Séminaire CCT PDS Centre de Compétence Technique - Positionnement et Datation par Satellite

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1 Séminaire CCT PDS Centre de Compétence Technique - Positionnement et Datation par Satellite Le simulateur GNSS au service des chaînes de réception Jeudi 10 novembre 2011 DIAGORA, Hémicycle Technopole de Toulouse Sud-Est - Rue Pierre Gilles de Gennes - BP LABEGE CEDEX Annonce Cette journée d animation dont le thème est : "le simulateur GNSS au service des chaînes de réception" est organisée à l'occasion de la soutenance de thèse d'amandine PROIA, qui a travaillé pendant trois ans sur l'étalonnage en absolu de chaînes de réception GNSS. Dans la même thématique, le CNES et Thales Alenia Space présenteront les travaux qu'ils mènent également sur l'évaluation des performances des chaînes de réception. Amandine PROIA a effectué une thèse de doctorat intitulée "Contribution à l'étalonnage en absolu de chaînes de réception GNSS". Cette thèse a été cofinancée par le BIPM et le CNES, et, codirigée par l'observatoire de Paris, le BIPM et le CNES. Ses travaux correspondent à l'état de l'art actuel. Ils sont dédiés aussi bien à l'établissement du Temps Universel Coordonné (UTC) qu'aux applications navigation. Ils ont fait l'objet de nombreuses publications aux conférences de références du domaine Temps- Fréquence (IEEE-IFCS, EFTF, PTTI). Et dans le cadre du joint meeting 2011 IEEE-IFCS et EFTF qui s'est tenu début mai à San Francisco, Amandine Proia s'est vue décerner un Student Award. Amandine PROIA soutiendra sa thèse de doctorat le 10 Novembre à Toulouse à partir de 14h00 devant le jury suivant : N. Capitaine (Observatoire de Paris), F. Vernotte (Observatoire de Besançon), Andreas Bauch (PTB : Physikalisch-Technische Bundesanstalt), P. Defraigne (Observatoire Royal de Belgique), C. Bourga (THALES TAS-F), P. Tuckey (Observatoire de Paris), G. Petit (Bureau International des Poids et Mesures) et G. Cibiel (CNES).

2 Programme Horaire/Durée 8h30-9h00 9h00-9h30 Présentation Accueil Introduction au séminaire Orateur : Lionel RIES Entité : CNES, France 9h30-10h00 L'élément clé : Le simulateur (partie I) Présentation générale Orateur : Joel DANTEPAL Voir résumé 1 10h00 10h30 L'élément clé : Le simulateur (partie II) Le simulateur Navys Orateur : Géraldine ARTAUD et Eric SENANT et Thales Alenia Space France Voir résumé 2 Pause 10h30 11h00 11h00-11h45 L'évaluation des chaînes de réception (partie I) Banc de caractérisation des récepteurs Orateur : : Géraldine ARTAUD Voir résumé 3 11h45-12h15 12h15-14h00 14h00 16h00 16h00 16h30 L'élément clé : Le simulateur (partie III) Le simulateur SPRING Orateur : Thierry CHAPUIS Voir résumé 4 Déjeuner L'évaluation (partie II) et l'étalonnage des chaînes de réception Soutenance de thèse intitulée "Contribution à l'étalonnage en absolu d'une chaine de réception GNSS" Orateur : : Amandine PROIA Thèse : CNES-BIPM Voir résumé 5 Cocktail fin de séminaire Contacts CNES : Gilles CIBIEL ([email protected]) Catalina RODRIGUEZ ([email protected]) Note : les présentations se feront en langue française, les supports pourront être en langue française ou anglaise

3 Résumés Résumé 1 : Présentation générale La réalisation de tests de récepteurs GNSS en laboratoire repose sur l utilisation de générateurs de signaux qui simulent les constellations GPS, Galileo et les satellites EGNOS et qui produisent un signal RF tel qu il serait reçu au niveau de l'antenne ou de l'étage RF du récepteur, en tenant compte de l'environnement spécifié. Lors de la réalisation de tests en laboratoire, il est possible de définir de manière précise les environnements, et les conditions de tests sont Paramétrables, Reproductibles et Maîtrisés Il est possible définir complètement les scénarios constitués de : l'état de la constellation GPS visible (GDOP), les niveaux de puissance des satellites, les trajectoire et dynamique du récepteur, l'environnement: masquage, blocage, multi-trajets Reproductibles. Il est possible de créer des cas particuliers et des configuration de la constellation permettant de mettre en avant un comportement particulier du récepteur. Cela permet de tester des fonctionnalités bien précises du récepteur en créant des scénarios adéquat. Il est possible de créer des cas de réception typiques dans de bonnes conditions de visibilités tout comme des cas très dégradés avec des signaux de faible puissance et une visibilité des satellites réduite. L automatisation des procédures de tests permet la réalisation d un grand nombre de tests identiques permettant ainsi l obtention de bonnes statistiques de mesures sur les grandeurs mesurées. La reproductibilité des tests permet de soumettre tous les Récepteurs aux mêmes tests dans les mêmes conditions. L inconvénient majeur de l utilisation d un simulateur de signaux GNSS est la difficulté de reproduire de manière complètement représentative l environnement réel. Ceci est du au manque de finesse des simulateurs de constellations pour émuler complètement les phénomènes de propagation (atmosphérique et multitrajets). Ces simulations, permettent toutefois de stimuler les récepteurs par un environnement synthétique approchant un environnement réel. Résumé 2 : Navys Navys est un simulateur de constellations GNSS flexible développé par TAS et Elta sous contrat CNES. Son développement a été initié de manière à répondre aux besoins croissants du laboratoire de navigation du CNES. Il fera parti d un banc de tests de récepteurs GNSS et d une chaîne d analyse bout en bout des signaux GNSS. Les récepteurs à tester seront de différents types et couvriront à la fois les récepteurs spatiaux, les récepteurs scientifiques et récepteurs du marché de masse. En plus de réaliser les fonctions standard de calcul de distance entre les satellites et le récepteur, le simulateur de constellation GNSS Navys permet de jouer des scénarios entièrement définis par l utilisateur comme par exemple des scénarios pour récepteurs spatiaux impliquant une forte dynamique. L utilisateur a accès à un grand nombre de fonctionnalités parmi lesquelles les trajectoires des satellites et de l utilisateur, les phénomènes de propagation atmosphériques (ionosphère et troposphère), la propagation multitrajets (modèles statistiques et déterministes), définition de signaux personnalisés (forme d onde, mapping, code, données de navigation, ). De plus Navys a été conçu de manière à générer des signaux multifréquences et large bande de manière à générer des positions précises au millimètre.

