Présentation GNSS systems Amine.GUISSOUS

5/26/2018 Pr sentation GNSS systems Amine.GUISSOUS

1/45

Raliss par :

Mlle. BOUTEHRA Sarah

Mr. GUISSOUS Amine

Etude comparative des diffrents codes dEtalement.Applications ltude de linter-corrlation et du temps

dacquisition dans les Systmes GPS/Galileo.

Accueil Etude comparative des codesPlanInsideGNSS


2/45


UNE ETUDE COMPARATIVE ENTRE LES CODES DTALEMENT

Plan du travail

Introduction

Les systmes de Navigation GNSS

Ltalement de spectre

Les codes de ltalement

Les codes choisi par les GNSS

Rsultats et simulations

Conclusion


3/45


1

INTRODUCTION

- Galileo annoncera pour la premire fois de nouveaux codes pour

amliorer leurs services de navigation et pour intgrer des

applications avances.

Malgr la grande importance des codes aucune grande innovation na

t faite dans ce domaine.

- Avant dimplmenter des nouveaux codes, il faut les bien choisir

(critres, conditions).

Introduction Les GNSS CDMA Les codes de CDMA Les codes GNSS Rsultats et Simulation Conclusion


4/45


1

INTRODUCTION

Lobjectif de notre travail est ltude des

caractristiques des diffrents codes et de faire une comparaison

slective afin de choisir ceux dont les performances sont les plus

adquates pour les applications modernes du GPS / Galileo.



5/45


Distribution universelle du temps

Le guidage et le suivi des missiles

Arospatiales

Les maritimes

Topographie

Sauvetage

La pose des cbles FO sous marins

La recherche des cites ptrolires

relever des mesures(les travaux public)

Godsie Navigation

Aviation

2

Guidage automatique des vhicules



6/45


3Les temps de visibilit des satellites

Le temps en (Heurs)

Le nombre de satellites visibles

Le temps en (Heurs)

La dtectionLa dtection de plusieurs signaux GNSS



7/45


11

Les systmes de Navigation GNSS



8/45


Un nombre illimit de rcepteurs utilisateurs,

avec certaines proprits.

PRSENTATION DU SYSTME GNSS

Les systmes Galileo et GPS reposent sur le mme principe de

fonctionnement :

6

Une constellation de satellites en orbite autour de la Terre



9/45


En plus de lutilisationde la technique dtalementde spectre, Galileo et GPS

utilisent de nouvelles structures de signaux et de modulations pour chaque

bande de frquence afin dassurer une grande couverture ainsi qu'une

grande prcision de localisation.

RF Corrlation

Oscillateur

local ~

Data + bruitintgral

Gen code

Local

Test et

dcision

FI

PRSENTATION DU SYSTME GNSS

7 le mcanisme de la rception des signaux GNSS



10/45


Les systmes de localisation par satellite Galileo ou GPS reposent sur le

mme principe de fonctionnement .Trois segments(spatial, contrle et

utilisateurs) sont ncessaires pour dterminer la position et mme la

vitessedunobjet quelconque (quilsoit mobile ou immobile), se basant sur

les phnomnes de la propagation des ondes EM et les lois de la gomtrie.

RcepteurSatellite

Distance = 300 000 Km/s x dt

Vitesse de la lumire = 300 000 Km/s = 1.08 Milliards Km/h

dt Code reu

Code Local

PRINCIPE DE LOCALISATION PAR SATELLITE

8



11/45


Sat1 (x1,y1,z1) t=t1



1 1

+ 1

+ 1 + CST

2 ( 2) + ( 2) + ( 2)+ CST3 ( 3) + ( 3) + ( 3)+ CST

D1

D2

D3

(x,y,z) t=t1

Synchronisation

9



12/45


La technique CDMA (Principe dtalement de spectre)



13/45


f

-101 DATA

-101 Code

t-101

Code * DATA

Principe de la CDMA et de ltalement de spectre

()

()

()

Bruit +Interfrences

()

-101 Signal reu

-101 Code local

t-101

DATA

Emission Rception

Domaine spectral



14/45


Les codes de ltalement



15/45


Les diffrents codes dtalement

Les squence de zones dinter corrlation nulles (ZCZ).

Les squences taille maximale ou m-squences

Les codes Gold.

Les codes de Kasami.

Les codes de Weil.

Les codes de Barker

Les codes alatoires ou les codes mmoire.

Les squences GMW. Les code Hadamard-Walsh.

