Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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TITRE : Procédé de détection d'un masquage d'un ou plusieurs satellites,
dispositif
électronique de détection et produit programme d'ordinateur associé
La présente invention concerne un procédé de détection d'un masquage d'un ou
plusieurs satellites par un obstacle pour un récepteur GNSS embarqué sur un
porteur
mobile.
La présente invention concerne également un dispositif électronique de
détection
et un produit programme d'ordinateur associé à ce procédé.
L'invention est applicable au domaine du suivi de position d'objet(s)
mobile(s) par
satellites. Plus particulièrement, l'invention est applicable pour des
véhicules terrestres
automobiles et ferroviaires, des véhicules maritimes, des véhicules aériens,
et pour un
objet porté par un utilisateur.
De manière connue en soi, le positionnement d'un objet est réalisable à partir
d'un
récepteur GNSS recevant des signaux GNSS issus de satellites.
La dénomination GNSS fait référence à la Géolocalisation et Navigation par un
Système de Satellites. Un exemple d'un tel système est le système GPS (de
l'anglais
Global Positionning System) ou encore le système GALI LEO.
Un satellite est dit visible pour un récepteur GNSS, si le récepteur GNSS
reçoit
des signaux GNSS issus de ce satellite.
Un satellite est dit visible et accroché si le récepteur GNSS produit des
mesures
de pseudo-distance entre son antenne et celle du satellite et démodule un
message de
navigation contenu dans un signal du satellite.
Lorsque le récepteur GNSS évolue dans un milieu dégagé, la réception, par le
récepteur, de signaux GNSS issus de 4 satellites distincts est généralement
suffisante
pour déterminer la position du récepteur GNSS dans l'espace.
La détermination de cette position est notamment effectuée en fonction du
temps
de trajets des signaux GNSS issus de chaque satellite.
Dans un environnement dégagé, c'est-à-dire dépourvu d'obstacles, un trajet
parcouru par les signaux GNSS, émis par chaque satellite et reçus par le
récepteur
GNSS, est sensiblement linéaire et direct. Dans un tel cas, les signaux sont
dits directs.
Le terme direct qualifie ici un trajet, parcouru par des signaux, sans
rebond sur
une quelconque surface avant d'atteindre sa cible.
Cependant, lorsque l'environnement est encombré par au moins un obstacle, tel
qu'un immeuble ou tout autre objet présent notamment dans le milieu urbain, la
réception
de signaux GNSS n'est plus uniquement directe.
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Plus précisément, les signaux GNSS issus d'au moins un satellite sont
susceptibles de rebondir sur au moins une surface du ou des obstacles, avant
d'atteindre
le récepteur GNSS. De tels signaux sont dits indirects, en opposition aux
signaux directs.
Dans le cas où le récepteur reçoit, d'un même satellite, à la fois des signaux
directs et indirects, le récepteur est dans une situation dite de multi-
trajets (de l'anglais
multipath).
En situation de multi-trajets, si l'amplitude des signaux indirects est faible
devant
celle des signaux directs, alors des procédés connus, notamment basés sur des
multi-
corrélateurs, permettent de rejeter les signaux indirects et donc de
s'extirper de la
situation de multi-trajets.
Toutefois, lorsque l'amplitude des signaux indirects domine celle des signaux
directs, les procédés précités sont inefficaces. Une telle situation est
nommée NLOS (de
l'anglais Non Line of Sight).
Les situations de NLOS apparaissent notamment lorsque le porteur mobile,
embarquant le récepteur GNSS, évolue dans un environnement encombré. Comme
expliqué précédemment, un environnement encombré peut comprendre toute
structure,
naturelle ou artificielle, susceptible de s'interposer sur le trajet entre le
récepteur GNSS et
un satellite. Ainsi, la structure masque le satellite, du point de vue du
récepteur GNSS.
Cela conduit alors à une forte atténuation de l'amplitude des signaux directs
relativement
à celle des signaux indirects. Une telle situation de NLOS est représentée en
figure 1 où
les signaux directs sont notés D et les signaux indirects sont notés M.
Dans une situation de NLOS, la détermination de la position du récepteur est
altérée. En effet, la distance, entre le satellite masqué et le récepteur, est
fictivement
allongée à cause de la ou des rebonds des signaux issus du satellite masqué
sur une ou
des surfaces des structures. Dans l'exemple de la figure 1, la position
déterminée du
récepteur est alors la position P'.
L'homme du métier notera qu'il est impossible pour un récepteur GNSS de savoir
a priori si les signaux GNSS reçus sont directs ou indirects.
Les documents "An unscented Kalman filter-based maximum likelihood ratio for
NLOS bias detection, A.Giremus et al, EUSIPCO 2008" et "Detecting, estimating
and
correcting multipath blases affecting GNSS signais using a marginalized
likelihood ratio-
based method, C. Cheng et al, ISAE, 2016' décrivent des procédés de détection
de
situation NLOS et de détermination, d'un ou des satellites, parmi une
constellation de
satellites, responsable de la situation NLOS. Pour cela, ces procédés évaluent
un rapport
de vraisemblance logarithmique (de l'anglais log-likelihood ratio) associé à
l'apparition
d'un biais dans les signaux GNSS reçus de la part d'un satellite respectif.
