Guidage pour l’intérieur au moyen de la radio cognitive

Mise en contexte

Avec la venue des nouveaux systèmes Galileo et Compass ainsi que la modernisation des systèmes GPS et Glonass, de nouveaux satellites, signaux et fréquences feront leur apparition dans les prochaines années. Ces éléments vont ouvrir la porte à d’innombrables applications dans une multitude de domaines, dont la téléphonie. Il sera sous peu possible pour la téléphonie mobile de faire usage des systèmes de navigation pour établir le positionnement à l’intérieur des bâtiments, environnement actuellement difficile pour ces types de signaux.

Problématiques

Les signaux de navigation GPS ne peuvent pas être bien captés à l’intérieur des bâtiments parce que leur intensité est trop faible. Il est presque impossible d’acquérir et de suivre les signaux de façon autonome, l’importance des obstacles leur causant une forte atténuation (tableau 1).

Tableau 1 Atténuation du signal causée par différents obstacles [1]

 

De plus, le positionnement à l’intérieur est aussi soumis à des problèmes de multi-trajets, d’interférences et de brouillages (figure 1).

Objectifs

Ce projet de recherche a pour objectifs de :

• développer de nouvelles méthodes et architectures de récepteur GNSS de haute sensibilité, robustes aux interférences
• concevoir de nouveaux algorithmes intégrés dans un récepteur GNSS hybride capable de fonctionner à l’intérieur des bâtiments en utilisant :
  • tous les signaux GNSS;
  • l’approche de détection collective pour l’acquisition des signaux satellites;
  • les nouveaux concepts de la radio cognitive.

L’objectif final est de concevoir un nouveau récepteur cognitif de haute sensibilité (High Sensitivity – Cognitive GNSS Receiver) permettant de recevoir de façon optimale les nouveaux signaux GNSS.

Méthodologie

La méthodologie prévoit l’utilisation de la technologie de radio cognitive en complément à la technologie de radio logicielle sur une plate-forme intégrant les récepteurs des quatre grands systèmes de navigation (GPS, Glonass, Galileo et Compass). Pour Benmammar [2], « le terme radio cognitive (CR) est utilisé pour décrire un système ayant la capacité de détecter et de reconnaître son cadre d’utilisation, ceci afin de lui permettre d’ajuster ses paramètres de fonctionnement radio de façon dynamique et autonome et d’apprendre des résultats de ses actions et de son cadre environnemental d’exploitation. »

Dans l’article « La radio logicielle au service de l’efficacité aéronautique » paru dans Substance ÉTS, William Coady et René Jr. Landry définissent la radio logicielle comme étant « un équipement permettant d’émettre et de recevoir des communications radio. Contrairement aux équipements dédiés, leur fonctionnement est défini par un logiciel écrit par l’utilisateur. Une même radio peut donc être utilisée pour une multitude de tâches. De plus, ces radios sont reprogrammables en tout temps. [3] »

L’optimisation du récepteur permettra d’accroître sa sensibilité afin d’atteindre un niveau de 6 dB de plus au minimum de ce que fait l’industrie actuellement tout en conservant une bonne précision de positionnement. La radio cognitive sera exploitée pour que le récepteur fonctionne de façon intelligente et autonome (sélection des meilleurs satellites à traiter) et utilise les ressources disponibles de façon optimale (figure 3).

Concept de la radio cognitive

La technologie de radio cognitive (CR) a connu du succès dans le domaine des télécommunications et est depuis peu proposée dans la navigation par satellites. Le tableau 2 montre que la technologie de radio cognitive présente plus de flexibilité que la radio logicielle (SDR). C’est pour cette raison que son implantation a été proposée sur la plate-forme utilisée au laboratoire LASSENA. Il suffit en fait d’ajouter une couche cognitive supplémentaire à toute la partie SDR déjà mise en œuvre pour avoir un système encore plus flexible et plus intelligent. De plus, les propriétés radio spécifiques présentées au tableau 2 (collecte des informations sur l’état des canaux, apprentissage sur l’environnement et expérimentation pour différentes configurations) sont indispensables pour la conception du nouveau récepteur proposé.

Tableau 2 Comparaison des technologies radio SDR et CR [4]

La suite

L’article intitulé Un récepteur cognitif pour le guidage à l’intérieur présentera l’architecture du récepteur cognitif de haute sensibilité (High Sensitivity Cognitive GNSS Receiver – HS-CGR), l’expérimentation réalisée et la conclusion.

Ce projet de thèse est effectué en cotutelle entre l’École de technologie supérieure de Montréal (ÉTS) et l’Institut supérieur de l’aéronautique et de l’espace (ISAE) de Toulouse, France.

Article de recherche

Un article portant sur la détection collective intitulé A new Method of Collective Acquisition of Multiple GNSS Satellite Signals in Challenging Environments a été présenté à la conférence Navitec qui avait lieu du 3 au 5 décembre 2014 à Noordwijk, Pays-Bas.