Evaluation des performances d'un système de localisation de véhicules de transports guidés fondé sur l'association d'une technique radio ULB et d'une technique de retournement temporel.

Performance evaluation of a location system guided transport vehicles based on the combination of UWB radio technology and a time reversal technique

• Auteur / Autrice : Bouna Fall
• Direction : Atika Rivenq, Marc Heddebaut, Fouzia Boukour
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique. Acoustique et télécommunications
• Date : Soutenance le 14/11/2013
• Etablissement(s) : Valenciennes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie
• Partenaire(s) de recherche : Pôle de recherche et d'enseignement supérieur (PRES) : Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (2009-2013)
• Jury : Président / Présidente : Mounir Adjrad
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Atika Rivenq, Marc Heddebaut, Fouzia Boukour, Aziz Benlarbi-Delaï, Maria-Gabriella Di Benedetto, Khalid Sayegrih
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Aziz Benlarbi-Delaï, Maria-Gabriella Di Benedetto

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transport -- Systèmes d'information

Communication ultra large bande

Réseaux de capteurs (technologie)

Mots clés libres

Ulb

Retournement temporel

Localisation

Focalisation temporelle

Focalisationspatiale

Gain de focalisation

Modèles de canaux de propagation

Tdoa

Uwb

Time reversal

Location

Temporal focusing

Spatial focusing

Focusing gain

Channel propagation models

Tdoa

Résumé

En transports guidés, la localisation précise des trains s’avère vitale pour une exploitation nominale du système de transport. Dans un environnement de propagation tel que celui d’une emprise ferroviaire, un capteur de localisation efficace est complexe à concevoir et à valider lorsqu’il doit opérer en présence de nombreux obstacles fixes et mobiles constitués par l’infrastructure et les trains. Afin de concevoir un tel capteur, nous proposons dans ce travail de thèse l’emploi de techniques innovantes dites de diversité spectrale que l’on retrouve également sous la dénomination de radio Ultra Large Bande (ULB). Dans ce travail, cette dernière est également associée à la technique de Retournement Temporel (RT) afin de tirer partie de cet environnement de propagation complexe. L’objectif visé est d’obtenir une localisation fiable et robuste des véhicules ferroviaires par focalisation de signaux ULB en direction des antennes sol ou trains. Des études théoriques alliées à des simulations ont été effectuées portant sur les propriétés de focalisation d’énergie de la technique de retournement temporel en tenant compte de plusieurs paramètres liés aux configurations antennaires, aux canaux de propagation rencontrés et à l’électronique utilisée. L’apport du retournement temporel sur la précision du système de localisation Ultra Large Bande a été quantifié en comparant le système de localisation ULB conventionnel, sans retournement temporel puis, en associant le RT. Les résultats théoriques et de simulations de la solution proposée ont été validés par des expérimentations menées en chambre anéchoïque ainsi qu’en environnement indoor.

In guided transport, the precise location of trains is vital for nominal operation of the transport system. In a propagation environment such as a railway line, an effective location sensor is complex to design and validate since it must operate in the presence of many fixed and mobile obstacles constituted by the infrastructure and the trains. In this thesis, to design such a sensor, we propose the use of so-called spectral diversity techniques also found under the name of Ultra Wideband radio (UWB). In this work, the latter is also associated with the Time Reversal (TR) technique to take advantage of the complex propagation environment. The objective is to obtain a reliable and robust location of rail vehicles by focusing UWB signals to antennas or ground trains. Theoretical studies combined with simulations were performed on the properties of energy focusing of TR technique taking into account several parameters related to antennal configurations, propagation channels and the railway environment. The contribution of TR on the accuracy of the positioning system was quantified by comparing the conventional UWB positioning system alone and then, combining it with TR. The theoretical results and simulations of the proposed solution have been validated by experiments carried out in an anechoic chamber and in indoor environment.