© Laboratoire Spécialisé en Systèmes Embarqués, Navigation et Avionique(LASSENA), 2013

Département de génie électrique

LASSENA (Laboratoire Spécialisé en Systèmes Embarqués, Navigation et Avionique )

Alexis D. Sanou Do-Alexis.Sanou@lassena.etsmtl.ca

René Jr. Landry ReneJr.Landry@etsmtl.ca

PROBLÉMATIQUE

Contexte : depuis une décennie, les technologies de géopositionnement et de

navigation par satellite (GNSS) se développent rapidement et investissent nos

sociétés jusqu'à affecter nos habitudes de vie. Ainsi, les services du GNSS se

retrouvent dans une multitude de domaines : radionavigation, aviation, drones,

surveillance environnement, construction, télécommunications, agriculture de

précision, transports intelligents, télémédecine, etc.

But primaire du GNSS : obtenir une interopérabilité entre les principaux

systèmes de géopositionnement et de navigation par satellite (GPS, Glonass,

Galileo, Compass, QZSS, IRNS, etc.) en vue d'apporter des mesures

d'estimation de position, de vitesse et d'heure à un récepteur - utilisateur.

Effets du brouillage GNSS : Le GNSS demeure une technologie vulnérable

aux défaillances de systèmes, aux aléas ionosphériques et surtout.... au

brouillage. Le brouillage du GNSS impacte toutes les infrastructures cruciales

d’une société sous plusieurs formes: accidentel ou délibéré, militaire ou civil :

déni d’accès au service - interruption du service - diffusion d’information erronée – confusion

chez l’adversaire - piratage ou sabotage de data sensible - etc.

OBJECTIFS

Intérêt du projet : le développement de technologies d'antibrouillage revêt un

grand intérêt pour les gouvernement, les scientifiques, l’armée, l’industrie du

GNSS, sociétés (aviation, banques, transport, urgences, agriculture, etc.).

But primaire du projet : Ce projet vise à renforcer la robustesse des

récepteurs GNSS face aux brouilleurs. La tâche consiste donc à étudier et à

concevoir de nouvelles méthodes de traitement des signaux brouilleurs.

Conception de filtres d’antibrouillage : on privilégie les techniques de

traitement du signal par filtrage transversal adaptatif avec le développement

sur Matlab/Simulink ® de trois filtres de précorrélation que sont le filtre

adaptatif dit « à encoche » (ANF, Adaptive Notch Filtering), le filtre de

traitement du domaine des amplitudes (ADP, Amplitude Domain Processing) et

le filtre domaines des fréquences (FADP, Frequency ADP).

Méthodologie : la portée des travaux réalisés couvre la revue technologique,

la conception algorithmique et la validation des mesures par simulation.

L'enjeu futur de ce projet sera d'exporter ces innovations dans un composant

FPGA et de l'intégrer dans un récepteur GNSS expérimental.

Objectif secondaire du projet : Parallèlement, ce projet poursuit plusieurs

autres objectifs que sont l'étude de tous les brouilleurs SATCOM et l'analyse

de différentes stratégies de mitigations de ces brouilleurs [1].

GNSS

Figure 1 : Fonctionnement et structure d’un système GNSS

Figure 2 : Multitude d’applications

Figure 3 : Sources radiofréquences de brouillage du GNSS

Brouillage accidentel :

Plusieurs équipements électroniques sont à l’origine du brouillage des signaux

GNSS, car ils diffusent des signaux de plus forte puissance que le signal

GNSS [3].

TECHNIQUE D’ANTIBROUILLAGE FADP

Figure 11 : Concept du filtre adaptatif à encoche (ANF) dans le récepteur GNSS

TECHNIQUE D’ ANTIBROUILLAGE ADP

TECHNIQUE D’ANTIBROUILLAGE ANF

Technique FADP (Frequency Amplitude Domain Processing) :

À la différence du filtre ADP, le filtre FADP traite le signal mixte dans le

domaine des fréquences, car il se révèle plus efficace face à un nombre

croissant de brouilleurs [5].

CONCLUSION

RÉFÉRENCES

Technique ANF (Adaptive Notch Filtering):

Ce traitement numérique par filtre dit «à encoche» atténue les brouilleurs à

bande étroite tout en préservant la densité spectrale de puissance du signal

GNSS [6,7].