Les squences Rudin-Shapiro.

Les codes de Golay.

Les squences du produit de Kronecker.

Les squences modifier par Jacobi.



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Start Etude comparative des codesPlanInsideGNSS

Horloge

Reset

Gnrateur 1

PN [10 7] squence

20 1= 1023 chip

XOR

0 0 101 1 11 0 000

1

0+ 7+ 1

Gnrateur de code PN

- Les codes pseudo alatoire PN



17/45


Horloge

Code Gold

Reset

Gnrateur 1

Gnrateur 2

PN code G1

PN code G2

0 0 101 1 11 0 000

1

0 1 010 0 11 0 001

0

11

1

1 0+ 8+ 1

Gnrateur de code Gold

- Les codes pseudo alatoire Gold 2 0+ 8+ 5+ + 1



18/45


0

Gnrateur de code OVSF

00 01

FE=2

0000 0011 0101 0110

FE=4

00000000 00001111 00110011 00111100 01010101 01011010 01100110 01101001

FE=8

- Les codes Orthogonal Variables Spreading Factor



19/45


Les codes choisi par les GNSS



20/45


Gnrateur de code CA

La configuration d'un gnrateur de code CA de GPS

Les codes CA de GPS-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

x 10-4

-1

0

1

Squence de code C/A

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

x 10-4

0

0.5

1

Fonction d'autocorrelation

3 4 5 6 7 8

x 106

20

40

60

La densit spectrale

Les caractristiques du code CA SAT- 11



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1 0 1 1

Priode N

La priode du code secondaire

Priode 1 Priode 3Priode 2

La priode du code primaire

-codesCode primaire

Code secondaireINs

Horloge

fe

La gnration des Tiered code pour Galileo

Les Tiered codes de Galileo GPS



22/45


1001110111010110110110101101111100011001100101011101011101110010

1011110101011010101110101011010101010101010101010101010101010101

1001110111010110110101011101010110101010101011101011011111000110

0110010101110101110111001010111101010110010101010101010101010101

GNSSSolutions

----------------- Nouvelles Solutions ---

De nouveaux codes pour

des applications avanceset

une meilleure prcision de localisation

GPS, Galileo, GLONASS ...



23/45

Galileo code Taille du code La dure de chip Modulation

E5a_I

10230 10.23 ALTBOC (15,10)E5a_Q

E5b_I

E5b_Q

E6a // 5.115 BOCcos(10,5)

E6b_I // 5.115 BPSK(5)

E6b_Q // 5.115 BPSK(5)

L1A // 2.5575 BOCcos(15,2.5)

L1B 4096 1.2023 Boc(1.1) Optimis

L1C 8192 1.2023 Boc(1.1) Optimis


GPS code Taille du code La dure de chip Modulation

L5_I 10230 10.23 BPSK(10)

L5_Q 10230 10.23 BPSK(10)

L2CCM 10230

5.115 TDM BPSK(1)

CL 767250

L2 code P 7 jours 10.23 BPSK(10)

L2 code M // 5.115 BOC(10,5)

L1 CA 1023 1.023 BPSK(1)

L1 code P 7 jours 10.23 BPSK(10)

L1 code M // 5.115 BOC(10,5)

Les spcifications des signaux GPS et Galileo

Les signaux GPS / Galileo



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0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2x 10-4

-1

-0.50

0.51

Squence de bits Data : 1 bit

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2x 10-4

-1

-0.50

0.51

Squence de bits code CA : 15000 bit

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2x 10-4

-1

-0.50

0.51

DS-CDMA : data * code

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3x 10-5

-1

-0.50

0.51

DS-CDMA : data * code

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3x 10-5

-1-0.5

00.5

1La porteuse L1 1575.42 MHz

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3x 10-5

-1-0.5

00.5

1La modulation en BPSK

Principe de gnration du signal GPS L1

La gnration des signaux GPS L1 (codage + modulation)

10 C/A Code

f0=10.23 MHz

x 154

20

Data

1.023 MHz

1000 Hz

50 Hz

BPSKSignal L1

Une configuration simple dun modulateur GPS L1

Data



25/45


, 1()

=0

()

Les caractristiques des codes des systmes GNSS

La fonction dautocorrlation(FAC)

La fonction dinter-corrlation (FIC)

1

1

La bande de Welch



26/45


-0.5

0.5

0 50 100 150 200 250 300-1

0

-150 -100 -50 0 50 100 1500

1

0 50 100 150 200 250 300-1

0

1

1

La fonction dautocorrlation

Squence ()