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Cependant, ce procédé induit une grande charge de calcul. Une telle charge de
calcul est notamment discriminante pour des systèmes embarqués ayant une
puissance
de calcul modérée.
Le but de l'invention est donc de fournir un procédé de détection d'un
masquage
d'un ou plusieurs satellites.
A cet effet, l'objet de l'invention est un procédé de détection d'un masquage
d'un
ou plusieurs satellites par un obstacle pour un récepteur GNSS embarqué sur un
porteur
mobile, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- réception en continu, à chaque instant d'acquisition et pour chacun de M
satellites, d'une mesure de pseudo-distance de code et d'une variation de
pseudo-distances de porteuse, M étant un nombre entier ;
- calcul d'une position résolue du récepteur et d'une position calculée de
chaque
satellites ;
- détection d'un masquage d'au moins un satellite à partir des sous-étapes
suivantes :
- pour chaque satellite et pour chaque instant de réception, calcul, à un
instant de calcul, d'une pseudo-distance calculée à partir de la position
résolue du récepteur et de la position calculée de chaque satellite et
calcul d'une pseudo-distance reconstituée à un instant antérieur à partir
de la pseudo-distance de code et de chaque variation de pseudo-
distances de porteuse entre l'instant antérieur et l'instant de calcul ;
- détection d'un masquage d'au moins un satellite par analyse d'une
grandeur dite résidu calculée par application d'un algorithme de
moindre carré, à partir de la mesure de pseudo-distances de code à
l'instant de calcul, des positions résolues du récepteur et des positions
calculées de chacun des satellites à l'instant de calcul et à l'instant
antérieur, des pseudo-distances calculées et de la pseudo-distance
reconstituée.
Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le procédé de détection
comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou
suivant
toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le procédé comprend préalablement à la sous-étape de calcul, les étapes
suivantes :
- génération à un instant, dit instant de génération, d'au moins un groupe
de N satellites, les satellites du ou de chaque groupe de N satellites
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étant choisis parmi les M satellites, N étant un nombre entier inférieur
ou égal à M, et
- pour le ou chaque groupe de N satellites, association d'un instant de
naissance précédant l'instant de génération à partir duquel les signaux
GNSS issus de chacun des satellites de ce groupe de N satellites ont
tous été reçus de manière ininterrompue,
l'étape de détection étant itérée pour chaque groupe,
lors de la sous-étape de calcul, l'instant de calcul étant égal à l'instant de
génération et l'instant antérieur étant égal à l'instant de naissance du
groupe ;
- l'étape de détection comprend pour chaque groupe, les sous-étapes suivantes,
postérieur à la sous étapes de calcul :
- si, pour au moins un groupe de satellites, le résidu est supérieur à un
premier seuil, alors détection d'un masquage d'au moins un satellite
dans ce groupe et réitération de la sous-étape de calcul du résidu pour
chaque sous-groupe de ce groupe, chaque sous-groupe comprenant
chaque satellite du groupe sauf un ; et
- si, pour un sous-groupe, le résidu est inférieur à un deuxième
seuil, alors détermination d'un satellite masqué comme étant le satellite
absent du sous-groupe ;
- l'étape de calcul comprend en outre et pour chaque instant d'acquisition, le
calcul :
- d'un rapport signal sur bruit estimé ;
- d'un angle d'élévation de chaque satellite à partir de la position
résolue
du récepteur GNSS et de la position calculée de ce satellite ;
- l'étape de génération comprend une sous-étape de sélection, pour chaque
satellite, de signaux GNSS à chaque instant d'acquisition pour lequel :
- le rapport signal sur bruit des signaux GNSS issus de ce satellite à cet
instant respecte un premier critère ; et
- l'angle d'élévation de ce satellite à cet instant respecte un deuxième
critère
- l'étape de génération comprend en outre les sous-étapes
suivantes :
- génération d'un premier groupe comprenant les N satellites dont les
signaux GNSS sont sélectionnés, lors de la sous-étape de sélection,
depuis un instant le plus antérieur à l'instant de génération;
- génération d'un deuxième groupe à partir du premier groupe, le
deuxième groupe comprenant chaque satellite du premier groupe et le
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satellite, absent du premier groupe, dont les signaux GNSS sont
sélectionnés, lors de la sous-étape de sélection, depuis un instant le
plus antérieur à l'instant de génération; et
- si au moins un satellite dont les signaux GNSS ont été sélectionnés lors
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de la sous-étape de sélection à l'instant de génération et est absent de
chaque groupe déjà généré, alors réitération de la deuxième sous-
étape de génération à partir du dernier groupe généré;
- la sous-étape de calcul du résidu comprend en outre pour chaque groupe de
satellites :
- calcul d'une pseudo-distance reconstituée pour chaque satellite, à partir
de la pseudo-distance de code à l'instant de génération et des
variations de pseudo-distance de porteuse entre l'instant de naissance
et l'instant de génération,
- calcul d'une première, respectivement d'une deuxième, solution
approchée d'un premier, respectivement d'un deuxième, système
linéaire, chaque système linéaire dépendant respectivement de la
première et de la deuxième pseudo-distances calculées, de la pseudo-
distance de code à l'instant de génération et de la pseudo-distance
reconstituée ; et
- calcul du résidu à partir des première et deuxième solutions
approchées ;
- les étapes de génération, d'association et de détection sont répétées
périodiquement.
