de l’ensemble des liens radio entre terminaux
Approche Réseaux Connectés
Navigation Group
Approche Radar et tags actifs
6-7GHz
7.5-8.5 GHz
Duplexeur
BPF: filtre passe bandeLPF: filtre passe bas
Principe du système de localisation en coordonnées polaires en 2D
Navigation Group
Mesures de distances en TR-UWB
Principe de la Time Delayed Sampling & Correlation (TDSC)Envoi d’un doublet décalé dans le temps
Premiers résultats
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
-0.1
0
0.1Registre A - OP3
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
-0.1
0
0.1
Registre B - OP3
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
0
0.02
0.04
Corrélation glissante entre registres- OP2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
-0.03-0.02-0.01
00.01
Dérivée de la Corrélation glissante entre registres- OP2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
-0.1
0
0.1Registre A - OP3
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
-0.1
0
0.1
Registre B - OP3
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
0
0.02
0.04
Corrélation glissante entre registres- OP2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
-0.03-0.02-0.01
00.01
Dérivée de la Corrélation glissante entre registres- OP2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
-0.1
0
0.1
Registre A - OP3
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
-0.1
0
0.1
Registre B - OP3
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
0
0.02
0.04
Corrélation glissante entre registres- OP2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
-0.03-0.02-0.01
00.01
Dérivée de la Corrélation glissante entre registres- OP2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
-0.1
0
0.1Registre A - OP3
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
-0.1
0
0.1
Registre B - OP3
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
0
0.02
0.04
Corrélation glissante entre registres- OP2
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x 10-8
-0.03-0.02-0.01
00.01
Dérivée de la Corrélation glissante entre registres- OP2
a)
b)
c)
d)
sub-block
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
-0.1
0
0.1Registre A - OP3
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
-0.1
0
0.1
Registre B - OP3
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
00.02
0.04
Corrélation glissante entre registres- OP2
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x 10-8
-0.03-0.02-0.01
00.01
Dérivée de la Corrélation glissante entre registres- OP2
WfT
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
-0.1
0
0.1Registre A - OP3
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
-0.1
0
0.1
Registre B - OP3
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
00.02
0.04
Corrélation glissante entre registres- OP2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
-0.03-0.02-0.01
00.01
Dérivée de la Corrélation glissante entre registres- OP2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
-0.1
0
0.1Registre A - OP3
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
-0.1
0
0.1
Registre B - OP3
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
00.02
0.04
Corrélation glissante entre registres- OP2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
-0.03-0.02-0.01
00.01
Dérivée de la Corrélation glissante entre registres- OP2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
-0.1
0
0.1Registre A - OP3
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
-0.1
0
0.1
Registre B - OP3
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
00.02
0.04
Corrélation glissante entre registres- OP2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10-8
-0.03-0.02-0.01
00.01
Dérivée de la Corrélation glissante entre registres- OP2correlation step D f
first value higherthan threshold
time, x 10-8 s
time, x 10-8 s
time, x 10-8 s
time, x 10-8 s
maximum correlation
Référence transmise
Impulsion d’information
Corrélation
Vitesse de corrélation
Résultats expérimentaux
TD
Navigation Group
