Modélisation et surveillance des distorsions pour les nouveaux signaux GNSS dans le contexte de l'aviation civile

Modeling and monitoring of new GNSS signal distortions in the context of civil aviation

• Auteur / Autrice : Jean-Baptiste Pagot
• Direction : Olivier Julien, Paul Thevenon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Réseaux, Télécommunications, Systèmes et Architecture
• Date : Soutenance le 20/12/2016
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Équipe de recherche en Télécommunications (Toulouse)
• Jury : Président / Présidente : Letizia Lo Presti
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Julien, Paul Thevenon, Letizia Lo Presti, Gonzalo Seco-Granados
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Letizia Lo Presti, Gonzalo Seco-Granados

Mots clés

Mots clés contrôlés

Taux de distorsion, Théorie du

Traitement du signal

Galileo, Système

Systèmes de communication

Transports aériens

Mots clés libres

GNSS

Traitement du signal

Distorsions du signal

Détection de distorsions

GNSS

Signal processing

Signal distortions

Signal quality monitoring

Résumé

Le GNSS est actuellement présent dans de nombreux domaines et permet le positionnement et la navigation. Parmi ces domaines, l’aviation civile a besoin d’une qualité de service élevée, notamment pendant les phases de vol les plus exigeantes en termes d’intégrité, de précision, de disponibilité et de continuité. Afin de satisfaire ces exigences, toutes les sources de dégradations potentielles du service doivent être prises en compte. Les distorsions des signaux GNSS générées par la charge utile du satellite sont un exemple de problème qui doit être pris en compte par l’aviation civile. Elles peuvent se manifester de deux manières différentes: les distorsions nominales générées par les satellites en fonctionnement normal et les distorsions non nominales générées lors d’une panne de la charge utile. Tout d’abord, cette thèse aborde le problème des déformations nominales affectant les signaux GPS L1 C/A et Galileo E1C. Différentes observations sont réalisées à partir de la visualisation de la fonction de corrélation ou du signal et par l’utilisation d’antennes à haut gain et d’une antenne omnidirectionnelle. Après l’observation des distorsions nominales, cette thèse aborde le sujet des distorsions non nominales du signal. En utilisant les travaux réalisés dans le passé par l’aviation civile dans le cadre du signal GPS L1 C/A, le but est de proposer de nouveaux modèles de distorsions associés aux nouveaux signaux GPS et Galileo qui vont être utilisés par l’aviation civile après 2020. Dans cette optique, de nouveaux modèles de menace (appelés TMs) pour les nouveaux signaux (GPS L5 et Galileo E5a et E1C) sont proposés. La dernière étape de cette thèse se focalise sur l’étude d’une technique capable de protéger un utilisateur de l’aviation civile contre les TMs proposés pour les nouveaux signaux. Cette technique appelée SQM est aujourd’hui implémentée dans les systèmes GBAS et SBAS pour détecter les distorsions de la fonction de corrélation dans le cadre des signaux GPS L1 C/A.

GNSS is used nowadays in various fields for navigation and positioning including safety -of-life applications. Among these applications is civil aviation that requires a very high quality of service for the most demanding phases of flight in terms of integrity, accuracy, availability and continuity. To meet these requirements any source of potential service degradations has to be accounted for. One such example is GNSS signal distortions due to the satellite payload which can manifest in two ways: nominal distortions that are generated by healthy satellites due to payload imperfections and nonnominal distortions that are triggered by a satellite payload failure. The thesis first looks at the nominal distortions through GPS L1 C/A and Galileo E1C signals. Different types of observations are used based on correlation or chip domain visualization, and using high-gain and omnidirectional antennas. After the observation of nominal distortions, the dissertation investigates the non-nominal distortions due to the payload failure. Supported by the groundwork performed by civil aviation on signal distortion for the GPS L1 C/A signal, this dissertation aims at proposing new distortions models associated to the new GPS and Galileo signals that will be used by civil aviation after 2020. In particular, new TMs for new signals (GPS L5, Galileo E5a and Galileo E1C) are proposed. Finally, in this dissertation is built an appropriate monitor, referred to as SQM that is able to detect any distortion from the proposed TMs (for new signals) that could lead to a position integrity failure. Regarding GPS L1 C/A signal monitoring, such SQM is today implemented in GNSS augmentation systems including GBAS and SBAS. The current monitors are based on the analysis of the correlation function.