L'invention a également pour objet un produit programme d'ordinateur
comportant
des instructions logicielles qui, lorsque mises en uvre par un équipement
informatique,
mettent en uvre le procédé de détection, tel que défini ci-dessus.
L'invention concerne également un dispositif électronique de détection
comprenant des moyens techniques adaptés pour implémenter le procédé de
détection,
tel que défini ci-dessus.
Ces caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de
la
description qui va suivre, donnée à tire d'exemple non limitatif, et faite en
référence aux
dessins annexés, sur lesquels :
- [Fig 1] La figure 1 est une vue schématique expliquant le problème de
multi-
trajets lors de la géolocalisation d'un porteur en milieu encombré ;
- [Fig 2] la figure 2 est une vue schématique d'un dispositif électronique de
détection, embarqué sur un porteur, selon l'invention ;
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- [Fig 3] la figure 3 est un organigramme d'un procédé de détection mis en
oeuvre
par le dispositif de détection de la figure 2 ; et
- [Fig 4] la figure 4 est un schéma explicatif d'une étape de génération du
procédé
de la figure 3, illustré sur un exemple.
En référence à la figure 2, un porteur 5 est mobile dans un environnement. Le
porteur 5 embarque un récepteur GNSS 10 apte à recevoir des signaux GNSS et un
dispositif électronique de détection 15 configuré pour détecter un masquage
d'un ou
plusieurs satellites et, le cas échéant déterminer une liste de satellite(s)
masqué(s) par un
obstacle, lors de la réception des signaux GNSS par le récepteur GNSS 10.
Le porteur 5 est par exemple un aéronef, tel qu'un drone, se déplaçant dans
l'espace selon trois dimensions, ou alors un véhicule terrestre ou maritime se
déplaçant
dans un plan selon deux dimensions, ou alors par exemple un véhicule
ferroviaire se
déplaçant selon une seule direction en suivant une voie ferrée.
Le récepteur GNSS 10 est configuré pour recevoir des signaux GNSS de la part
de satellite(s) appartenant à un même système GNSS, tel que par exemple le
système
GPS. Le récepteur GNSS 10 comprend par exemple une antenne de réception 12
connue
en soi et un module de calcul 13.
L'antenne 12 est configurée pour recevoir des signaux GNSS issus d'une
pluralité
de satellites et les transmettre sous forme de signaux électriques au module
de calcul 13.
Les signaux GNSS comprennent pour chaque satellite Si visible et accroché, un
identifiant du satellite Si, un temps d'émission tent,i des signaux par le
satellite Si et les
éphémérides du satellite Si. Chaque information des signaux GNSS est codée sur
une
porteuse qui est émise par le satellite.
Le module de calcul 13 est par exemple apte à déterminer la position du
récepteur
10 à partir des signaux GNSS en utilisant des techniques connues en soi. Le
module de
calcul 13 est également configuré pour calculer et transmettre au dispositif
de détection
15, à chaque instant d'acquisition th et pour chaque satellite Si visible et
accroché, des
informations suivantes: une mesure de pseudo-distance de code PR(i, h), une
mesure de
variation de pseudo distance de porteuse DR(i,h) entre l'instant d'acquisition
th et un
instant précédent th_i par exemple selon l'équation:
[MATH 1]
DR(, h) = PR,õ(i, h) ¨ PR,õ(i, h ¨ 1)
OU PR,õ( i, h) est une pseudo-distance de porteuse à l'instant d'acquisition
th.
Le module de calcul 13 est également configuré pour transmettre au dispositif
de
détection 15, les éphémérides de chaque satellite Si et le temps d'émission
des signaux
de la part de chaque satellite Si.
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Les instants d'acquisition th sont périodiquement espacés selon une première
fréquence fi prédéterminée.
Le dispositif de détection 15 comprend un module d'entrée 17, un module de
traitement 20 et un module de sortie 25.
Selon un mode de réalisation privilégié, le module d'entrée 17, le module de
traitement 20 et le module de sortie 25 sont réalisés chacun sous la forme
d'un logiciel
stocké dans un ou plusieurs moyens de stockage (tel qu'un disque dur ou un
disque flash)
et implémentés par un ou plusieurs processeurs, mémoire (RAM) et autres
composants
d'ordinateur connus en soi. Ces composants sont alors inclus dans un même
ordinateur
ou dans différents ordinateurs/serveurs. Dans ce dernier cas, les
ordinateurs/serveurs
sont connectés par un réseau local ou global.
En outre ou de manière alternative, au moins une partie de ces modules 17, 20,
et
25 prennent la forme, au moins partiellement, d'un composant électronique
indépendant,
tel que par exemple un circuit logique programmable de type FPGA (de l'anglais
field-
programmable gate array) ou autre.
Le module d'entrée 17 est configuré pour recevoir, à chaque instant
d'acquisition
th, les informations calculées par le module de calcul 13, à savoir des
signaux
représentatifs.
