Étude et réalisation d’un nouveau système de référence spatio-temporel basé sur des liens inter-satellites dans une constellation GNSS

Study and realization of a new spatio-temporal reference system based on inter-satellite links in a GNSS constellation

• Auteur / Autrice : Edouard Richard
• Direction : Peter Wolf, Pacôme Delva
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique
• Date : Soutenance le 27/01/2016
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes de référence temps-espace (Paris ; 1998-2024)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Daigne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvain Loyer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascale Defraigne, Gilles Métris

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Localisation par satellites, Systèmes de

Relativité générale (physique)

Mots clés libres

GNSS

Liens inter-satellite

Simulation numérique

Positionnement

Système de référence

Relativité générale

Transfert de temps

Inter-satellite links

Positioning system

General relativity

Résumé

L'exactitude délivrée par les systèmes de positionnement globaux par satellites (GNSS) est un facteur clé pour de nombreuses applications scientifiques telles que le positionnement de points géodésiques ou d’autres satellites, l'établissement de systèmes de référence spatio-temporels, la synchronisation d’horloges ou encore l'étude directe du lien pour sonder l’atmosphère. L'augmentation de la constellation GNSS avec des mesures de pseudo-distances entre les satellites est une option prometteuse pour améliorer l'exactitude du système. Plusieurs études présentent l'apport qualitatif de ces liens inter-satellites (ISL), mais ne permettent pas de mesurer efficacement l'impact quantitatif de cette technologie. Dans cette thèse, nous avons effectué une étude différentielle entre un système classique (possédant seulement des liens standards espace-sol) et un système augmenté avec des ISL. Les deux systèmes sont étudiés sous les mêmes hypothèses et à travers le même code de calcul. Celui-ci est composé de deux parties distinctes et autonomes : une simulation d’observables sous la forme de pseudo-temps de vol bruités, et une analyse qui délivre, après ajustement des paramètres, les bilans d’erreurs quantitatifs. La comparaison des bilans d'erreurs quantitatifs associés aux deux systèmes nous permet d’établir, pour une même application donnée, les différences de performance relatives entre les deux systèmes. Les résultats obtenus permettent de franchir un pas de plus vers la validation de l’apport des liens inter-satellites et sont à considérer pour les versions futures des systèmes de navigation par satellites.

The accuracy reached by the Global Navigation Satellite Systems (GNSS) is critically important for many scientific applications such as geodetic point or satellite positioning, space-time reference frame realization, clocks synchronization or the study of the links to probe the atmosphere. One option for improving the system accuracy is the use of inter-satellite pseudo-range measurements, so called inter-satellite links (ISL). Several studies have shown the qualitative interest of ISL but do not allow to efficiently measure the quantitative impact of this new technology on space-time positioning. In this thesis, we present a differential study between a standard system (with standard satellite-to-ground links only) and system augmented by ISL. The two systems are compared under the same hypothesis and simulated within the same software. The software is made of two distinct and independent parts : the simulation which generates the noisy pseudo-ranges, and an analysis which uses a non linear adjustment procedure in order to recover the initial parameters of the simulation and compute the quantitative error budgets. For a given application, the quantitative comparison between the error budgets of both systems allow us to highlight the relative merits of the two configurations. Our results are a further step in the characterization of the interest of ISL and should prove useful for the design of future satellite navigation system design.