Impact of GNSS singular events on the integrity of airport navigation systems
Impact des évènements singuliers GNSS sur l'intégrité des systèmes de navigation aéroportuaires
Résumé
GNSSs are currently used in civil aviation to provide aircraft with position and velocity estimates from en-route to precision approach operations. Extending the use of GNSS to the guidance function during airport surface operations and under zero-visibility conditions remains a challenge. Indeed, during these operations, GNSS measurements may be affected by GNSS singular events, such as multipath or ionosphere anomalies. GNSS singular events may lead to unacceptable position errors in terms of accuracy and integrity for the zero-visibility guidance function. Current GNSS integrity monitoring systems are not designed to totally account for the GNSS singular event effects. The development of GNSS integrity monitoring systems designed to properly protect users from the singular event effects is essential to use GNSS for the guidance function under zero-visibility conditions. GNSS measurement error and integrity failure models are key inputs in the design of GNSS integrity monitoring systems. In this thesis, work has been mainly focused on the development of GNSS multipath measurement errors, on the assessment of the multipath impact on the GNSS-based position error, and on the development of GNSS multipath integrity failure models. For this matter, the dual frequency GPSL1C+GPSL5 and GalileoE1+GalileoE5a multipath pseudo- range error model adapted to airport navigation has been firstly proposed. Next, the impact of multipath on the GNSS-based position error has been assessed. To do so, a double constellation GPS+Galileo/IRS tight coupling algorithm based on a linearized Kalman filter has been selected. The theoretical and quantitative analysis of the impact of the GNSS multipath ranging errors on the horizontal position bias and on the covariance matrix of the horizontal position error have been proposed. Finally, a GNSS multipath integrity failure model has been proposed. The model describes the signature of the GNSS single multipath ranging failures, the factors influencing the signature as well as the occurrence model of these failures and their conditions of occurrence.
Les systèmes GNSS sont actuellement utilisés en aviation civile pour estimer la position et la vitesse de l'avion pendant les phases de route jusqu'aux approches de précision. Etendre l'utilisation de GNSS aux opérations de surface en environnement aéroportuaire et sous de faibles conditions de visibilité reste un challenge pour la communauté aviation civile. En effet, durant ces opérations, les mesures GNSS peuvent être affectées par des évènements singuliers tels que les multi-trajet ou les anomalies ionosphériques. Ces évènements peuvent engendrer des erreurs de position jugées inacceptables en termes de précision et d'intégrité pour assurer le guidage de l'avion. Les algorithmes de surveillance d'intégrité GNSS actuellement utilisés ne sont pas conçus pour prendre totalement en compte les effets de tels évènements. Il est essentiel de développer des algorithmes de surveillance conçus pour protéger les utilisateurs des effets de tels évènements afin de pouvoir utiliser GNSS pour le guidage de l'avion en milieu aéroportuaire et sous de faibles conditions de visibilité. Afin de concevoir de tels algorithmes de surveillance d'intégrité, il est nécessaire de développer des modèles d'erreurs de mesures GNSS et des modèles de pannes GNSS. La thèse a été principalement orientée vers la conception de modèles d'erreurs de mesures GNSS dues aux multi-trajets et vers le développement de modèles de pannes GNSS dues aux multi-trajets. Pour ce faire, un modèle d'erreurs multi-trajets GNSS sur les mesures bi-fréquence GPSL1C+GPSL5 et GalileoE1+GalileoE5a a d'abord été proposé. Ensuite, l'impact des multi-trajets sur l'erreur de position a été étudié. Pour cette étude, un algorithme de couplage serré GPS+Galileo/IRS a été considéré. Cet algorithme est basé sur un filtre de Kalman linéarisé. Une analyse théorique et quantitative a été conduite pour étudier l'impact des erreurs de mesures GNSS dues aux multi-trajets sur le biais et sur la matrice de covariance de l'erreur de position horizontale en sortie de l'algorithme de positionnement considéré. Finalement, un modèle de pannes GNSS dues aux multi-trajets a été proposé. Ce modèle décrit la signature des pannes multi-trajets, les facteurs influençant cette signature, le modèle d'occurrence des pannes multi-trajets ainsi que les conditions d'occurrence de telles pannes
Domaines
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