Le module d'entrée 17 est configuré pour transmettre au module de traitement
20
les informations reçues.
Le module de traitement 20 est configuré pour traiter les signaux, issus du
récepteur GNSS 10, afin de détecter la présence d'un satellite masqué. Le
module de
traitement 20 est configuré pour déterminer, le cas échéant, la liste de
satellite(s)
masqué(s). Pour cela, le module de traitement 20 est configuré pour procéder
au
traitement des signaux GNSS tels que décrits ci-après en relation avec le
procédé de
détection selon l'invention.
Le module de sortie 25 est connecté au module de traitement 20. Le module de
sortie 25 est configuré pour transmettre à un utilisateur ou à un autre
dispositif
électronique non représenté, une information relative à la présence, ou
l'absence, de
satellite(s) masqué(s), et le cas échéant une liste de satellite(s) masqué(s).
Si le module de sortie 25 est configuré pour communiquer avec un utilisateur,
cette communication s'effectue, par exemple, à l'aide d'un écran non-
représenté. Dans le
cas où le module de sortie 25 est destiné à communiquer avec un autre
dispositif
électronique, le module de sortie 25 est par exemple destiné à communiquer
avec le
module de calcul 13. Le module de sortie 25 est alors, par exemple, configuré
pour
envoyer un signal d'alerte au module de calcul 13 en cas de détection de
satellites
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masqués, et le cas échéant pour envoyer au module de calcul 13 la liste de
satellite(s)
masqué(s).
Le procédé de détection mis en oeuvre par le dispositif électronique de
détection
15 selon l'invention sera désormais expliqué en référence à la figure 3
présentant un
organigramme de ce procédé et à la figure 4 illustrant une étape du procédé
sur un
exemple.
Initialement, le porteur 5 se déplace dans un environnement encombré et le
récepteur GNSS 10 reçoit, par son antenne 12, des signaux GNSS issus d'une
pluralité
de satellites. Le module de calcul 13 calcule les informations mentionnées ci-
dessus et
les transmet au dispositif de détection 15.
Lors d'une étape de réception 110, le module d'entrée 17 reçoit à chaque
instant
d'acquisition th et pour chacun des M satellites Si, la mesure de pseudo-
distance de code
PR (i, h) et la variation de pseudo-distances de porteuse DR(i, h).
Les M satellites correspondent aux satellites visibles et accrochés par le
récepteur
GNSS 10. Les satellites visibles sont entendus ici au sens de satellites dont
des signaux
GNSS atteignent le récepteur GNSS 10, sans considérer si les signaux GNSS,
issus de
ces satellites, parcourent un trajet direct ou indirect.
L'étape d'acquisition 110 est par exemple mise en oeuvre par le module
d'entrée
17.
Les étapes suivantes sont, sauf mention explicite contraire, mises en oeuvre
par le
module de traitement 20.
Lors d'une étape de calcul 120, le module de traitement 20 calcule, pour
chaque
instant d'acquisition th :
- une position calculée (xi(h), yi(h), zi(h)) de chaque satellite Si à
partir des
mesures de pseudo-distances de code P R(i, h) et des éphémérides de ce
satellite
contenus également dans les signaux GNSS reçus, selon une technique connue en
soi ;
- une position résolue (x(h), y(h), z (h)) du récepteur GNSS, selon
également une
technique connue en soi;
- un rapport signal sur bruit estimé C / NO(i, h) pour chaque satellite Si;
- un angle d'élévation 8(i, h) de chaque satellite à partir de la position
résolue
(x(h),y(h), z (h)) du récepteur GNSS et de la position calculée (xi(h),yi(h),
zi(h)) dudit
satellite Si, en utilisant une technique connue en soi.
Ainsi, à l'issue de l'étape de calcul 120, le module de traitement 20 dispose
des
grandeurs calculées à chaque instant d'acquisition th pour lequel les signaux
GNSS ont
été reçu par le récepteur 10.
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En variante, l'étape de calcul 120 est réalisée par le module de calcul 13 non-
inclus dans le dispositif de détection 15. Les éléments calculés précités sont
alors reçus
par le module d'entrée 17, depuis le module de calcul 13, et transmis au
module de
traitement 20.
Lors d'une étape de génération 130, le module de traitement 20 génère, à un
instant de génération tk, au moins un groupe Gj de satellites, et
avantageusement une
pluralité de groupes G1 de satellites. Pour cela, le module de traitement 20
applique par
exemple les sous-étapes suivantes, détaillées à titre d'exemple en référence à
la figure 4.
Lors d'une sous-étape de sélection 131, le module de traitement 20 sélectionne
pour chaque satellite Si, les données des signaux GNSS à chaque instant
d'acquisition th
pour lequel :
- le rapport signal sur bruit C / NO(i, h) des signaux GNSS issus de ce
satellite Si
à cet instant d'acquisition th respecte un premier critère ; et
- l'angle d'élévation 8(i, h) de ce satellite Si à cet instant
d'acquisition th
respecte un deuxième critère.
Le premier critère est par exemple que le rapport signal sur bruit C NO(i, h)
soit
supérieur à 30 dBHz. Le deuxième critère est par exemple que l'angle
d'élévation 8(i, h)
soit supérieur à 5 .
