Localisation de véhicule par satellites couplée à la navigation à l'estime et aux données cartographiques - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Habilitation À Diriger Des Recherches Year : 2014

Satellite-based vehicle positioning, coupled with dead-reckoning and digital map data

Localisation de véhicule par satellites couplée à la navigation à l'estime et aux données cartographiques

David Betaille
  • Function : Author

Abstract

Localization is one of the key functional component of ITS (Intelligent Transport Systems), with wireless telecommunications, computation... Satellite positioning technologies (GNSS) are the main theme of the works presented here. Today, GNSS receivers are in particular implemented for the vehicles of tomorrow, in the context of ITS, but older works, related to the research in site robotics, are also reported in the HDR manuscript. The thesis (Bétaille, 2004) carried out in partnership between University College London, Leica Geosystems and LCPC brings a set of contributions noticeably in the context of robotics. Thus, the first part of the manuscript (Chapters 2 and 3) outlines satellite positioning and the different modes of use of GPS. One of the most precise modes (the one using the phase measurements of the signal) is used in field robotics, with however the challenging issue related to the local electromagnetic reflections of the signal (multipath). An experimental methodology applied to the study of the perturbations of the phase measurement by multipath has been made. These disturbances have been studied, giving rise to the proposal of a real-time phase error correction algorithm. This correction is particularly effective when multipath is derived from nearby reflectors (with a gain of 20% compared to a specialized PMMW correlator as implemented by Leica in its receivers for surveying and geodesy). [Bétaille et al., 2006], published in the IEEE AES Transactions, is the main publication for this work. In the last ten years, scientific contributions have been made in the field of localization for ITS, in the IFSTTAR Geolocalization Laboratory (Chapters 4 and 5 of the manuscript). The main originality of the work carried out - in loose and tight coupling, i.e. both in terms of the solutions output by GNSS receivers, and in terms of their raw distance and Doppler measurements - is the use of geomatics data as constraints in the positioning problem. Thus, Ahmed Selloum's thesis (Selloum, 2010) and the European project CVIS POMA (Cooperative Vehicle Infrastructure System - POsitioning and MApping) have demonstrated the interest of jointly solving the problems of localization and map-matching, with the production of an associated integrity indicator. Notable references, besides the thesis itself, are: [Toledo et al., 2010] and [Bétaille and Toledo, 2010], published in the IEEE ITS Transactions. A new lane-level digital map, depicting every road lane, was proposed then. In the most recent research, the 3D urban model available at the French geographical institute IGN have also been integrated into the calculation of the navigation solution, with correction of raw distance measurements to satellites identified as non-line-of-sight. This correction has shown its effectiveness, with a gain of up to 70% compared to a standard solver in Paris for example. [Peyraud et al., 2013], published in Sensors, and [Bétaille et al., 2013a], published in IEEE ITS Magazine, are the main publications referring to this work. An article resuming this work in a peer-reviewed international journal was submitted in early 2014 ([Bétaille et al., 2014a], Journal of Navigation, Cambridge).
La localisation est une des briques technologiques des ITS (systèmes de transport intelligent), avec les télécommunications sans fil, l'informatique... Les technologies satellitaires de localisation (GNSS) constituent le fil conducteur des travaux présentés ici. Aujourd'hui, elles sont en particulier mises en oeuvre pour les véhicules de demain, dans le contexte des ITS, mais des travaux plus anciens, liés aux recherches en robotique de chantier, sont rapportés aussi dans le manuscrit d'HDR. La thèse (Bétaille, 2004) effectuée en partenariat entre University College London, Leica Geosystems et le LCPC apporte d'ailleurs un ensemble de contributions précisément dans le contexte de la robotique de chantier. Ainsi, la première partie du manuscrit (chapitres 2 et 3) présente dans ses grandes lignes le positionnement par satellites et les différents modes d'utilisation du GPS. Un des modes les plus précis (celui utilisant les mesures de phase du signal) sert en robotique de chantier, avec toutefois un verrou technologique lié aux réflexions électromagnétiques locales du signal (multi-trajets). Une méthodologie expérimentale appliquée à l'étude des perturbations de la mesure de phase par multi-trajets a été apportée. Ces perturbations ont été étudiées, donnant lieu à la proposition d'un algorithme de correction des erreurs de phase applicable en temps-réel. Cette correction est notamment efficace quand les multi-trajets sont issus de réflecteurs proches (avec un gain de 20% par rapport à un corrélateur PMMW spécialisé tel qu'implémenté par Leica dans ses récepteurs pour la topométrie et la géodésie). [Bétaille et al., 2006], article publié aux Transactions IEEE AES, est la principale publication concernant ces travaux. Dans les dix dernières années, les contributions scientifiques ont été faites dans le domaine de la localisation pour les ITS, au sein du laboratoire Géolocalisation de l'IFSTTAR (chapitres 4 et 5 du manuscrit). La principale originalité des travaux menés - tant en couplage lâche que serré, c'est-à-dire tant au niveau des solutions élaborées par les récepteurs GNSS, qu'au niveau de leurs mesures brutes de distance et Doppler - tient à l'utilisation de données de la géomatique en localisation sous contraintes. Ainsi, la thèse d'Ahmed Selloum (Selloum, 2010) et le projet européen CVIS POMA (Cooperative Vehicle Infrastructure System - POsitioning and MApping) ont démontré l'intérêt de résoudre ensemble les problèmes de localisation et de map-matching, avec production d'un indicateur d'intégrité associé. Les références remarquables, outre la thèse elle-même, sont : [Toledo et al., 2010] et [Bétaille and Toledo, 2010], publiées aux Transactions IEEE ITS. Des données numériques nouvelles présentant toutes les voies de circulation ont été proposées alors. Dans les recherches les plus récentes, les modèles urbains 3D disponibles à l'IGN ont aussi été intégrés au calcul de la solution de navigation, avec correction des mesures de distances aux satellites identifiés comme invisibles en direct. Cette correction a montré son efficacité, avec un gain atteignant 70% par rapport à un solveur standard dans Paris par exemple. [Peyraud et al., 2013], publié à Sensors, et [Bétaille et al., 2013a], publié au Magazine IEEE ITS, sont les principales publications se référant à ces travaux. Un article de synthèse dans une revue internationale à comité de lecture a été soumis début 2014 ([Bétaille et al., 2014a], au Journal of Navigation, Cambridge).
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Dates and versions

tel-01634339 , version 1 (14-11-2017)

Identifiers

  • HAL Id : tel-01634339 , version 1

Cite

David Betaille. Localisation de véhicule par satellites couplée à la navigation à l'estime et aux données cartographiques. Automatique / Robotique. Ecole des Sciences et Technologies de l'Information et de Mathématiques de l'Université de Nantes, Angers, Le Mans, 2014. ⟨tel-01634339⟩
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