Mise en oeuvre en temps réel d'un récepteur hybride GPS-GALILEO

Sauriol, Bruno (2008). Mise en oeuvre en temps réel d'un récepteur hybride GPS-GALILEO. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le début du 21e siècle marque un tournant au niveau de la radionavigation par satellite. Parmi les événements importants, mentionnons l'avènement de Galileo, le tout nouveau système de positionnement de l'Union européenne, ainsi que la modernisation du GPS {Global Positioning System) des États-Unis. On prévoit que ces systèmes, regroupés sous l'acronyme GNSS {Global Navigation Satellite System), mettront à la disposition des utilisateurs civils une très grande quantité de signaux vers les années 2015, ceci permettant un positionnement d'une précision et d'une fiabilité sans précédent. Or, tout ce potentiel ne sera obtenu que par l'intégration des signaux GNSS, une tâche pouvant s'avérer très complexe compte tenu des technologies limitées de recherche et de développement (R&D)actuellement employées par l'industrie.

Ce mémoire présente la mise en oeuvre en temps réel d'un récepteur de navigation par satellite GNSS hybride (GPS et Galileo). Ce projet, basé sur un FPGA {Field-Programmable Gâte Array), constitue une avance technologique face aux procédés actuellement employés par l'industrie, qui sont coûteux et peu flexibles. Ceci pennettrait donc d'offrir une solution intéressante aux problèmes d'intégration des signaux GNSS.

Le récepteur de navigation a été développé afin de démoduler les signaux GPS et Galileo en bande de fréquence Ll (1575,42 MHz). L'architecture système demeure toutefois très flexible et permettrait bientôt de démoduler des signaux en bande L2 (1227,6 MHz) et L5 (1176,45 MHz), par exemple. Le récepteur a été mis en oeuvre via l'élaborafion de trois principales sections, soit la tête radiofréquence (RF), les canaux de démodulation en fréquence intermédiaire (IF) et la solufion de navigation en bande de base.

L'architecture, principalement numérique, a été judicieusement développée de manière à permettre l'intégration de plus de 50 canaux de démodulation au sein d'un même FPGA. De plus, l'utilisation d'un ordinateur personnel (PC) afin de calculer la solufion de navigation a permis d'obtenir des performances encore jamais égalées, permettant une fréquence de mise à jour de la posifion de 1 kHz en temps réel.

Le récepteur développé a été validé de plusieurs façons, que ce soit par simulation en temps réel à l'aide d'un simulateur de constellation GNSS, ou encore directement à l'extérieur grâce à de vrais signaux GPS et Galileo. Les performances du récepteur ont aussi été étudiées, ce qui a permis de déterminer une précision de 2,2 m RMS horizontalement et de 4,5 m RMS verticalement au niveau du positionnement à l'aide du GPS seulement. De plus, un temps de démarrage de moins de 16 s a pu être mesuré ainsi qu'une capacité de poursuivre les signaux jusqu'à un ratio C/No de 30 dB Hz. Or, toutes ces caractéristiques sont similaires aux récepteurs de navigation que l'on retrouve présentement sur le marché, ce qui indique un très bon fonctionnement pour un premier prototype.

Titre traduit

Development of a real-time hybrid GPS and GALILEO receiver

Résumé traduit

The 21st century announces major changes in the area of satellite radio navigation. The advent of Galileo, the brand new satellite positioning system designed by the European Union, along with the United-States' Global Positioning System (GPS) modernisation, are among those changes. Those systems, brought together under the name "Global Navigation Satellite System" (GNSS), should make available a tremendous number of signals for civilian applications by 2015, thus offering better than ever accuracy and reliability. However, all the possibilities offered by those GNSS systems should be only obtained by tight receiver integration, yet a complex task considering the Research and Development (R&D) technologies currently used in the industry.

This master's thesis presents the development of a real-time hybrid GNSS (GPS and Galileo) receiver. This project is based on a Field-Programmable Gate Array (FPGA), which is a significant advance compared to the expensive and lowly flexible technology currently used in the industry. A FPGA-based approach could actually be an interesting solution to the GNSS signals integration problem.

The receiver has been developed in order to demodulate Ll-band (1575.42 MHz) GPS and Galileo signals. However, due to the receiver high level of flexibility, L2-band (1227.6 MHz)and L5-band (1176.45 MHz) signals could be soon processed, for example. The development of the receiver has been done in three major steps: the development of the Radio Frequency(RF) front-end, the Intermediate Frequency (IF) demodulation channels and the baseband navigation solution. The system architecture, mostly digital, has been designed to allow the integration of over 50 demodulation channels in a same FPGA. Besides, the computation of the real-time navigation solution using a Personal Computer (PC) offers astounding performances with position update rates of up to 1 kHz.

The developed receiver has been validated through a series of various real-time tests using a GNSS constellation simulator. Real GPS and Galileo signals have been also directly used outside. The receiver performance is another point that has been studied. Tests allowed us to determine a positioning precision of 2,2 m RMS horizontally and 4,5 m RMS vertically. Moreover, times to first fix below 16 s have been monitored, along with minimal C/No trackdown ratios of 30 dB-Hz. All these characteristics are quite similar to current on-market receivers, clearly showing the very good performance of our first prototype receiver.

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." Bibliogr. : f. [302]-308.
Mots-clés libres:	architecture, c/a, demodulation, galileo, gnss, gps, ps/galileo, hybride, l1, logiciel, mise, navigation, oeuvre, recepteur, reel, satellite, signal, temps, test
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Landry, René Jr.
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt:	11 août 2010 13:02
Dernière modification:	20 déc. 2016 23:56
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/103

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