Vous êtes ici : Accueil » Kiosque » Annonce

Identification

Identifiant: 
Mot de passe : 

Mot de passe oublié ?
Détails d'identification oubliés ?

Annonce

21 janvier 2019

Thèse CNES/ISAE-SUPAERO: Traitement du Signal pour la Télédétection par GNSS


Catégorie : Doctorant


La réflectométrie GNSS (GNSS-R) est une application originale des signaux des 95 satellites GNSS des constellations GPS/GLONASS/BEIDOU/GALILEO : exploiter conjointement les signaux directs et réfléchis sur la surface de la terre pour déterminer les paramètres géophysique de la surface de réflexion ainsi que de la couche atmosphérique additionnelle traversée.

L’objectif général de cette thèse est le calcul, caractérisation et analyse de mesures précises et robustes de différence de trajet entre voies directe et réfléchie, de manière à déterminer les paramètres géophysiques de la surface de réflexion : altitude et pente du géoïde, ainsi que le retard troposphérique entre le sol et le récepteur, ce qui peut être exploité dans des domaines de tomographie atmosphérique et météorologie. En particulier, on s’intéresse à la réflectométrie basée sûr la phase de porteuse et/ou sous porteuse. Dans ce cas, un point clé est l’estimation de l’ambiguïté sûr les mesures de phase. En partant des techniques de traitement du signal GNSS conventionnelles (i.e., poursuite avec des boucles à verrouillage), il faudra étudier la robustesse de chaque technique/signal selon l’état de surface du plan d’eau (de calme à très agité), et selon l’altitude et la vitesse du porteur. Dans ce contexte, cette thèse s'intéresse principalement à l'utilisation pour la réflectométrie des nouveaux signaux Galileo, ainsi qu’aux traitements multi-fréquence, multi-constellation et méta-signaux. Des expérimentations aéroportées (ballon, avion, drone) seront réalisées.

 

 

Traitement du Signal Innovant pour la Télédétection par GNSS

Directeurs de thèse : Jordi Vilà-Valls (ISAE), Eric Chaumette (ISAE, HDR), Laurent Lestarquit (co-encadrant CNES).

Contact : jordi.vila-valls@isae-supaero.fr, eric.chaumette@isae-supaero.fr

Domaine scientifique : Traitement du Signal / Réflectométrie / GNSS

Résumé :

La réflectométrie GNSS (GNSS-R) est une application originale des signaux des 95 satellites GNSS des constellations GPS/GLONASS/BEIDOU/GALILEO : exploiter conjointement les signaux directs et réfléchis sur la surface de la terre pour déterminer les paramètres géophysique de la surface de réflexion ainsi que de la couche atmosphérique additionnelle traversée. Ces signaux réfléchis sont particulièrement marqués sur les surfaces en eau ou en glace. Le récepteur peut être situé à toutes altitudes : du sol au satellite en orbite basse, on s’intéressera ici essentiellement aux usages aéroportés. Deux grands type de mesures peuvent être réalisées : des mesures de puissance relatives entre signaux direct et réfléchis à partir desquels peuvent être déduit par exemple la rugosité et par extension le vent de surface (c’est la mission CYGNSS), et aussi des mesures de retard relatifs entre signaux directs et réfléchis, l’objet de ce sujet de thèse.

Lors de travaux internes, le service DSO/RF/STR à mis au point et implémenté sur un récepteur GNSS logiciel une technique originale réalisant des mesures par phase de porteuse avec une précision inférieure ou égale au centimètre, la où les mesures classiques avec le code standard du GPS ne sont précises qu’à plusieurs mètres, au prix cependant d’une ambiguïté à lever, à l’instar des problématiques rencontrées en positionnement précis GNSS. Début 2019, la constellation GALILEO sera complètement déployée, et les premiers satellites GPS de nouvelle génération (block III) seront lancés. Cette arrivée de nouveaux signaux offrent à l’utilisateur civil des signaux multi-fréquence d’une précision inégalés qui permettent d’envisager des traitements du signal inédits pour la réflectométrie GNSS, tel que l’usage du Alt-BOC ou de méta signaux.