Ainsi, les signaux GNSS issus d'un satellite Si ne seront pris en compte dans
les
sous-étapes suivantes, qu'aux instants d'acquisition th pour lesquels le
rapport signal sur
bruit C NO(i, h) du satellite Si respecte le premier critère et l'angle
d'élévation (i, h) du
satellite Si respecte le deuxième critère.
Lors d'une sous-étape de classement 132, le module de traitement 20 ordonne
les
satellites Si par ordre décroissant de durée de réception valide sans
discontinuité. Une
réception valide est entendue ici au sens d'une réception de signaux GNSS
ayant été
sélectionnés lors de la sous-étape de sélection 131. La durée de réception
sans
discontinuité correspond à une durée depuis laquelle le module d'entrée 17
reçoit les
signaux GNSS de manière ininterrompue.
Autrement dit, lors de la sous-étape de classement 132, le module de
traitement
20 classe les satellites Si par durée décroissante depuis laquelle leurs
signaux GNSS sont
sélectionnés de manière ininterrompue. Ainsi, le satellite, nommé par la suite
Si,
correspond au satellite ayant la durée de réception valide sans discontinuité
la plus
longue. Au contraire, le satellite nommé par la suite Sm correspond au
satellite ayant la
durée de réception valide sans discontinuité la plus courte. L'homme du métier
notera
que, si les signaux GNSS issus d'un satellite S, respectif à l'instant de
génération tk ne
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sont pas sélectionnés ou si aucun signal n'est reçu de ce satellite à
l'instant de génération
tk, alors la durée de réception valide sans discontinuité du satellite Si est
égale à O.
Lors d'une première sous-étape de génération 133, le module de traitement 20
génère un premier groupe G1 de satellites. Le premier groupe G1 de satellites
comprend N
5 satellites, N étant un entier prédéterminé, avantageusement égal à 5 ou à
6. Pour cela, le
module de traitement 20 génère le premier groupe G1 comme comprenant les N
premiers
satellites S1 à SN, après leur classement lors de la sous-étape de classement
132, comme
représenté sur la figure 4 au point a.
La figure 4 représente plusieurs tableaux à double entrées, dont une abscisse
10 représente les instants d'acquisition th successifs et une ordonnée
représente les
satellites classés selon leur durée de réception valide sans discontinuité.
Chaque case du
tableau est associé à un instant d'acquisition th et un satellite Si. Chaque
case est soit
remplie par une mention indiquant qu'une variation de pseudo-distance d'un
signal GNSS
valide a été reçue à l'instant d'acquisition th pour le satellite Si, soit par
une croix dans le
cas contraire. Sur la figure 4 au point a, le premier groupe G1, dont les
données sont
encadrées par un tracé en gras, inclut les cinq premiers satellites.
Sur la figure 4 au point a, la durée de réception valide sans discontinuité de
chacun des cinq premiers satellites correspond à la différence entre l'instant
de
génération tk et l'instant tk_5. La durée de réception valide sans
discontinuité du sixième
satellite S6 est égale à la différence entre l'instant de génération tk et
l'instant tk_2. Enfin,
pour le septième et dernier satellite 87, la durée valide de réception sans
discontinuité est
égale à la différence entre l'instant de génération tk et l'instant tk_i.
Lors d'une sous-étape de génération 134, le module de traitement 20 génère un
deuxième groupe G2 de satellites, à partir du premier groupe G1 de satellites.
Pour cela, le
module de traitement 20 génère un groupe Gj comportant les N satellites du
premier
groupe Gi et le satellite, absent du premier groupe G1, ayant la durée de
réception valide
sans discontinuité la plus longue. Autrement dit, le deuxième groupe G2
comprend les N
premiers satellites, et le satellite SN icorrespondant au satellite Si absent
du premier
groupe G1 ayant la durée de réception valide sans discontinuité la plus
longue.
Dans l'exemple de la figure 4, le deuxième groupe G2 de satellites comprend
donc
six satellites, à savoir les six premiers satellites, après la sous-étape de
classement 132,
comme encadré en gras au point b.
Lors d'une sous-étape de réitération 135, si aucun groupe Gi ne comprend
l'ensemble de satellites pour lesquels des données ont été sélectionnées lors
de l'étape
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de sélection 131, alors le module de traitement 20 réitère la deuxième sous-
étape de
génération 135 à partir du dernier groupe G; généré.
Dans l'exemple de la figure 4, des données de signaux issus de chaque de
satellites ont été sélectionnées, or le deuxième groupe G2 ne comprend que six
satellites,
alors la deuxième sous-étape de génération 134 est réitérée à partir du
deuxième groupe
G2 de satellites. Ainsi, un troisième groupe G3 est généré. Le troisième
groupe G3
comprend chacun des satellites du deuxième groupe et le satellite restant
ayant la durée
de réception valide sans discontinuité la plus longue, à savoir le septième
satellite S7. Le
troisième groupe G3 comprend donc les sept satellites pour lesquels des
données issues
des signaux GNSS ont été sélectionnées, comme représenté en gras au point c.
