FR3137973A1 - Méthode MAC de monitoring, avec compensation de biais commun, de l’intégrité d’un procédé de positionnement ponctuel par balises virtuelles - Google Patents

Abstract

Procédé de contrôle de l’intégrité de la localisation obtenue par détermination de la position au plus près, basée sur le filtrage adapté des signaux GNSS reçus, d’un ensemble de positions de références géoréférencées pour mise en œuvre sur porteur mobile ou fixe, le dit procédé permettant de vérifier que la fonction de corrélation des signaux GNSS reçus est cohérente de la position de référence sélectionnée. Le procédé de contrôle de l’intégrité de la localisation au plus proche selon l’invention comporte : Une première étape de sélection préalable des signaux satellites aptes à participer au test de contrôle de l’intégrité de la position, sur un critère de niveau minimum de rapport signal à bruit de la voie dite ponctuelle,Une seconde étape d’exclusion des signaux satellites non compatibles avec des phases de codes prédites, réalisée sur un critère d’absence d’un Maximum Au Centre (MAC) des points de corrélation avance-ponctuel-retard et répondant aux impératifs de risques de non-intégrité, non-continuité et de délais d’alarme requis pour la sécurité du système de positionnement,Au moins une étape de recherche du maximum de vraisemblance sur l’ensemble des positions de référence obtenu par cumul des puissances élémentaires des différents satellites sélectionnés. Figure d’abrégé : [Fig.3] Principe de la détection de biais de temps par surveillance du Maximum Au Centre (MAC) des points de corrélation avance-ponctuel-retard

Description

Méthode MAC de monitoring, avec compensation de biais commun, de l’intégrité d’un procédé de positionnement ponctuel par balises virtuelles

L’invention décrit un procédé de contrôle de l’intégrité associé à la méthode de localisation par détermination de la position au plus près d’un ensemble de positions de références prédéfinies, dite détermination de la position à l’affût, pour mise en œuvre sur porteur mobile ou fixe, le dit procédé permettant de vérifier que la fonction de corrélation des signaux GNSS reçus est cohérente de la position de référence sélectionnée, conformément à un rayon de protection et un risque de perte d’intégrité requis pour la sécurité du système de positionnement .

L’efficacité de ce contrôle de l’intégrité de la position est déterminée par son rayon de protection qui représente sa capacité à détecter des défauts susceptibles d'entrainer des erreurs de position au minimum égales à ce rayon, pour les risques de non-détection et de fausse alarme et les délais d’alarme requis.

L’avantage de tester l'adéquation d'une position hypothétique avec la fonction de corrélation des signaux reçus est de permettre pour chacun de vérifier s’il se trouve ou non au voisinage d'un maximum de la fonction de corrélation spatiale.

=> [0005] Ce test de contrôle de l’intégrité proposé, dit du « Maximum Au Centre » (désigné par l’acronyme MAC dans cette invention), s’applique plus particulièrement, mais pas exclusivement, dans le cadre d’une méthode de positionnement ponctuel, telle que décrite dans le brevet EP3306272A1 [D1] (« Procédé de localisation ponctuelle d’un véhicule évoluant sur une trajectoire contrainte et système associé »), puisque le contrôle de l’intégrité met en œuvre les mêmes grandeurs (puissance en sortie de filtrage adapté pour des positions de référence connues) que celles utilisées par l’algorithme de positionnement du récepteur GNSS par rapport à un ensemble de points de référence géolocalisés.

=>[0006] Il permet aussi, dans le cadre de la mise en œuvre de cette méthode de positionnement, de simplifier grandement la charge de calcul de la recherche de la meilleure hypothèse de positionnement, le nombre de positions de balises candidates résiduelles éloignées de la position réelle devenant très faible et les satellites sélectionnés plus discriminants.

=> [0007] Le domaine de recherche du maximum participe à définir le rayon de protection, et influe aussi directement sur la disponibilité de la méthode (plus il sera choisi petit et moins nombreux seront les satellites retenus), sur la quantité de fausses alarmes générées ainsi que sur la confiance associée à la détection de défauts sur les signaux reçus.

=> [0008] L’application de ce contrôle de l’intégrité n’est cependant pas limitée à la mise en œuvre de la méthode de positionnement ponctuel de type « détermination de la position à l’affût », mais peut être aussi utilisée pour contrôler, via les signaux GNSS, la confiance d’une information de position délivrée par tout autre moyen.

