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Thèse Année : 2017

Design and Performance of a GNSS Single-frequency Multi-constellation Vector Tracking Architecture for Urban Environments

Conception et performances d'une architecture de suivi vectoriel multi-constellations monofréquence GNSS pour les environnements urbains

Enik Shytermeja
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 957727

Résumé

n the last decade, Global Navigation Satellites Systems (GNSS) have gained a significant position in the development of urban navigation applications and associated services. The urban environment presents several challenges to GNSS signal reception, such as multipath and GNSS Line-of-Sight (LOS) blockage, which are translated in the positioning domain in a decreased navigation solution accuracy up to the lack of an available position. For this matter, Vector Tracking (VT) constitutes a promising approach able to cope with the urban environment-induced effects including multipath, NLOS reception and signal outages. This thesis is particularly focused on the proposal and design of a dual constellation GPS + Galileo single frequency L1/E1 Vector Delay Frequency Lock Loop (VDFLL) architecture for the automotive usage in urban environment. From the navigation point of view, VDFLL represents a concrete application of information fusion, since all the satellite tracking channels are jointly tracked and controlled by the common navigation Extended Kalman filter (EKF). The choice of the dual-constellation single frequency vector tracking architecture ensures an increased number of observations and at the same time allowing the conservation of the low-cost feasibility criteria of the mobile user’s receiver. Moreover, the use of single frequency L1 band signals implies the necessity of taking into account the ionospheric error effect. In fact, even after the application of the ionosphere error correction models, a resultant ionospheric residual error still remains in the received observations. The originality of this work relies on the implementation of a dual-constellation VDFLL architecture, capable of estimating the ionosphere residual error present in the received observations. This dissertation investigates the VDFLL superiority w.r.t the scalar tracking receiver in terms of positioning performance and tracking robustness for a real car trajectory in urban area in the presence of multipath and ionosphere residual error
Au cours de la dernière décennie, les systèmes mondiaux de satellites de navigation (GNSS) ont acquis une position significative dans le développement des applications de navigation urbaine et des services associés. L'environnement urbain présente plusieurs défis pour la réception des signaux GNSS, tels que le blocage des trajets multiples et de la ligne de visée GNSS (LOS), qui se traduisent dans le domaine du positionnement par une précision de solution de navigation diminuée jusqu'à l'absence d'une position disponible. À ce titre, le suivi vectoriel (VT) constitue une approche prometteuse capable de faire face aux effets induits par l'environnement urbain, notamment les trajets multiples, la réception NLOS et les coupures de signal. Cette thèse est particulièrement axée sur la proposition et la conception d'une architecture à double constellation GPS + Galileo à une seule fréquence L1 / E1 Vector Delay Frequency Lock Loop (VDFLL) pour l'usage automobile en milieu urbain. Du point de vue de la navigation, VDFLL représente une application concrète de fusion d'informations, puisque tous les canaux de poursuite par satellite sont suivis et contrôlés conjointement par le filtre de Kalman étendu de navigation (EKF) commun. Le choix de l’architecture de suivi vectoriel monofréquence à double constellation assure un nombre accru d’observations et permet en même temps de conserver les critères de faisabilité à faible coût du récepteur de l’utilisateur mobile. De plus, l'utilisation de signaux en bande L1 à fréquence unique implique la nécessité de prendre en compte l'effet d'erreur ionosphérique. En fait, même après l'application des modèles de correction d'erreurs ionosphériques, une erreur résiduelle ionosphérique résultante subsiste dans les observations reçues. L'originalité de ce travail repose sur la mise en œuvre d'une architecture VDFLL à double constellation, capable d'estimer l'erreur résiduelle d'ionosphère présente dans les observations reçues. Cette thèse étudie la supériorité du VDFLL par rapport au récepteur de suivi scalaire en termes de performances de positionnement et de robustesse de suivi pour une trajectoire de voiture réelle en zone urbaine en présence d'erreur résiduelle de trajets multiples et d'ionosphère.
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Identifiants

  • HAL Id : tel-04228535 , version 1

Citer

Enik Shytermeja. Design and Performance of a GNSS Single-frequency Multi-constellation Vector Tracking Architecture for Urban Environments. Signal and Image processing. INPT, 2017. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04228535v1⟩
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