La
deuxième sous-étape de génération 134 n'est donc pas réitérée une troisième
fois.
Lors d'une étape d'association 140, le module de traitement 20 associe à
chaque
groupe G; de satellites un instant de naissance tn. L'instant de naissance tn
correspond à
un instant à partir duquel des signaux GNSS valides, issus de chacun des
satellites, ont
été reçus sans discontinuité. Autrement dit, l'instant de naissance tri d'un
groupe G;
respectif correspond à l'instant de génération tk moins la durée de réception
valide sans
discontinuité la plus courte parmi celles de chacun des satellites du groupe
Dans l'exemple de la figure 4, l'instant de naissance tri du premier groupe G1
est
donc tk_s car des signaux valides issus de chacun des satellites ont été
reçus, par le
module d'entrée 17, sans discontinuité depuis cet instant tk_5. L'instant de
naissance tri,
associé au deuxième groupe G2 est l'instant tk_2 car des signaux valides ont
été reçus
sans discontinuité de la part de cinq de ces satellites à partir de l'instant
tk_s et des
signaux valides ont été reçus sans discontinuité de la part du sixième
satellite S6,
uniquement à partir de l'instant tk_2. Concernant le troisième groupe G3, pour
des raisons
similaires au deuxième groupe l'instant de naissance tri est l'instant tk_1.
Lors d'une étape de détection 170, le module de traitement 20 détecte la
présence
d'au moins un satellite masqué, et le cas échéant, détermine la liste de
satellite(s)
masqué(s). Pour cela, le module de traitement 20 analyse pour chaque groupe
G1, une
grandeur, dite résidu RGi(k,n), propre à ce groupe G1, par comparaison à un
premier
seuil. Le résidu RGi(k,n) est obtenu à partir des signaux GNSS reçus des
satellites de ce
groupe G; depuis l'instant de naissance tn de ce groupe
Plus précisément, l'étape de détection 170 comprend les sous-étapes suivantes.
Lors d'une sous-étape de calcul 171, le module de traitement 20 calcule, pour
chaque groupe G; de satellites le résidu représentatif d'une incohérence des
signaux
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GNSS reçus de la part d'au moins un satellite de ce groupe Gj relativement aux
autres
satellites de ce groupe Gj.
Pour un groupe Gj comprenant N satellites, N étant un nombre entier inférieur
ou
égal à M, dont l'instant de naissance est l'instant tri, le module de
traitement 20 calcule, à
l'instant de génération tk et à l'instant de naissance tn, une pseudo-distance
calculée
respectivement P Rõt(i, k) et PRõ/(i,n), liée à chaque satellite Si du groupe
Gj, par
exemple selon les formules :
[MATH 1]
P Rcat(i, k) = (x(k) x i(k))2 (k) - Y i(k))2 (z(k) z i(k))2
;
P R a (i , n) = (x (n) - x t(n))2 + (n) - y t(n))2 + (n) - z t(n))2 ;
où, pour rappel :
(x(k), y (k), z(k)) et (x (n), y (n), z(n)) correspondent aux positions
résolues du
récepteur GNSS 10, respectivement aux instants de génération tk et de
naissance tri et
(x (k), yi(k), zi(k)) et (x (n), yi(n), zi(n)) correspondent aux positions
calculées du
satellite Si, respectivement aux instants de génération tk et de naissance t.
Toujours lors de la sous-étape de calcul 171, le module de traitement 20
calcule
une première position estimée, valable à l'instant de génération tk, Par
application d'un
algorithme PVT (de l'anglais Position Velocity Time) connu en soit, à partir
des pseudo-
distances de code P R(i, k) et des pseudo-distances calculées P R õt(i, k) de
chaque
satellite St.
Le module de traitement 20 calcule, pour chaque satellite Si, un pseudo-
distance
reconstituée PR'(i,n,k), valable à l'instant de naissance tri, à partir des
variations de
pseudo-distance de porteuse DR(i,h) entre l'instant de naissance tri et
l'instant de
génération tk et à partir de la pseudo-distance de code PR(i, k) à l'instant
de génération
tk, par exemple selon la formule suivante :
[MATH 2]
k-n-1
PR'(i,n, k) = PR(i,k) ¨ DR (I, k ¨ p).
P=0
Le module de traitement 20 calcule également une deuxième position estimée,
valable à l'instant de naissance t, par application de l'algorithme PVT, à
partir des
pseudo-distances reconstituées PR' (i, n, k) et des pseudo-distances calculées
de chaque
satellites Si.