=> [0009] L’invention décrit aussi l’algorithme établissant la relation entre le rayon de protection ainsi défini et les risques de perte de continuité et de perte d’intégrité encourus par la méthode de contrôle de l’intégrité, mis en œuvre pour le calcul du rayon de protection de la surveillance.

Domaine de l'invention

Le domaine d’application de l’invention concerne principalement, mais pas uniquement, les systèmes de positionnement des trains dans le contexte ferroviaire, et notamment la définition de balises virtuelles fonctionnant sur la base d’une localisation GNSS, en vue d’émuler une fonction et des interfaces équivalentes aux Eurobalises, recommandées par les standards actuels. L’invention s’applique aussi de la même façon à la localisation de toute plateforme mobile se déplaçant sur une trajectoire contrainte, physique ou virtuelle, tel que cela est le cas dans le domaine maritime ou fluvial pour les bateaux évoluant dans des chenaux de navigation ou des canaux, dans le domaine automobile au passage de péages ou plus généralement pour les véhicules se déplaçant sur une voie géoréférencée, dans le domaine aéronautique, pour des drones devant se déplacer dans des couloirs réglementés, ou encore pour l’assistance aux personnes devant évoluer dans un espace confiné.

La méthode de localisation par « détection à l’affût » trouve son origine dans la recherche de solutions de positionnement alternatives, permettant de remplacer la détection de passage des trains, basée sur des balises RFID fixes placées au sol, représentant un coût important d’installation et de maintien d’infrastructures, par un système de localisation embarqué, réalisant un positionnement autonome à bord, sans autres infrastructures latérales.

Les systèmes de positionnement GNSS offrent en effet une capacité de localisation bord autonome, « n’importe_où et n’importe_quand » », alternative à l’utilisation de balises physiques au sol.

Ainsi les solutions de balises de référence virtuelles envisagées passent par l’utilisation à bord du train d’un système de localisation permanent et continu, permettant de déclencher un top de position équivalent à celui d’une Eurobalise, lorsque la position fournie par le système de localisation passe au plus près de la position de la balise fictive.

Cependant, l’utilisation autonome des signaux GNSS selon une approche standard présente des limitations connues :

• La disponibilité des signaux GNSS peut ne pas être suffisante dans le cas de mobiles évoluant au sol, pour des raisons de masquage des signaux, ou de défaillance des satellites
• La qualité des mesures peut être dégradée par l’effet de perturbations de propagation ou d’interférences locales dans l’environnement de réception
• La précision et l’intégrité des mesures de localisation peuvent être sensiblement moins bonnes que celles atteintes par une balise physique robuste, et ne permet pas d’atteindre les objectifs de sécurité attendus pour la circulation ferroviaire, définis par les SIL (« Safety Integrity Level ») applicables aux applications ferroviaires.

Le rayon de protection typique d’un positionnement GNSS variant entre 10m à 60m selon les augmentations (ou non) considérées, du type DGPS ou SBAS, il est difficile de respecter les objectifs de garantie d’intégrité de la position calculée, plutôt préconisée inférieure à 5m, avec un algorithme de localisation standard (PVT).

La présente invention s’inscrit dans une approche de localisation par détection de position à l’affût, permettant d’améliorer la robustesse et la disponibilité de la localisation réalisée sur la base de signaux GNSS, pour laquelle le filtrage adapté est réalisée par corrélation des signaux attendus selon le domaine spatial correspondant au déplacement du mobile et non plus par exploration des retards dans le domaine temporel.

Cette technique de Corrélation Spatiale Généralisée, dite aussi de « détection à l’affût », permet de réduire le domaine d’incertitude pour la recherche du signal adapté et peut profiter du déplacement du porteur pour gérer le glissement relatif du code local attendu et du signal reçu. La phase de code du signal local est ajustée, à la date courante, pour la position de référence attendue de passage du mobile, alors que la phase du signal reçue évolue naturellement avec le déplacement du mobile selon une position liée à la trajectoire.

La technique de positionnement par Corrélation Spatiale Généralisée, déclinée dans des brevets [D1] (FR 160 14 49, « Procédé de localisation ponctuelle d’un véhicule évoluant sur une trajectoire contrainte et système associé ») et [D2] (EP3751315, ( « Procédé et système de localisation ponctuelle d'un véhicule à l'arrêt sur une voie de garage à l'aide de balises virtuelles »), est désignée dans ce mémoire par l’acronyme « CSG ».

