Une vision de la géolocalisation et des technologies associées

Report
Navigation Group
Une vision de la géolocalisation et
des technologies associées
Nel SAMAMA
Groupe Navigation
Telecom SudParis
Institut Mines-Telecom
Géolocalisation: ça sert à quoi?
Navigation Group
Dans les temps anciens
Revenir à son point de départ, principalement en mer
Préparer sa route
Se partager le Monde …
Dans les temps récents
Se déplacer efficacement dans une zone plutôt inconnue (navigation!)
Aujourd’hui … et demain
Comme avant, mais en plus relier le virtuel au réel
Géolocalisation et Recherche?
Navigation Group
Communauté « Positionnement »
Indoor
Fusion de constellations, de signaux, etc.
Hybridation
Communauté « Télécommunications »
Services et applications
Optimalisations diverses (routage, etc.)
Réseaux véhiculaires (Echanges infrastructures  terminaux)
Positionnement (aussi!)
Communautés « Energie », « Environnement », …
Géolocalisation: c’est quoi en réalité?
Navigation Group
Un ensemble de données d’espace et de temps
Pas indispensable (on s’en passe bien pour le moment dans de nombreux domaines)
Certainement fort utile à des fins « d’optimalisation »
Ayant un lien « assez clair » avec la « mobilité »
Avec des moyens techniques associés
Très divers dans les approches et les technologies
Très divers dans les performances
Très divers dans les niveaux de maturité
Mais nous ne sommes qu’au tout début de l’histoire …
Horloge individuelle portative synchronisée (fin XVIIIème)
Positionnement individuel portatif synchronisé (fin XXème)
Géolocalisation: y a-t-il un besoin?
Navigation Group
Pour le grand public
Des choses existent mais si on veut aller plus loin il faudrait
 adresser le problème de la continuité du service …
… à coût quasi nul (pour l’infrastructure et le terminal) …
… sans « réelles » spécifications utilisateurs (ou « trop »)
Dans le domaine professionnel
Les évolutions actuelles sont incrémentales et il faut toujours penser
en termes de fiabilité et de performances
Pour la recherche
Les travaux sont menés sans échanges entre les communautés !
Alors que fait-on avec la géoloc ?
Navigation Group
Il apparaît ainsi assez clairement
 qu’il existe de nombreuses pistes technologiques (actuelles et futures)
 qu’elles présentent toutes de fortes limitations
 que les diverses communautés n’interagissent que faiblement
► Il me semble manquer la volonté d’échanger et de mutualiser (ce
qui réclame un réel effort il est vrai) afin de chercher à dépasser l’horizon
proche
► Nous sommes très disponibles pour aller dans ce sens … et plein
d’énergie !  RT 8 ?
Navigation Group
Nos travaux dans ce contexte:
une approche de la
continuité du service de positionnement
Les nombreuses solutions
Navigation Group
De nombreuses solutions ont été proposées
Techniques
Network of sensors
Vision based
QR Code / Bar Code
RF ID
WLAN
UWB
Cell-Id
Radar
E-OTD (2G) / TDOA (3G)
GNSS
A-GNSS
Pseudolites
Transmitters
Inertial
...
Indoors
1 cm to few meters
few cm
few cm to 1 m
<1m
few m
10 cm
500 m to 10 km
few cm
>> 200 m
Not Available
few m to Not Available
10 cm
few dm to few m
< 1 m (time dependent)
...
Source: Global Positioning, Wiley
Outdoors
Not Suitable*
< 1m
few cm to 1 m
<1m
Not Suitable*
Not Suitable*
100 m to 10 km
few cm to few m
< 100 m
a few m
a few m
a few m
a few m
< 1 m (time dependent)
...
Approche WiFi
Navigation Group
Positionnement WLAN symbolique
Définition de zones géographiques
 en fonction du niveau du signal reçu (RSSI)
 pour chaque point d’accès
Calcul par intersections de zones
45.1120
Actual
location
Symbolic positioning
resulting area
Résultat obtenu
 symbolique
 peu précis
 fiable
 Adaptable à toutes les
configurations
AP3
AP4
AP2
AP1
Calculated
location
45.1116
7.6703
7.6710
Approche Réseaux Connectés
Navigation Group
Exploitation de l’ensemble des liens radio entre terminaux
Définition d’un « environnement » de simulation
Utilisation de diverses
« technologies »
 WiFi, BT, UWB,
GSM/UMTS, GPS, Pseudolites,
etc.
Choix d’une densité de nœuds de diverses technologies
Graphe géographique estimé et liens
20
15
10
200
5
0
200
150
100
150
100
50
50
0
-50
0
Approche Radar et tags actifs
Navigation Group
Principe du système de localisation en coordonnées polaires en 2D
6-7GHz
Duplexeur
7.5-8.5 GHz
BPF: filtre passe bande
LPF: filtre passe bas
Mesures de distances en TR-UWB
Navigation Group
Principe de la Time Delayed Sampling & Correlation (TDSC)
Envoi d’un doublet décalé dans le temps
Premiers résultats
TD
Référence transmise
Impulsion d’information
Corrélation
Vitesse de corrélation
Résultats expérimentaux
Les nouveaux utilisateurs
Navigation Group
Omniprésence du GPS … de GLONASS, de Galileo, de Beidou, …
Approches GNSS Indoor
Navigation Group
“Les Répélites”
Répélite 2
Répélite 4
Répélite 1
Signal
Générateur de signal
Generator
Répélite 3
12
cable
23
d2
PRIk PRj + cable +
 uw + dk
d3
34
d4
d1
Receiver
Mesures de la porteuse possibles
Synchronisation automatique
Positionnement dynamique
Effet d’éblouissement
Multi-trajets
Approches GNSS Indoor
Le Near-Far dans le système « répélites »
Navigation Group
Générateur de
Répélite 1 Répélite 2
Séquence maximale
Répélite i
Suppression
de l’éblouissement
Principe général
 la transmission de deux codes retardés et en opposition de phase
 des traitements spécifiques au niveau du récepteur afin d’éliminer les
termes d’interférence
 l’utilisation d’une séquence maximale
Répélite n
Approches GNSS Indoor
Multi-trajets et système « répéteurs »
Navigation Group
Multi-trajets: l’approche proposée
SMICL: Short Multipath Insensitive Code Loop
Pour des muti-trajets inférieurs à ½ chip (146m), on montre que
IE  IL
2
QE  QL
2