Squence ( + 0)

FAC 0+ . . //

( .(( )) )0



27/45


-0.5

0.5

0 50 100 150 200 250 300-1

0

-150 -100 -50 0 50 100 1500

1

0 50 100 150 200 250 300-1

0

1

1

La fonction dinter-corrlation

Squence ()

Squence B()

FIC + . . //

( .(( )) )



28/45


Les tapes suivis pour tudier les performances des codes

Rsultats et Simulation



29/45


Organigramme du travail

Etude comparative des codes

Dtermination des critres de

comparaison

Gnration des diffrents

codes

Non oui

Test de performances

Implmentation

dansGPS/ Galileo

Etude des

performancesAmlioration

Pour rendreacceptable Optimisation des

codes



30/45


Etude comparative des codes


comparaison


codes

Non oui

Test de performances

Implmentation

dansGPS/ Galileo

Etude des

performancesAmlioration

Pour rendreacceptable Optimisation des

codes

Organigramme du travail



31/45



comparaison

Les besoins de la navigation par satellites sont :

- Chercher et dterminer un satellite parmi les autres (Acquisition)

On utilise la fonction de corrlation entre un signal reu et autre local.

- Dterminer le temps de retard ( prcisionet rapidit) (Poursuite)

Une recherche en temps et en frquence du satellite

a) Dtection (Le satellite est visible) b) Pas de dtection (Le satellite nest pas visible)



32/45



comparaisonGnration des diffrents

codes

Gnration des codes (Programmation) Etude de performances

-1 0 1

x 10-4

-1

0

1

Squence de code Pseudo Noise

-1 0 1

x 10-4

0

0.5

1


-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

x 1012

2

46

8

10

La densit spectrale

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

x 10-4

-1

-0.5

0

0.5

1Squence de code Gold

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

x 10-4

0

0.5

1


-6 -4 -2 0 2 4 6

x 105

0

20

40

60La densit spectrale

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

x 10-4

-1

0

1

Squence de code Kasami

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

x 10-4

0

0.5

1


-6 -4 -2 0 2 4 6

x 1012

0

20

40

La densit spectrale

-1 0 1

x 10-4

-1

0

1Squence de code Barker

-1 0 1

x 10-4

0

0.5

1


-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5

x 104

0

5


-1 0 1

x 10-4

-1

0

1Squence de code Hadamard

-1 0 1

x 10-4

-1

0

1


-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

x 104

0204060

80

La densit spectrale

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

x 10-4

-0.5

0

0.5

1

Fonction d'autocorrelation-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

x 10-4

-1

0

1Squence de code OVSF

-6 -4 -2 0 2 4 6

x 1012

0

200

400




33/45



codesTest de performances

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4x 10

-4

-1

0

1

La fonction d'auto corelation signal sans bruit | Squence CA

temps s

Amplitude

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

x 10-4

-1

0

1

La fonction d'auto corelation signal bruit ( -30 dB ) | Squence CA

temps s

Amplitude

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4x 10

-4

-1

0

1

La fonction d'inter-corelation signal sans bruit | Squence CA

temps s

Amplitude

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

x 10-4

-1

0

1

La fonction d'inter-corelation signal bruit ( -30 dB ) | Squence CA

temps s

Amplitude

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5x 10

12

50

100

150

200

250

La densit spectrale Squence CA en absence de bruit

temps f

Amplitude

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

x 1012

50

100

150

200

250

La densit spectrale Squence CA en presence de bruit -30

temps f

Amplitude

-35 -30 -25 -20 -15 -100

1

2

3

4

5

6

7

8

9x 10

6 La variance en fonction de SNR (pour : Squence de code Kasami dB

Variance

SNR(power)

-35 -30 -25 -20 -15 -100

500

1000

1500

2000

2500

3000La fonction STD en fonction de SNR (pour : Squence de code Kasami dB

Standarddiviation

SNR(power)

-35 -30 -25 -20 -15 -100

1000

2000

3000

4000

5000

6000La fonction RMSE en fonction de SNR (pour : Squence de code Kasami dB

RMSE

SNR(power)

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -50

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1Probabilit d'erreur (SNR) : Squence de code Kasami

Erreur

SNR



34/45


Test de performancesAmlioration

Pour rendre

acceptable

Charger le code

Division en S(k)

squences

Calculer FIC s

(K squence)

Non oui

Save K (i)