La présente invention complète ainsi les inventions [D1] et [D2] en leur associant un dispositif de contrôle de l’intégrité des solutions de localisation fournies, afin de détecter d’éventuelles anomalies, des erreurs de positionnement ou des défaillances des signaux reçus, et d’évaluer en continu un rayon de protection de la solution fournie avec un niveau de confiance compatible des exigences de sureté de la navigation.

Problème technique

=> [0017] Dans le cas de la méthode CSG, le filtrage adapté est réalisé selon les retards et les dopplers (dits « phases de codes et de porteuse »), par corrélation des signaux GNSS reçus avec les signaux attendus pour les positions attendues.

=> [0018] Le code du signal local est à phase fixe à l’émission sur le satellite. La phase de réception prédite du signal est ajustée en fonction du mouvement du satellite (dont la trajectoire est calculée selon les éphémérides) et pour les différentes hypothèses de positions et de dates de réception (la base de temps du récepteur étant supposée synchronisée préalablement par un calcul classique de PVT à une centaine de nanosecondes près). La phase du signal reçu effectivement par le récepteur évolue de son côté naturellement avec le temps et selon la position attendue. Il existe une parfaite adaptation et maximisation de la vraisemblance lorsque la phase du signal reçu correspond à la phase des signaux attendus pour la position de référence attendue.

=> [0019] Une telle cohérence entre signaux réels reçus et signaux attendus aux différentes positions attendues ne peut pas bien sûr être parfaitement assurée, ne serait-ce qu’en raison :

• De l’erreur de synchronisation du temps local du récepteur sur le temps GNSS, qui comporte une imprécision d’estimation, voire une instabilité dans le temps,
• Des erreurs système et de propagations qui ne sont pas parfaitement corrigées par les modèles (ionosphérique, troposphérique, bras de levier d’antenne, erreur d’éphémérides et de synchro de temps satellites, …)
• Les positions attendues sont entachées d’erreur (garage du train au mètre près)
• Le géoréférencement des positions attendues est lui-même entaché d’erreur

=> [0020] Les fonctions de corrélations des différents satellites ne sont donc pas toutes centrées exactement autour du même maximum de puissance, les écarts de synchronisation entre signaux satellites reçus _qui trouvent leurs sources dans les erreurs d’horloge satellites, les retards de propagation ionosphérique et troposphérique, les trajets multiples_ entrainant des décalages de la fonction de corrélation spatiale.

L’approche CSG, bien qu’offrant une solution plus robuste que les solutions classiques de mise en œuvre des signaux GNSS au travers d’un PVT, souffre comme les autres solutions du niveau faible des signaux en réception et de la déformation des fonctions de corrélation obtenues après filtrage adapté en présence d’interférences et de trajets multiples.

D’autre part, la transformation d’un retard de propagation en une position sur une trajectoire contrainte n’est pas toujours univoque, car dépendant de l’angle entre la direction de déplacement du mobile et la direction d’incidence du signal. Les ambiguïtés spatiales, liées à la répartition géométrique des sources, dépendent aussi des puissances relatives des signaux, un signal ambigu significativement plus puissant que les autres pouvant entraîner avec lui toute la résolution. Bien que le nombre de sources de signaux soit en général suffisant pour introduire une diversité d’angles d’arrivée qui rend rares de telles situations d’ambiguïté de résolution, il est nécessaire de limiter leur occurrence et de pouvoir en surveiller le risque d’apparition dans le cas des applications de navigation critiques qui nécessitent un niveau élevé de disponibilité et d’intégrité des solutions de localisation.

=> [0048] La présente invention propose une solution de contrôle de l’intégrité de la position fournie suivant l’approche CSG. Cette solution met à profit la capacité, offerte par la méthode de localisation à l’affût, de tester l'adéquation d'une position hypothétique, mais définie précisément, en utilisant la fonction de corrélation observée des signaux reçus, permettant ainsi pour chacun des signaux reçus de tester s’il se trouve ou non au voisinage d'un maximum de corrélation.

Etat de la technique antérieure

Le brevet [D1] décrit une réalisation particulière de détection de passage, par filtrage adapté du signal reçu avec une ensemble de signaux de référence attendus (dits codes locaux), dont les phases de codes et de porteuse, sont prédits pour une position de réception de référence connue, à partir des retards de propagation et des dopplers des signaux directs à recevoir en ce point, calculés sur la base des positions et des vitesses connues des émetteurs.