Toujours lors de la sous-étape de calcul 171, le module de traitement 20
calcule
un premier vecteur de différence de pseudo-distance Zk dont chaque composante
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correspond, pour chaque satellite du groupe G1, à la différence entre la
pseudo-distance
de code PR(i, k) issue des signaux GNSS reçus et la pseudo-distance calculée
PRõ/(i, k)
à l'instant de génération tk ; et un deuxième vecteur de différence de pseudo-
distance
Zn,k dont chaque composante correspond, pour chaque satellite du groupe c1, à
la
différence entre la pseudo-distance reconstituée PR'(, n, k) et la pseudo-
distance
calculée PRõt(i,n) à l'instant de naissance tn. Les premiers et deuxièmes
vecteurs de
différence de pseudo-distance sont alors obtenus selon la formule suivante :
[MATH 3]
[P R (1, k) ¨ P Rcat (1, k)1
Zk = ;et
PR(N,k)¨ PR,,a(N,k)
[PR' (1,n, k) ¨ P R cat(1, n)
Zn,k =
PR' (N ,n, k) ¨ P R cat(N ,n)
Le module de traitement 20 calcule également, pour l'instant de génération tk
et
pour l'instant de naissance tn, respectivement une première H k et une
deuxième Hrt
matrices d'observation, par exemple selon les formules suivantes :
[MATH 4]
cos ai (k) cos 131(k) cos yi (k) 1
Hi, = ;et
cos a N (k) cos ANI (k) cos yN (k) 1
cos ai (n) cos (n) cos yi (n) 1
= =
cos a N (n) cos fiN(n) cos yN (n) 1
où :
cos ai (n) = x(n)-xi(n) , COS a i(k) = x(k)-xi(k) ;
PRi(i,n)
COS fl(n) = y(n)-y i(n) fi (1,.) Y(k)-3/i(k).
i
PRcac(i,n) , cos ¨ pRcai(i,k) ,
z(n)-zi(n) z(k)-zi(k)
cos yi (n) ¨ cos yi (k) =
PRcaz(i,n) PRcca(i,k)
Les premiers Zk, respectivement les deuxièmes Zn,k, vecteurs de différence de
pseudo-distance et matrices (Hk et Hn) d'observation permettent de définir un
système
d'équations linéaires dont une inconnue est un premier Xk, respectivement un
deuxième
Xn,k, vecteur d'écart de position du récepteur GNSS à l'instant de génération
tk,
respectivement à l'instant de naissance tn. Le système d'équations linéaires
s'écrit alors
sous la forme suivante :
[MATH 5]
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Zk = II k. Xk ; et
Zn,k, ¨ Hn. Xn,k ;
où :
3,,tk
[
AXnk
,
AYk 3µ.Yn' k
Xk = àzk et Xn,k = àzn k .
Atk A tn: k
Les coefficients des premier Xi, et deuxième Xn,k vecteurs d'écart de position
sont
les inconnues du système d'équations linéaire.
L'homme du métier notera que si le groupe Gi comprend plus de quatre
satellites,
ledit système d'équations linéaires ne possède pas toujours de solution.
Toutefois, une
solution approchée peut être obtenue par application d'un algorithme de
moindres carrés,
connu en soi, conduisant dans le cas présent aux formules suivantes :
[MATH 6]
Xk = (I-17;.Hk) 1. I-17; .Zk ; et
X n,k = (fC; . Hn) ,,
-1. H' . Z n,k ;
1
1 dx,,k
T - AY k v-- ,AY n k
,,n,k = ' k --i- z - k
lit k 'Itn.k
où:
X-7, et )i,:, sont respectivement les solutions approchées des premier Xi, et
deuxième
Xn vecteurs d'écart de position ;
(...)T correspond l'opérateur de transposée matricielle ; et
(...)-1 correspond à l'opérateur d'inverse matricielle.
Le module de traitement 20 calcule le résidu comme étant la différence entre
des
erreurs d'approximation commises lors du calcul de la solution de chacun des
systèmes
d'équations linéaires par l'algorithme de moindres carrés.
Pour cela le module de traitement 20 calcule les première PositionGi(k) et
deuxième PositionGyn) positions estimées aux instants de génération tic et de
naissance
tr, à partir des positions résolues du récepteur aux instants de génération
tic et de
naissance tn aux première Xk et deuxième Xn solutions approchées, selon
l'équation :
[X G j (k)1 [x(k)1 [ZiXkl
PositionGj(k) = Y G j(k) = y(k) + dyk
zGi(k) z(k) LE-k
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x G i' (n, k)1 [x(n )1 [1xn .k1
PositionG i' (k, n) = yG l' (n, k) = y (n) + [
z G i' (n, k) z(n) 21zn,k
Le module de traitement 20 recalcule ensuite, pour chaque satellite Si, la
pseudo-
distance calculée PRõ/(i, k) à l'instant de génération tk à partir de la
première position
5 PositionGi(k) et une pseudo-distance calculée reconstituée P Rcat'(i, k,
n) à l'instant de
naissance tn à partir de la deuxième position P o sitionG i' (k, n) selon la
formule :
[MATH 7]
\ 2 2 /
P R cal(i, k) = i 1 (x
G, (k) ¨ xi(i, k)) + (y Gj (k) ¨ y, (i, k)) + zc_, (k) ¨ zC,i k))2
PRcal' (L 11, k) = ¨ xi(i,n)) ( i 2 2 / + (y
Gi' (n, k) ¨ y i(i, n)) + zGj'(n,k) ¨ zi(i ) 2
,n )
Toujours lors de la sous-étape de calcul 171, le module de traitement 20
calcule le
résidu RGi(k,n) selon la formule :
[MATH 8]
RG,(k,n) = 1[(PR(i, k) ¨ PRcai(j,k)) ¨ (PR' (i, n, k) n,k))j2
¨ PRcal' G,
qui est équivalent à:
in P 2
RGJ (k, n) = IF1 DR (i, k ¨ n) ¨ (PR,õi(i,k) ¨ PR,õ11(i,n,k))1 .