- fliplr (S(K)) Si FIC


35/45


Amlioration

Pour rendre

acceptable

Implmentation

dans

GPS/ Galileo

Initialisation

GPS/Galileo simulation

Dmodulation Acquisition

No detc

Chercher le Sat

retenir la fc (porteuse)Pas de dtection

Poursuite

Extraction data


d


36/45


Leffet de la taille sur le nivaux max du lobe latrale de la FAC

Implmentation

dans

GPS/ GalileoEtude des

performances

5.105 5.11 5.115 5.12 5.125

x 104

-0.5

0

0.5

1

L'effet de l a modulation

BPSK

BOC(1,1)

TMBOC(6,1,4/33)

CBOC(6,1,1/11)

Leffet de la modulation sur le pic de la FAC

Les niveaux de la FAC pour les diffrentes modulations


I id GNSS


37/45


-1 0 1

x10-4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Fonction d'inter-corrlation satellites : 1 || 2 3 4

-1 0 1

x10-4

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1


-1 0 1

x10-4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1


-1 0 1

x10-4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1


Fonction dinter-corrlation 4 satellites

Etude des

performances

Leffet du bruit sur lacquisition des signaux

-2 -1 0 1 2 3 4

x 10-6

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Fonction d'autocorrelation en prsence de 4 MT

Erreur 0.097752 us

FAC sans MT

FAC avec MT

Pic original

Pic estim

Leffet des Multi trajet sur la prcision de la localisation


I id GNSS


38/45


Etude des

performances

L effet du bruit sur la dtection

Mesures FACparamtres Max (dB)Sans bruit -30.0988 dBAvec bruit 0.76663

Mesures FACparamtres Max (dB)Sans filtrage 0.76663Avec filtrage -4.2299

Les performances de la dtection


I id GNSS


39/45


Etude des

performances

Les performances de la dtection du pic principal

Paramtres Valeurs

Frquence dchantillonnage 100 1.0236Hz

Frquence du chip 1.0236Hz

Type de code Code pseudo alatoire PN

Taille du code 210 11023chip

Nombre ditration 900AWGN (SNR) [-35 :2 :-10] dB

les paramtres de la simulation

-35 -30 -25 -20 -15 -100

1

2

3

4

5

6

7

8

9x 10

6 La fonction de la VAR pour Code PN

les variations de SNR en dB

LaVAR


I id GNSS


40/45


Etude des

performances

Comparaison entre les performances des codes

-35 -30 -25 -20 -15 -100

1

2

3

4

5

6

7

8

9x 10

6

Les variation de SNR

Variance

Comparaison entre la dtection des deux codes CA et PN (1023 chip)

Code PN

Code CA

La variance

-35 -33 -31 -29 -27 -25 -23 -21 -19 -17 -15 -13 -110

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Code CA

Code PN

Probabilit derreurProbabilit derreurLa varianceLa STD Probabilit derreur

8 dB


Inside GNSS


41/45


Etude des

performances

Ltude de lintra systmes


Inside GNSS


42/45


Etudie des

performancesOptimisation des

codes

Optimisation des codes de Weil(10230 chip) Optimisation des codes Pseudo alatoires


Inside GNSS


43/45


Le Simulateur des codes GNSS

Interface 01 Gnration des codesInterface 02 Test des performancesInterface 03 Les performances de la dtectionInterface 04 Lamlioration des codesInterface 05 implmentations des codes dans les systmes GNSSInterface 06 Simulateur dacquisition pour GNSS


d d dlInside GNSS


44/45


Lamlioration de la prcision des systmes GNSS ncessite une

meilleure performance en termes de bruit et de Multitrajets.

Dun cot, l'utilisation des codes (trs longs) ajuste la dfaillance. mais

dun autre cot, la taille des codes est lie directement la vitesse

dacquisition.

Les caractristiques de ce type de code obligent les concepteurs de

rcepteurs GPS et Galileo nouvelle gnration de dvelopper de

nouveaux algorithmes permettant la gnration de codes optimiss.

CONCLUSION


S E d i d dPlInside GNSS


45/45


Comme continuit de ce travail, il sera intressant dimplmenter

ces codes ainsi que leurs algorithmes doptimisation dans des

systmes de traitement numriques en temps rel, tel que les

systmes de DSP ou bien FPGA ; pouvant tre par la suite intgrs

dans un systme dacquisition et de poursuite de codes, dans les

systmes de navigation.

Perspectives


Présentation GNSS systems Amine.GUISSOUS

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