Performance Analysis of the Modernized GNSS Signal Acquisition

par Myriam Foucras

Thèse de doctorat en Signal, Image, Acoustique et Optimisation

Sous la direction de Olivier Julien et de Christophe Macabiau.

  • Titre traduit

    Analyse des Performances de l'Acquisition des Nouveaux Signaux GNSS


  • Résumé

    Depuis le développement du GPS, les systèmes de navigation par satellites (GNSS) se sont largement diversifiés : maintenance, modernisation et déploiement de nouveaux systèmes, comme l’européen Galileo. De plus, le nombre d’applications basées sur l’utilisation de signaux GNSS ne cesse d’augmenter. Pour répondre à ces nouveaux challenges et besoins, les récepteurs GNSS ne cessent d’évoluer. Un nouvel axe est le développement du récepteur logiciel qui présente la particularité d’un traitement logiciel des signaux contrairement au récepteur matériel, équipant nos véhicules, smartphones par exemple. Cette thèse de doctorat s’inscrit dans le projet commun d’un laboratoire et d’une PME consistant au développement d’un récepteur logiciel poursuivant les signaux GPS L1 C/A et Galileo E1 OS. L’objectif plus spécifique de la thèse est d’étudier l’acquisition, première étape du traitement du signal GNSS qui doit fournir une estimation grossière des paramètres du signal entrant. Ce travail vise particulièrement les signaux à faible puissance, un seuil d’acquisition est fixé à 27 dB-Hz pouvant s’apparenter à l’acquisition en milieu urbain ou dégradé. Il est important de noter qu’une des contraintes est de réussir l’acquisition de tels signaux au moins 9 fois sur 10, sans aucune aide extérieure ou connaissance des almanachs ou éphémérides. Dans un premier temps, une solide étude théorique portant sur les performances de l’acquisition et les sources de dégradations est menée. Parmi elles, peuvent être citée, les transitions de bits dues à la présence du message de navigation et du code secondaire sur la voie pilote des nouveaux signaux. Est ainsi mis en lumière la nécessité d’avoir recours à une méthode d’acquisition insensible aux inversions de signe du message de navigation. Dans un deuxième temps, une méthode innovante, le Double-Block Zero-Padding Transition-Insensitive (DBZPTI), est donc développée pour permettre l’acquisition du signal Galileo E1 OS de façon efficiente. Elle prend part au développement de la stratégie globale d’acquisition dont l’objectif est d’avoir en sortie une estimation de la fréquence Doppler et du retard de code du signal entrant, assez fine et fiable pour une satisfaisante poursuite du signal.


  • Résumé

    Since the development of the GPS, the global navigation satellite systems (GNSS) have been widely diversified: maintenance, modernization and deployment of new systems such as the European Galileo. In addition, the number of GNSS signals applications, based on the use of GNSS signals, is increasing. To meet these new challenges and requirements, GNSS receivers are constantly evolving. A new trend is the development of software receiver which processes the GNSS signal in a software way unlike hardware receiver, equipping our vehicles, smartphones, for example. This thesis is part of a common project between a laboratory and a company, consisting of the development of a software receiver tracking GPS L1 C/A and Galileo E1 OS. The more specific aim of the thesis is to study the acquisition, first signal processing which provides a rough estimation of the incoming signal parameters. This work focuses particularly the low power signals, an acquisition threshold is set at 27 dB-Hz considered as a representative of urban or degraded environments. It is important to note that the success of the acquisition of such signals should be at least 9 times out of 10, without any aid or knowledge of almanac or ephemeris. Initially, a solid theoretical study of the acquisition performance and sources of degradation is conducted. One of them is the bit transitions due to the presence of the navigation message and the secondary code on pilot component of the new signals. It is thus highlighted the need to use a Transition-Insensitive acquisition method. Secondly, an innovative method, the Double-Block Zero-Padding Transition-Insensitive (DBZPTI) is developed to permit efficiently the acquisition of Galileo E1 OS signal. It takes part in the development of the global acquisition strategy, which should provide an estimate of the Doppler frequency and code delay, fine and reliable, for a satisfactory signal tracking.


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