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Émulation temps réel de signaux de navigation satellite

Lacasse, David (2009). Émulation temps réel de signaux de navigation satellite. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Depuis quelque temps, il apparaît fréquemment de nouveaux produits sur le marché contenant un récepteur GPS. Les cellulaires en sont un exemple. Les récepteurs GPS se généralisent depuis plusieurs années dans les voitures avec leur coût abordable. Cette disponibilité à faible prix en fait un atout majeur pour les flottes de véhicules tel que la poste, la livraison, le transport de marchandises, etc. Un nouveau marché s'ouvre alors pour la gestion des grandes flottes de véhicules, en particulier les véhicules de polices et les taxis.

Le marché de l'aviation n'est pas en reste non plus. Ce marché des récepteurs GPS de précision ne fait que s'accroître avec l'augmentation du trafic aérien.

Pour les concepteurs de récepteur GPS et du futur Galileo, il s'avère important d'augmenter l'efficacité de concepfion et de vérification des divers produits. La méthode la plus utilisée à cause de son faible coût est de disposer une antenne sur le toit d'un édifice et de faire passer 50 mètres de câbles et plus pour se rendre au laboratoire de test. C'est quand même efficace malgré la perte de qualité de signal dans le câble. Par contre, cela permet seulement de vérifier une position fixe. Pour tester les récepteurs en mouvements, il faut sortir à l'extérieur dans un véhicule avec un équipement volumineux souvent peu abordable puisqu'il faut un équipement portable. La portabilité coûte habituellement beaucoup plus cher.

La solution à ces problèmes est de posséder un simulateur de signaux GPS et Galileo. Sur le marché actuel, il y a déjà des simulateurs de signaux GPS pouvant s'élever à plus de 500 000$. Le LACIME est en train de développer un simulateur de signaux GPS et Galileo permettant de diviser par 5 et même par 10 le coût d'achat d'un simulateur. Le présent mémoire expliquera brièvement les différentes sections de ce projet d'envergure de même que la conception en détail d'un circuit imprimé comprenant des convertisseurs numériques à analogiques servant à sortir les signaux GPS et Galileo en bande de base.

Ce projet est basé sur un FPGA {Field-Programmable Gaie Array) qui permet d'avoir une architecture flexible pour suivre les développements futurs de Galileo. Cette approche permet aussi de mettre à jour le matériel tout en effectuant seulement des modifications mineures au logiciel.

Des résultats préliminaires du simulateur seront présentés de même que les résultats de la conception du circuit imprimé. Une nette amélioration de la plage dynamique de plus de 20 dB a été observée avec la nouvelle carte des convertisseurs numériques à analogiques comparée à la carte existante. Du côté de la réception GPS on remarque un léger lissage des résultats dû à une meilleure précision. Mais tant que le simulateur n'est pas complété du côté logiciel, on ne peut vérifier l'ampleur et la qualité des résultats qu'il sera possible d'obtenir.

Titre traduit

Real time emulation of navigation satellite signal

Résumé traduit

Since the beginning of the 21st century, there has been a marked increase in the number of mass market products that integrale GPS receivers. While cellular phones are only the latest example, GPS receivers have been present in cars for several years. They have proven to be a major asset for fleets of vehicles such as mail delivery, freight transport, etc. As costs decrease even further, new market open for the management of large fleets of vehicles, especially police vehicles and taxis.

Simultaneously with this cost decrease we also see an increase in precision. These factors are contributing to the appearance of GPS in the aviation market. The market for precision GPS receivers is increasing as fast as the air traffic.

To take advantage of these opportunities, it is important for GPS and Galileo manufacturers to reduce time-to-market. For the designer, a major lime consuming task is the test and validation of a receiver. The most common method because of ils low cost is to hrve an antenna on the roof of a building and to bring the signal to the laboratory via 50 meters or more of cable. This technique has two major drawbacks. First there is a significant signal loss in the cable but more importantly it can only test for a static position. Doing vehicular tests is much more expensive and still has geographical limitations.

In this master's thesis we present the development of a real-time hybrid GNSS (Global Navigation Satellite System) simulator that addresses these concems. GPS signals simulators are available on the market at a cost of $500000 or above. This project attempts to develop a hybrid (GPS and Galileo) GNSS simulator that reduces the cost of a simulator by a factor of 5 to 10 while maintaining the signal quality. The thesis briefly explains the different secfions of this project but more specifically the detailed design of a printed circuit including digital to analog converters used to output the GPS and Galileo signals at an intermediate IF of 70 MHz.

This System is based on a Field-Programmable Gate Array (FPGA) that has the flexibility to follow the evolution of the Galileo System. This approach also allows hardware updates with minimum software changes.

Preliminary results of the new digital processing board will be presented. An improvement in dynamic range of more than 20 dB was observed with the new System compared to a commercially available signal processing board.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie électrique." Comprend des réf. bibliogr.
Mots-clés libres: analogique, convertisseur, emulation, fpga, galileo, gnss, gps, haut, navigation, numerique, numerique-analogique, projet, reel, satellite, signal, simulateur, temps, vitesse
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Belzile, Jean
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Kouki, Ammar B.
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt: 12 août 2010 20:40
Dernière modification: 12 janv. 2017 00:23
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/60

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