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Navigation Group Groupe Navigation Telecom SudParis Institut Mines-Telecom Une vision de la géolocalisation et des technologies associées Nel SAMAMA

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Une vision de la géolocalisation et des technologies associées. Groupe Navigation Telecom SudParis Institut Mines-Telecom. Nel SAMAMA. Géolocalisation : ça sert à quoi ?. Dans les temps anciens Revenir à son point de départ, principalement en mer Préparer sa route - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Groupe  Navigation Telecom  SudParis Institut  Mines-Telecom

Navigation Group

Groupe NavigationTelecom SudParis

Institut Mines-Telecom

Une vision de la géolocalisation et des technologies associées

Nel SAMAMA

Page 2: Groupe  Navigation Telecom  SudParis Institut  Mines-Telecom

Navigation Group

Dans les temps anciensRevenir à son point de départ, principalement en merPréparer sa routeSe partager le Monde …

Dans les temps récentsSe déplacer efficacement dans une zone plutôt inconnue (navigation!)

Aujourd’hui … et demainComme avant, mais en plus relier le virtuel au réel

Géolocalisation: ça sert à quoi?

Page 3: Groupe  Navigation Telecom  SudParis Institut  Mines-Telecom

Navigation Group

Communauté « Positionnement »IndoorFusion de constellations, de signaux, etc.Hybridation

Communauté « Télécommunications »Services et applicationsOptimalisations diverses (routage, etc.)Réseaux véhiculaires (Echanges infrastructures terminaux)Positionnement (aussi!)

Communautés « Energie », « Environnement », …

Géolocalisation et Recherche?

Page 4: Groupe  Navigation Telecom  SudParis Institut  Mines-Telecom

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 associésTrès divers dans les approches et les technologiesTrès divers dans les performancesTrès 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?

Page 5: Groupe  Navigation Telecom  SudParis Institut  Mines-Telecom

Navigation Group

Pour le grand publicDes 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 professionnelLes évolutions actuelles sont incrémentales et il faut toujours penser en termes de fiabilité et de performances

Pour la rechercheLes travaux sont menés sans échanges entre les communautés !

Géolocalisation: y a-t-il un besoin?

Page 6: Groupe  Navigation Telecom  SudParis Institut  Mines-Telecom

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 ?

Page 7: Groupe  Navigation Telecom  SudParis Institut  Mines-Telecom

Navigation Group

Nos travaux dans ce contexte:

une approche de lacontinuité du service de positionnement 

Page 8: Groupe  Navigation Telecom  SudParis Institut  Mines-Telecom

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)... ... ...

Page 9: Groupe  Navigation Telecom  SudParis Institut  Mines-Telecom

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 lesconfigurations

Positionnement WLAN symbolique

Approche WiFi

Page 10: Groupe  Navigation Telecom  SudParis Institut  Mines-Telecom

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

Page 11: Groupe  Navigation Telecom  SudParis Institut  Mines-Telecom

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

Page 12: Groupe  Navigation Telecom  SudParis Institut  Mines-Telecom

Navigation Group

Mesures de distances en TR-UWB

Principe de la Time Delayed Sampling & Correlation (TDSC)Envoi d’un doublet décalé dans le tempsPremiers 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

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- 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

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

0.1Reg is tre A - OP 3

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

x 10-8

-0 .1

0

0.1Reg is tre B - OP 3

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

x 10-8

00.020.04

Corré lation g lis sante entre reg is tres - OP2

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6x 10-8

-0 .03-0.02-0.0100.01

D érivée de la Cor rélat ion g l is s ante ent re regis tres - OP 2

WfT

0 0.2 0. 4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

x 10-8

-0.1

0

0.1Regist re A - O P3

0 0.2 0. 4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6x 10-8

-0.10

0.1Regist re B - O P3

0 0.2 0. 4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6x 10-8

00.020.04

Corré la tion gl iss ante en tre regis tres- O P2

0 0.2 0. 4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6x 10-8

-0 .03-0.02-0.01

00.01

D érivée de la Corré la tion g l is s ante entre r eg is tres - OP2

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6x 10- 8

-0 .1

0

0.1Regis tre A - OP3

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6x 10- 8

-0 .1

0

0.1

Regis tre B - OP3

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6x 10- 8

00.020.04

Corré la tion g lis sante entr e reg is tres- O P2

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

x 10- 8

-0 .0 3-0.0 2-0.0 100.01

Dér ivée de la Corré lation g l iss ante entre reg is tres - OP2

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6x 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

-0.10

0.1Registre B - OP3

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6x 10-8

00.020.04

C orré la tio n gl is sante entre reg istres - O P2

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

x 10-8

-0.03-0.02-0.0100.01

Déri vée de la Corré la tion gl is sant e entre reg is tres - OP 2correlation 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

Page 13: Groupe  Navigation Telecom  SudParis Institut  Mines-Telecom

Navigation Group

Omniprésence du GPS … de GLONASS, de Galileo, de Beidou, …

Les nouveaux utilisateurs

Page 14: Groupe  Navigation Telecom  SudParis Institut  Mines-Telecom

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 possiblesSynchronisation automatiquePositionnement dynamique

Effet d’éblouissementMulti-trajets

Approches GNSS Indoor

Page 15: Groupe  Navigation Telecom  SudParis Institut  Mines-Telecom

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 »

Page 16: Groupe  Navigation Telecom  SudParis Institut  Mines-Telecom

Navigation Group

DD

DD

22

22

2222QLQEQPILIEIPQEIED

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 »

Page 17: Groupe  Navigation Telecom  SudParis Institut  Mines-Telecom

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

(chi

p)

In-phase multipath SMICLOut-of-phase multipath SMICLIn-phase multipath NCOut-of-phase multipath NCIn-phase multipath SDLLOut-of-phase multipath SDLL

SMICL – enveloppes des erreurs (simulations)

Récepteur non filtré

Approches GNSS IndoorMulti-trajets et système « répéteurs »

Page 18: Groupe  Navigation Telecom  SudParis Institut  Mines-Telecom

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"

OKProblème: 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 »

Page 19: Groupe  Navigation Telecom  SudParis Institut  Mines-Telecom

Navigation Group

Précision bien en dessous du mètre en relatifPositionnement relatif: position initiale connue

Approches GNSS IndoorPremiers résultats en positionnement relatif

Page 20: Groupe  Navigation Telecom  SudParis Institut  Mines-Telecom

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

Page 21: Groupe  Navigation Telecom  SudParis Institut  Mines-Telecom

Navigation Group

Précision bien en dessous du mètre en relatifDéploiement typique

Approches GNSS IndoorVersion actuelle du système

Page 22: Groupe  Navigation Telecom  SudParis Institut  Mines-Telecom

Navigation Group

Résultats stabilisés et représentatifs de l’approche

Approches GNSS IndoorDerniers résultats en positionnement relatif

Page 23: Groupe  Navigation Telecom  SudParis Institut  Mines-Telecom

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