En approximant le résidu RG i (k, n) par linéarisation, il s'exprime selon la
formule :
[MATH 9]
RGJ (k, n) = 11( Z 1, ¨ HkXk)¨ (Zn,j, ¨ Hõ X õJ<)112
Toujours lors de la sous-étape de calcul 171, si la différence entre la
position
résolue du récepteur GNSS 10 à l'instant de génération tk et à l'instant de
naissance tõ
est inférieure à un deuxième seuil, alors le calcul du résidu est simplifié.
En effet, si la
position du récepteur GNSS 10 a faiblement variée entre les instants de
naissance tn et
de calcul tk, alors les premières Hi, et deuxièmes Hn matrices d'observation
sont
sensiblement similaires. Le module de calcul 20 calcule alors la solution
approchée du
deuxième vecteur d'écart de position Xõ à partir de la première matrice
d'observation Hk.
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De manière similaire, le calcul du résidu RGi(k,n) s'exprime alors selon la
formule
suivante :
[MATH 10]
RGi(k,n) = 1lZk Zn,k lik(Xk Xn,k)112.
Lors d'une sous étape de détection 172, si pour au moins un groupe Gide
satellites, le
résidu RGi(k,n) est supérieur au premier seuil, le module de traitement 20
détecte un
masquage d'au moins un satellite du groupe Gj.
Si, pour au moins un groupe Gj, le module de traitement 20 a détecté, durant
la
sous-étape de détection 172, un masquage, et que le groupe Gj comprend au
moins six
satellites, alors le module de traitement 20 réitère, lors d'une sous-étape de
réitération
173, la sous-étape de calcul 171 pour chaque sous-groupe de ce groupe Gj,
produisant
alors un nouveau résidu propre à ce sous-groupe. Chaque sous-groupe est
distinct des
autres sous-groupes et comprend l'ensemble des satellites du groupe Gj sauf
un.
Lors d'une sous-étape de détermination 174, si le nouveau résidu d'un sous-
groupe est inférieur à un deuxième seuil alors que les nouveaux résidus
respectifs des
autres sous-groupes liés au même groupe Gj sont supérieurs au deuxième seuil,
alors le
module de traitement 20 détermine un satellite masqué respectif comme étant le
satellite
absent du sous-groupe. Le deuxième seuil est par exemple égal au premier
seuil.
A titre d'exemple, dans le cas de la figure 4, si le résidu RG2(k, n) lié au
deuxième
groupe G2 est supérieur au premier seuil, alors le module de traitement 20
détecte, lors de
la sous-étape de détection 172 le masquage d'au moins un satellite du deuxième
groupe
G2. Si en outre, le nouveau résidu, associé au sous-groupe dans lequel le
troisième
satellite S3 est absent, est inférieur au deuxième seuil, et que les nouveaux
résidus
respectivement associés aux autres sous-groupes issus du deuxième groupe G2
sont
supérieurs au deuxième seuil, alors le module de traitement 20 détermine que
le troisième
satellite S3 est masqué.
Les étapes de génération 130, d'association 140 et de détection 170 sont
réitérées
périodiquement à une deuxième fréquence f2 prédéterminée. La deuxième
fréquence f2
est par exemple égale à la première fréquence f1. Ainsi, à chaque réception de
signaux
GNSS par le module d'entrée 17, le module de traitement 20 génère des nouveaux
groupes, associe une date de naissance à chaque nouveau groupe Gj et détecte
un
masquage au sein des nouveaux groupes Gj.
En variante, la deuxième fréquence f2 est inférieure à la première fréquence
fi. La
première fréquence fi est par exemple le double de la deuxième f2. Alors, les
étapes de
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génération 130, d'association 140 et de détection 170 sont réitérées chaque
fois que les
signaux GNSS sont reçus par le module d'entrée 10 deux fois.
Lors d'une étape de communication 180, le module de sortie 25 communique à un
utilisateur ou au module de calcul 13, un signal d'alerte si un satellite
masqué a été
détecté lors de l'étape de détection 170. En outre le module de sortie 25
communique à
l'utilisateur ou au module de calcul 13, la liste de satellite(s) masqué(s) si
elle a été
déterminée lors de l'étape de détection 170.
Avec le procédé selon l'invention, la détection de satellite(s) masqué(s) est
améliorée car elle est réalisable sur un système embarqué à partir d'une
faible puissance
de calcul, notamment grâce à la formation de groupe(s) Gj.
En outre, avec la formation selon les sous-étapes de l'étape de génération,
les
groupes Gi ayant un faible nombre de satellites mais une longue durée de
réception
valide sans discontinuité et des groupes Gj ayant une courte durée de
réception valide
sans discontinuité mais un grand nombre de satellites permettent une meilleure
détection
de masquage et une meilleure détermination de la liste de satellites masqués.
En outre, la sous-étape de sélection 131 permet d'assurer que les données
issues
des signaux GNSS reçus de la part des satellites sont exploitables dans la
détection de
masquage de satellite(s).
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