Étude d'un système de localisation 3-D haute précision basé sur les techniques de transmission Ultra Large Bande à basse consommation d'énergie pour les objets mobiles communicants.

Study of a high accuracy 3-D positioning system based on UWB transmission techniques for communicating mobile objects

• Auteur / Autrice : Kobenan Ignace Kossonou
• Direction : Jamal Assaad, Atika Rivenq, Issa Doumbia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique. Acoustique et télécommunications
• Date : Soutenance le 27/05/2014
• Etablissement(s) : Valenciennes en cotutelle avec Université Félix Houphouët-Boigny (Abidjan, Côte d'Ivoire)
• 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 : Fouzia Boukour
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jamal Assaad, Atika Rivenq, Issa Doumbia, Geneviève Baudoin, Thierry Chonavel, Paul Assamoi, Siaka Touré, Yassin El Hillali, Michael Bocquet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Geneviève Baudoin, Thierry Chonavel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux de capteurs (technologie)

Algorithmes

Communication ultra large bande

Localisation par satellites, Systèmes de

Mots clés libres

Localisation en milieux indoor

Haute précision

Tdoa

Algorithme non itératif de localisation

Détection du trajet direct

Transmission radio

Ulb

Canaux de propagation

Techniques d’accès multiples DS-CDMA et TH-CDMA

Configuration MISO.

Indoor Positioning

High precision

Tdoa

Non iterative positioning Algorithm, Direct path detection

Radio transmission

Uwb

Channel propagation models

DS-CDMA and TH-CDMA Techniques

MISO configuration.

Résumé

Les systèmes de localisations existants présentent des insuffisances au niveau desapplications en environnement indoor. Ces insuffisances se traduisent soit par la non-disponibilité des signaux (le GPS) dans ce type d’environnement, soit par leur manque de précision quand ils sont prévus à cet effet. Ces limites ont motivé la recherche de nouvelles techniques. Les transmissions Ultra-Large Bande (ULB) de par leur singularité en matière de précision et de faible puissance d’émission, s’avèrent être la meilleure réponse à la problématique ci-dessus. Nous avons donc choisi cette technique pour mettre au point un procédé de localisation endogène permettant d’assurer, avec précision, la continuité des services de localisation dans les environnements indoor. Ce procédé s’appuie sur la localisation en trois dimensions (3-D). Il utilise la technique temporelle de différenciation du temps d’arrivée (TDOA). Cette technique permet de mieux tirer profit de la bonne résolution temporelle de l’ULB et de pallier au problème de synchronisation entre l’émetteur et le récepteur. Deux techniques de transmission ULB ont été étudiées : la technique d’accès multiples par séquence directe (DS-CDMA) et la technique d’accès multiples par sauts temporels (TH-CDMA). Une autre étape importante de notre étude a été de développer un algorithme non-itératif de localisation en 3-D pour réduire le temps de calcul. En effet, l’utilisation d’un algorithme non-itératif permet d’optimiser les performances du système en termes de temps de calcul voire de coûts de consommation énergétique. Après l’étude théorique des différents blocs du système, le système a été tout d’abord simulé dans le canal Gaussien (AWGN) et les canaux IEEE.802.15.4a indoor. Il a été ensuite testé dans différents environnements réels de types laboratoires. Les résultats obtenus démontrent que l’utilisation des techniques de transmission basées sur la technologie radio impulsionnelle ULB permet d’obtenir un système de localisation en 3-D avec une précision centimétrique pour les applications indoor.

Existing positioning systems have deficiencies in applications indoor environment. These deficiencies result is the non-availability of signals (GPS) in this type of environment, either by their lack of precision when they are provided for this purpose. These limitations have led to research for novel techniques. Ultra-Wide Band (UWB) transmission techniques due to their uniqueness in terms of fine resolution and low power emission, prove to be the best answer to this problem. So we choose this technique to develop a process to ensure self location, with accuracy, continuity of location services in indoor environments. This method is based on the location in three dimensions (3-D). It uses the Time Difference Of Arrival (TDOA) technique. This technique allows to better take advantage of the high time resolution of the ULB and overcome the problem of synchronization between the transmitter and the receiver. Two UWB transmission techniques were studied: the Direct Sequence multiple access technique (DS-CDMA) and Time Hopping (TH-CDMA) multiple access technique. Another important step in our study was to develop a non-iterative positioning algorithm in 3-D to reduce the computation time. Indeed, using a non-iterative algorithm optimizes system performance in terms of computing time or cost of energy consumption. After the theoretical study of the system, the proposed positioning system was firstly simulated in Additive White Gaussian Noise (AWGN) channel and indoor IEEE.802.15.4a channels. It was then tested in various real environments types laboratories. The results obtained show that using UWB impulse radio technology transmission techniques allows to achieve a high accuracy 3-D location system in order of centimeter for applications in indoor environments.