4 Résumé 3 : Banc de Tests Récepteurs L'objectif du Banc de Test Récepteurs (BTR) est de pouvoir comparer, en laboratoire, les performances de différents récepteurs GNSS dans des environnements et des conditions d utilisation à la fois représentatifs et reproductibles. Pour mener les tests à l aide du BTR, il est nécessaire : - de bâtir un certain nombre de cas de tests de référence, définissant la géométrie et la disponibilité des constellations GNSS, les environnements de réception (aspects géométriques et radiofréquences), et la dynamique du récepteur, - de générer des signaux RF tels qu'ils seraient reçus par le récepteur au niveau de l'antenne ou de l'étage RF, et ce, en tenant compte de l'environnement spécifié dans le cas de référence, - de récupérer les mesures et observables de ces récepteurs et générer directement des rapports d'évaluation correspondant au cas de référence joué et selon un format standard à définir. Le BTR est un moyen de laboratoire capable de comparer systématiquement les performances de tout type de récepteur, dans des environnements typiques et prédéfinis. Afin d évaluer la performance des récepteurs GNSS, plusieurs types de tests sont accessibles sur le BTR : 1. Des tests dits «unitaires» pour lesquels uniquement un point ou une métrique particulier est évalué. Ils indiquent une première estimation de la performance d un récepteur, et permettent l analyse, par exemple de : la précision statique et dynamique, la sensibilité, le temps de réponse (à chaud ou à froid) et la disponibilité. 2. Des tests relatifs aux algorithmes des récepteurs : enveloppe d erreur des multitrajets, prise en compte des SBAS, 3. Des tests consistant à reproduire en laboratoire un environnement synthétique le plus représentatif possible de l environnement réel afin d obtenir la reproductibilité et la maîtrise des tests. Cela nécessite l utilisation d un simulateur de constellation GNSS, de modèles numériques d environnement (Bâtiments 3D, Modèles numériques de Terrain), et de modèles de propagation représentatifs. Résumé 4 : Le simulateur SPRING Le développement du simulateur SPRING (Simulateur des Performances d'un Récepteur Intégrant la Navigation par GNSS) vient de démarrer. Ce simulateur offrira les services suivants : - Traitement (temps réel ou post-traitement) des données générées par un récepteur GNSS et affichage des données de navigation - Simulation de niveau 1 : couvre des simulations à l'échelle mondiale ou régionale. Ces simulations permettront d analyser l évolution des performances de localisation lors du déploiement des futures constellations. Il n y a pas d interaction avec un environnement 3D. Les seuls paramètres permettant de modifier les conditions de réception, sont une élévation minimum en un point donné et un diagramme d antenne du récepteur - Simulation de niveau 2 : couvre les simulations au niveau local. L objectif est d estimer la performance de précision en environnement contraint et en particulier en milieu urbain. Cette estimation s appuiera sur un modèle de récepteur qui permettra d estimer l erreur due aux multitrajets en fonction de l environnement proche du récepteur. Le simulateur comportera également une fonction de calcul de pseudo-distance en utilisant les données contenues dans les fichiers éphémérides diffusées. Cet environnement sera défini par un modèle 3D qui décrira la géométrie et les paramètres nécessaires pour calculer la propagation de chaque signal GNSS. La simulation pourra être lancée sur une grille de points localisée sur la carte 3D ou sur une trajectoire également située également à l intérieur du modèle 3D

5 L'exposé couvrira la présentation des principaux services, des interfaces du simulateur, des principes de validation et du plan de développement qui prévoit la livraison d'une première version en Mai 2012 et de la version finale début Résumé 5 : Thèse "Contribution à l'étalonnage en absolu d'une chaine de réception GNSS" Le temps de référence international est établi par le Bureau International des Poids et Mesure (BIPM) qui compare les données de plus de 300 horloges atomiques réparties partout dans le monde. Le transfert de temps et de fréquence par GNSS (Global Navigation Satellite System) est le moyen le plus utilisé actuellement pour réaliser ces comparaisons. Elles sont possibles grâce à des chaînes de réception composées d une antenne, d un câble et d un récepteur "temps" qui doivent être évaluées et étalonnées périodiquement pour assurer l exactitude et la stabilité long terme de ces liens de temps. La mesure d étalonnage consiste à déterminer le retard électrique accumulé par le signal lors de son acquisition par la chaîne de réception GNSS. Ce travail de thèse s est porté sur le développement et l optimisation de la méthode d étalonnage en absolu qui vise à déterminer indépendamment le retard de chaque élément d une chaîne de réception GNSS (récepteur temps, câble et câble d antenne) avec une incertitude globale inférieure à une nanoseconde. La méthode d étalonnage en absolu peut aussi permettre de caractériser les performances et la sensibilité environnementale de chacun des composants du système d acquisition.