A k cos(  k  ˆ )
0 k  N


A k sin(  k ˆ )
0 k  N
Ainsi, le discriminateur proposé (SMICL)

D  IE  QE
2
2



   IP 

2

2

 
 Ak cos(  k ˆ )    QP  2
0 k  N
 
 
ˆ
 Ak sin(  k  )  
0 k  N
 
Peut être obtenu avec les corrélateurs classiques E, L et P

D  IE  QE
2
Avantages
2

2
2

 IE  IL  
 QE  QL  
   IP 
   QP 
 

2 2  
2 2    

 Simple: pas besoin de hardware spécifique
 Temps réel
2
Approches GNSS Indoor
Multi-trajets et système « répéteurs »
Navigation Group
SMICL – enveloppes des erreurs (simulations)
0,5
In-phase multipath SMICL
Out-of-phase multipath SMICL
In-phase multipath NC
Out-of-phase multipath NC
In-phase multipath SDLL
Out-of-phase multipath SDLL
Code loop tracking error (chip)
0,4
0,3
0,2
0,1
0
-0,1
-0,2
-0,3
0
0,125
0,25
0,375
0,5
0,625
0,75
0,875
1
1,125
1,25
1,375
1,5
Multipath relative delay (chips)
Récepteur non filtré
Approches GNSS Indoor
L’amélioration de la précision dans le système « répélites »
Navigation Group
Afin d’améliorer la précision du positionnement
 Approche classique de lissage du code par la porteuse
 mesures de code non ambigües
 mesures de code "précises"
OK
Problème:
Le code est trop bruité en intérieur, principalement
à cause des travaux multiples
SMICL
Approches GNSS Indoor
Premiers résultats en positionnement relatif
Navigation Group
Positionnement
relatif:
position
initiale
connue
Précision bien en
dessous
du mètre
en relatif
Approches GNSS Indoor
Premiers résultats en positionnement absolu
Navigation Group
Positionnement
absolu:deposition
initiale
inconnue
Moyenne des mesures
codes sur
10 secondes
Position initiale
partiellement résolue
Approches GNSS Indoor
Version actuelle du système
Navigation Group
typique
Précision bien en dessous du mètre en Déploiement
relatif
Approches GNSS Indoor
Derniers résultats en positionnement relatif
Navigation Group
Résultats stabilisés et représentatifs de l’approche
Navigation Group
Notre proposition de continuité globale
CEA-LIST/LISA & IMT/Groupe Navigation
Les techniques retenues pour l’extérieur
 GNSS
 Inertiel
Les techniques retenues pour l’intérieur
 GNSS Indoor
 Inertiel
Signal
Generator
23
d2
PRIk PRj + cable +
Les grandes lignes
12
cable
 uw + dk
d3
34
d4
d1
Receiver
 Couvrir le large éventail des environnements indoor
 En combinant radio (larges espaces) et inertiel (milieux plus confinés)
 Ce qui permet un calibrage régulier de l’inertiel
 Continuité globale entre extérieur (GNSS+Inertiel) et intérieur
(GNSS+Inertiel)!
 Complément des systèmes actuels également pour l’extérieur!!

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