La stratégie de mitigation du brouillage GNSS par filtrage adaptatif repose sur

deux éléments essentiels.

• D'une part, les filtres adaptatifs sont très performances face aux brouilleurs

à large bande.

• D'autre part, ces filtres peuvent être intégrés dans des récepteurs de faible

de puissance et de petite taille.

Cependant, les filtres ADP, FADP et ANF sont limités face à des brouilleurs ne

disposant pas une structure prédictive de signal. C'est pourquoi, nous

travaillerons dans le futur sur une caractérisation temps-réel des brouilleurs

les plus nocifs du GNSS et sur une intégration FPGA de ces innovations.

RÉDUCTION DES INTERFÉRENCES DANS LES RÉCEPTEURS GNSS

Sa signification : GNSS (Global Navigation Satellite System) est un terme

générique utilisé communément pour désigner l'ensemble de différents

systèmes de datation, de géopositionnement et de navigation par satellites.

Son rôle : fournir des mesures d'estimation de position, de vitesse et d'heure

à un récepteur-utilisateur par le concept de trilatération.

Sa constellation : elle consiste en une multitude de systèmes et de satellites.

Systèmes mondiaux : (États-Unis, 1970-), Glonass (Russie, 1982-), Galileo (Union

Européenne, 2006-), Compass (Chine, 2010-).

Systèmes complémentaires : EGNOS, WAAS, QZSS (Japon), IRNSS (Inde), GBAS, etc.

BROUILLEURS GNSS

Brouillage intentionnel :

Ce type de brouillage est le plus nocif, car le signal brouilleur est généré dans

l’intention d’empêcher le récepteur de traquer ou de recevoir le signal GNSS

(cas de Jamming), de fournir des mesures erronées (cas de Spoofing), ou de

rétrodiffuser un « faux » signal GNSS (cas de meaconing).

Figure 4 : Brouilleurs portables de signaux GNSS

Technique ADP (Amplitude Domain Processing) :

Ce traitement numérique exploite les propriétés statistiques de la fonction de

densité de probabilité de l’amplitude du signal mixte reçu (signal utile +

brouilleur + bruit thermique) pour discriminer et rejeter les brouilleurs [4].

Modèle Matlab/Simulink® du filtre ADP

Figure 5 : modèle du filtre ADP

Résultats du filtre ADP : rejection de brouilleurs PWI

Figure 6 : modèle Simulink du filtre ADP

Figure 10 : Performances du filtre FADP

Figure 8 : modèle du filtre FADP

Figure 9 : modèle Simulink du filtre ADP

Résultats du filtre FADP : rejection des brouilleurs CWI, Chirp et PWI

Figure 7 : performance du filtre ADP sur brouilleurs PWI

Le GNSS est intégré dans une multitude d’applications, dans toutes les

infrastructures critiques de notre société et devrait s’élever à 1 milliard

d’équipements en 2020 [2].

Modèle Matlab/Simulink® du filtre FADP : implémentation de blocs FFT

[1]. Alexis D. Sanou, R. Landry, « Analysis of GNSS Interference Impact on Society and Evaluation of Spectrum Protection Strategies », Positioning, 2012.

[2]. GSA, « GNSS Market Report Issue », 2012.

[3]. R.J. Landry, A. Renard, « Analysis of potential interference sources and assessment of present solutions for GPS/GNSS receivers»,

St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, 1997.

[4]. R. AbiMoussa, R.J. Landry, « Anti-jamming solution to narrowband CDMA interference problem », Canadian Conference on Electrical and

Computer Engineering, vol. 2, 2000, pp. 1057–1062.

[5]. R. Landry, P. Boutin and A. Constantinescu, « New anti-jamming technique for GPS and GALILEO receivers using adaptive FADP filter », 2006.

[6]. V. Calmettes, F. Pradeilles, and M. Bousquet, « Study and comparison of interference mitigation techniques for GPS receiver »,

ION GPS, Salt Lake City, UT, September 2001.

[7]. W. Ma, W-L. Mao, F-R. Chang, « Design of Adaptive All-Pass Based Notch Filter For Narrowband Anti-Jamming GPS System »,

Proceedings of 2005 International Symposium on Intelligent Signal Processing and Communication Systems.

Figure 12 : Modèles Simulink du filtre à encoche adaptatif (ANF)