Objectif général :

L’objectif général de cette thèse est le calcul, caractérisation et analyse de mesures précises et robustes de différence de trajet entre voies directe et réfléchie, de manière à déterminer les paramètres géophysiques de la surface de réflexion : altitude et pente du géoïde, ainsi que le retard troposphérique entre le sol et le récepteur, ce qui peut être exploité dans des domaines de tomographie atmosphérique et météorologie. En particulier, on s’intéresse à la réflectométrie basée sûr la phase de porteuse et/ou sous porteuse [1-2]. Dans ce cas, un point clé est l’estimation de l’ambiguïté sûr les mesures de phase. En partant des techniques de traitement du signal GNSS conventionnelles (i.e., poursuite avec des boucles à verrouillage), il faudra étudier la robustesse de chaque technique/signal selon l’état de surface du plan d’eau (de calme à très agité), et selon l’altitude et la vitesse du porteur. Dans ce contexte, cette thèse s'intéresse principalement à l'utilisation pour la réflectométrie des nouveaux signaux Galileo, ainsi qu’aux traitements multi-fréquence, multi-constellation et méta-signaux. Des expérimentations aéroportées (ballon, avion, drone) seront réalisées.

Objectifs détaillés et plan de travail :
 
Le point de départ est la compréhension de l’architecture d’un récepteur GNSS (acquisition, poursuite et calcul d’observables) et les différentes techniques d’estimation de phase et délai, ainsi que les méthodes pour combiner les voies directe et réfléchie, afin que le candidat obtienne les compétences requises en traitement du signal GNSS et en réflectométrie. Au niveau système, dans un premier temps il faudra compléter l’implémentation, de manière progressive, du traitement de réflectométrie GNSS de code et de phase de porteuse pour tous les signaux GPS, Galileo et SBAS existants : GPS L1 C/A, L2C, L5, Galileo E1B, E5a et E5 AltBOC (ce qui est déjà réalisé pour L1, L2C et E1B). On prêtera une attention particulière au Alt-BOC GALILEO. On s’intéressera ensuite aux méta-signaux, qui sont la combinaison de 2 fréquences GNSS arbitraires traitées comme un signal unique, cela permettant de réaliser directement des mesures de battement entre 2 fréquence. Le Alt-BOC est un cas particulier de méta-signal GNSS.

Pour les différents signaux, il faudra analyser et caractériser la qualité de la mesure, et si besoin optimiser les paramètres du récepteur et/ou développer des techniques d’estimation robuste avancées [3] vis-à-vis des problématiques suivantes : i) contamination de la voie réfléchie par le signal direct et vice-versa, ii) hauteur et vitesse du porteur, iii) détection et correction des éventuels sauts de cycle de phase selon l’état de surface de plan d’eau analysé. Aussi, dans les configurations où c’est possible, il faudra étudier comment lever l’ambigüité de porteuse et/ou sous porteuse à partir de mesures de code sans modélisation géophysique avancée. Dans ce cadre, on peut prendre en compte plusieurs problématiques : i) biais instrumentaux inter-signaux et inter-fréquence, ii) diagramme de gain et loi de phase des antennes utilisées aux diverses fréquences d’intérêt (le CNES possède une BCMA permettant la mesure des centres et loi de phase des antennes), et iii) correction du différentiel de retard ionosphérique entre les signaux directs et réfléchis dans le cas de porteurs à très haute altitude.

Dans la suite on détaille plusieurs étapes qui pourront être envisagés selon les résultats obtenus dans la première partie des études :

Références :

[1] L. Lestarquit et al., “Reflectometry With an Open-Source Software GNSS Receiver: Use Case With Carrier Phase Altimetry”, in IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, vol. 9, no. 10, pp. 4843-4853, Oct. 2016.

[2] L. Lestarquit et al., “Exploring ground based and airborne carrier phase GNSS-R altimetry”, GNSS+R 2017 Conference, Ann Harbor, USA, 24/05/2017.

[3] J. Vilà-Valls et al., “Are PLLs Dead? A Tutorial on Kalman Filter-based Techniques for Digital Carrier Synchronization”, IEEE Aerospace & Electronic Systems Magazine, vol. 32, no. 7, pp. 28-45, July 2017.

[4] J. Vilà-Valls et al., “Multi-frequency GNSS Robust Carrier Tracking for Ionospheric Scintillation Mitigation”, Journal of Space Weather and Space Climate, vol. 7, A26, October 2017.

 

Dans cette rubrique

(c) GdR 720 ISIS - CNRS - 2011-2018.