Omniprésence du GPS … de GLONASS, de Galileo, de Beidou, …
Les nouveaux utilisateurs
Navigation Group
“Les Répélites”
ReceiverReceiver
D12Dcable
d4d3d2
d1
D23 D34
PRIk PRj + Dcable + Duw + dk
D12Dcable
d4d3d2
d1
D23 D34
PRIk PRj + Dcable + Duw + dk
SignalGenerator
ReceiverReceiver
D12Dcable
d4d3d2
d1
D23 D34
PRIk PRj + Dcable + Duw + dk
D12Dcable
d4d3d2
d1
D23 D34
PRIk PRj + Dcable + Duw + dk
SignalGeneratorGénérateur de signal
Répélite 1
Répélite 2
Répélite 3
Répélite 4
Mesures de la porteuse possibles
Synchronisation automatique
Positionnement dynamique
Effet d’éblouissement
Multi-trajets
Approches GNSS Indoor
Navigation Group
Suppression de l’éblouissement
Générateur deSéquence maximale
Répélite 1 Répélite 2 Répélite i Répélite n
Principe général
la transmission de deux codes retardés et en opposition de phase
des traitements spécifiques au niveau du récepteur afin d’éliminer les
termes d’interférence
l’utilisation d’une séquence maximale
Approches GNSS IndoorLe Near-Far dans le système « répélites »
Navigation Group
DD
DD
22
22
2222
QLQEQP
ILIEIPQEIED
D
D
Nkkk
Nkkk
AQLQE
AILIE
0
0
)ˆsin(2
)ˆcos(2
Peut être obtenu avec les corrélateurs classiques E, L et P
Avantages
Simple: pas besoin de hardware spécifique
Temps réel
Pour des muti-trajets inférieurs à ½ chip (146m), on montre que
Multi-trajets: l’approche proposéeSMICL: Short Multipath Insensitive Code Loop
D
D
2
0
2
0
22 )ˆsin(2
)ˆcos(2 Nk
kkNk
kk AQPAIPQEIED
Ainsi, le discriminateur proposé (SMICL)
Approches GNSS IndoorMulti-trajets et système « répéteurs »
Navigation Group
-0,3
-0,2
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0 0,125 0,25 0,375 0,5 0,625 0,75 0,875 1 1,125 1,25 1,375 1,5
Multipath relative delay (chips)
Cod
e lo
op tr
acki
ng e
rror
(ch
ip)
In-phase multipath SMICL
Out-of-phase multipath SMICL
In-phase multipath NC
Out-of-phase multipath NC
In-phase multipath SDLL
Out-of-phase multipath SDLL
SMICL – enveloppes des erreurs (simulations)
Récepteur non filtré
Approches GNSS IndoorMulti-trajets et système « répéteurs »
Navigation Group
Afin d’améliorer la précision du positionnement
Approche classique de lissage du code par la porteuse
mesures de code non ambigües
mesures de code "précises"OK
Problème:
Le code est trop bruité en intérieur, principalement à cause des travaux multiples
SMICL
Approches GNSS IndoorL’amélioration de la précision dans le système « répélites »
Navigation Group
Précision bien en dessous du mètre en relatifPositionnement relatif: position initiale connue
Approches GNSS IndoorPremiers résultats en positionnement relatif
Navigation Group
Moyenne des mesures de codes sur 10 secondes
Position initiale
partiellement résolue
Approches GNSS IndoorPremiers résultats en positionnement absolu
Positionnement absolu: position initiale inconnue
Navigation Group
Précision bien en dessous du mètre en relatifDéploiement typique
Approches GNSS IndoorVersion actuelle du système
Navigation Group
Résultats stabilisés et représentatifs de l’approche
Approches GNSS IndoorDerniers résultats en positionnement relatif
Navigation Group
Notre proposition de continuité globaleCEA-LIST/LISA & IMT/Groupe Navigation
Les techniques retenues pour l’extérieur
GNSS Inertiel
Les techniques retenues pour l’intérieur
GNSS Indoor Inertiel
Les grandes lignes
Couvrir le large éventail des environnements indoor En combinant radio (larges espaces) et inertiel (milieux plus confinés) Ce qui permet un calibrage régulier de l’inertiel Continuité globale entre extérieur (GNSS+Inertiel) et intérieur
(GNSS+Inertiel)! Complément des systèmes actuels également pour l’extérieur!!
ReceiverReceiver
D12Dcable
d4d3d2
d1
D23 D34
PRIk PRj + Dcable + Duw + dk
D12Dcable
d4d3d2
d1
D23 D34
PRIk PRj + Dcable + Duw + dk
SignalGenerator
ReceiverReceiver
D12Dcable
d4d3d2
d1
D23 D34
PRIk PRj + Dcable + Duw + dk
D12Dcable
d4d3d2
d1
D23 D34
PRIk PRj + Dcable + Duw + dk
SignalGenerator
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