Amélioration de la précision de la localisation différentielle temps réel par mesure de phase des systèmes GNSS - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2003

Improvement of real-time differential GNSS systems accuracy by phase measurements

Amélioration de la précision de la localisation différentielle temps réel par mesure de phase des systèmes GNSS

Stéphane Durand

Résumé

The Site Robotics and Positioning team of the Laboratoire Central des Ponts et Chaussées has been working for several years upon the application of stallite positioning systems (GNSS-GPS) in accurate real-time mode (RTK) to automation of road sites mobile equipment. Their performances are still too poor for the automation of some machines which require a subcentimeter level on the Z co-ordinate. The use of base stations networks seems promising to improve RTK GPS performances, but it requires a perfect knowledge of the numerous phenomena playing a role in the measurements and the position computation. The present study is in line with axis and constitutes actually its first and essential step. First we introduce GNSS systems and the reference systems they use. In a second step, we analyze precisely and logically the various physical phenomena which intervene in the measurements and we study their influence on the differential positioning computations. Linear combinations of measurements which allow to simplify the problem are presented and discussed. This analysis is carried out in parallel with the development of a software toolbox suited to pseudo-range and phase measurements processing, which we use to numerically validate our theoretical assumptions and results. In a third step, we study in details the ambiguity resolution issue and we analyze and compare some of the main existing methods. Finally, with the help of the knowledge gained during the previous phases, we propose, together with Mr André Lannes, a new approach to the integer ambiguity problem resolution, based upon the algebraic graph theory, which permits to highlight naturally some characteristics of the double difference combinations, frequently used in the processes.
Depuis des années, le laboratoire Central des Ponts et Chaussées travaille sur l’application des systèmes de localisation par satellites en mode temps précis (RTK) à l’automatisation des machnies sur les chantiers routiers. Leurs performances sont encore insuffisantes pour permettre l’automatisation de certains engins pour lesquels une précision inférieure au centimètre est requise sur la composante verticale. L’utilisation de réseaux de stations de base semble une approche très prometteuse pour améliorer les performances du RTK, mais elle nécessite une connaissance parfaite des nombreux phénomènes intervenant dans les mesures et les calculs de position. La présente étude s’inscrit dans une démarche et en constitue la première étape indispensable. Nous présentons d’abord les systèmes GNSS et les systèmes de référence qu’ils utilisent. Dans un deuxième temps, nous analysons de manière détaillée et logique les différents phénomènes physiques qui interviennent dans les mesures et nous étudions leur influence sur les calculs de localisation en mode différentiel. Les combinaisons linéaires de mesures qui permettent de simplifier le problème de localisation sont exposées et discutées. Cette analyse est menée en parallèle avec le développement d’un logiciel adapté au traitement des mesures de phases et de pseudo-distances, que nous utilisons pour valider numériquement nos hypothèses et nos résultats théoriques. Enfin, nous étudions en détail le problème de résolution des ambiguïtés et nous analysons et comparons quelques-unes des principales méthodes existantes. Enfin, en nous aidant des connaissances acquises au cours des phases précédentes, nous proposons, en collaboration avec M. André Lannes, une nouvelle approche du problème de résolution des ambiguïtés entières s’appuyant sur la théorie algébrique des graphes, permettant de faire apparaître naturellement certaines propriétés des combinaisons de type doubles différences, couramment employées dans les traitements.
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  • HAL Id : tel-02071408 , version 1

Citer

Stéphane Durand. Amélioration de la précision de la localisation différentielle temps réel par mesure de phase des systèmes GNSS : étude détaillée des équations d’observation et du problème de résolution des ambiguïtés entières. Astrophysique [astro-ph]. Observatoire de Paris, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02071408⟩

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