Detection on HF radio transmitters using passive geolocation techniques

par Ankit Jain

Thèse de doctorat en Télécommunications

Sous la direction de Michel Ney.

Le président du jury était Yvon Erhel.

Le jury était composé de Michel Ney, Martine Liénard, Valérie Vigneras, Denis Le Jeune, Pascal Pagani.

Les rapporteurs étaient Martine Liénard, Valérie Vigneras.

  • Titre traduit

    Détection d'émetteurs radio HF par des techniques de géolocalisation passive


  • Résumé

    La transmission radioélectrique à longue distance dans la bande HF permet de couvrir de vastes zones géographiques à l’aide d’infrastructures légères et mobiles. Elle est donc bien adaptée pour établir des communications lors d’opérations militaires ou pour le déploiement rapide d'un réseau de communication agile lors d'opérations humanitaires. Dans ce contexte, il est important de pouvoir localiser les émetteurs inconnus par l’analyse des signaux électromagnétiques de communication. L’objectif de la thèse est de développer une technique de géolocalisation alternative et complémentaire, intitulée Time Difference of Arrival (TDoA), qui a rarement été étudiée dans le cas de la propagation ionosphérique. Dans un premier temps, l'algorithme de géolocalisation HF basé sur la technique TDoA est adapté et optimisé par des simulations paramétriques. Les résultats de simulation montrent que l'augmentation du nombre de récepteurs entraîne une amélioration significative de la précision de géolocalisation. Afin d'étudier la faisabilité de mise en oeuvre d'un système de géolocalisation HF basé sur la technique TDoA, plusieurs récepteurs HF pilotable à distance ont été développés à partir de modules de radio logicielle, et un réseau national de récepteurs a été déployé en France. Un concept original de sondage de canal croisé est proposé et décrit mathématiquement. Il permet d’évaluer les différences de durée de propagation entre les signaux reçus sur deux récepteurs synchronisés distincts. Les résultats expérimentaux collectés montrent qu'il est possible de localiser les émetteurs HF dans des conditions favorables avec une erreur de géolocalisation relative comprise entre 0,1 et 10% de la distance réelle au sol. Les données collectées lors de la campagne de mesure sont analysées de manière statistique afin d’évaluer la performance de l'algorithme de géolocalisation et de définir les paramètres les plus pertinents à prendre en compte pour déployer cette technique dans une approche opérationnelle.


  • Résumé

    Long-range radio transmission in the HF band can cover large geographical areas using light and mobile equipment. It is therefore well suited for communications during military operations orfor the rapid deployment of an agile communication network during humanitarian operations. In this context, it is important to determine the geographic location of the transmitters by analyzing the electromagnetic communication signals. The aim of the thesis is to develop an alternative, complementary geolocation technique, entitled Time Difference of Arrival (TDoA) that has rarely been studied in the case of ionospheric propagation. As a first step, HF geolocation algorithm based on TDoA is setup and analyzed by parametric software simulations. Simulation results demonstrate that increasing the number of receivers leads to a significant improvement in the geolocation accuracy. In order to study the feasibility of a practical HF geolocation system based on TDoA, multiple remotely controllable HF receivers are designed using software defined radio (SDR) modules and a country wide operational receiver network is deployed in France. A concept of cross-channel sounding along with its mathematical description is proposed to evaluate the propagation duration differences between the signals captured by two distinct receivers. Preliminary experimental results show that it is possible to locate the HF transmitters under favorable conditions with a relative geolocation error ranging from about 0.1 to 10% of the actual ground distance. Data captured during the large scale measurement campaign are analyzed statistically to evaluate the performance of the geolocation algorithm and define parameters that could be considered in an operational approach.


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