=> [0023] Il est nécessaire, pour réaliser la prédiction des phases de code, de corriger (lors de la génération des codes locaux) les distances attendues des satellites à l’aide des modèles d’erreur disponibles, fournis par ailleurs par un récepteur GNSS embarqué ou via une liaison d’assistance (fournissant les modèles d’erreur d’horloge, modèles d’erreur troposphérique & ionosphérique), pour les réduire à quelques mètres (hors trajet multiples et interférence).

=> [0024] Pour couvrir l’imprécision sur la synchronisation locale, plusieurs filtrages adaptés sont menés en parallèle, correspondant aux signaux à recevoir aux différentes positions attendues possibles du train, calculés pour différentes hypothèses de recalage du temps local en vue de couvrir le domaine d’incertitude en temps.

=> [0025] La position et la date de recalage pour laquelle la corrélation est maximale sont alors considérées comme la position et la correction de synchronisation les plus probables pour le train.

Le brevet EP3751315 [D2] propose une adaptation du brevet précédent consistant à étendre le principe de la balise de référence virtuelle au cas des trains à l’arrêt, afin de pouvoir identifier automatiquement la voie de départ du train après sa mise en route, et cela sans mouvement du porteur, problématique qui ne peut être traitée par le brevet susmentionné, ni de façon fiable par les récepteurs de localisation GNSS standards.

=> [0011] Il décrit une solution pour comparer la vraisemblance de plusieurs hypothèses de localisation au démarrage du train correspondant à des positions de stationnement prédéterminées et connues, en vérifiant la cohérence des signaux GNSS reçus avec les signaux GNSS attendus pour ces différentes positions.

=> [0012] Le traitement proposé dans le brevet consiste à réaliser une corrélation (complexe) globale entre le signal reçu sur l’antenne bord et l’ensemble des codes locaux des satellites visibles, synchronisés sur les phases (du code et de la porteuse) attendues des signaux satellites à l’instant courant et, pour chacune des hypothèses des positions attendues connues possibles.

=> [0013] La position retenue est celle qui permet de maximiser le rapport signal à bruit obtenu, pour l’ensemble des hypothèses de positions de référence attendue, après sommation cohérente ou non cohérente des sorties de corrélations obtenues pour l’ensemble des satellites traités.

=> [0014] Ici, les positions de réception possibles sont données par une grille serrée de positions sur les rails qui constituent l’ensemble des hypothèses de positions de redémarrage du train, pour être évaluées en parallèle et non plus successivement dans le temps comme cela est le cas dans le brevet [D1].

=> [0015] Cependant, la présence toujours possible de déformations du signal reçu, liées à des trajets multiples, ou à des interférences locales, peut induire des erreurs de position bien supérieures à l’espacement entre voies, risquant ainsi de rendre la détermination de la voie non intègre, même après une intégration longue de la position calculée.

=> [0021] Ces erreurs de l’ordre de plusieurs dizaines de nanosecondes (disons 200ns, soit 60m sur les pseudodistances), se traduisent par un possible étalement des positions des maxima de corrélation entre satellites, avec un risque que l’utilisateur ne soit pas alerté.

=> [0058] Un rayon de protection associé à une barrière de détection de défaut est ainsi défini par la capacité d’un contrôle de l’intégrité à détecter des défauts susceptibles d'entrainer des erreurs de position au minimum égales à ce rayon.

=> [0022] Afin d’assurer l’intégrité de la solution fournie par la méthode, un superviseur (moniteur de l’intégrité de la position) est associé au procédé de positionnement, permettant le lever l’alarme en cas d’erreur pour un rayon de protection et pour un risque fixé par les impératifs de sécurité du système.

Limitations

=> [0026] Dans la pratique, la cohérence entre les signaux réels GNSS reçus par le récepteur GNSS au temps t courant et les signaux de répliques attendus, prédits et calculés, aux différentes positions P(i) de référence, i variant de 1 à N_Be, ne peut pas être parfaitement assurée, en raison :

• De l’erreur de synchronisation du temps local du récepteur GNSS sur le temps du système GNSS qui comporte une imprécision d’estimation, voire une instabilité au cours du temps, causée par l’imprécision intrinsèque de la base de temps local du récepteur GNSS (par exemple un quartz oscillant compensé en température), plus élevée que l’imprécision de la base de temps du système GNSS (en général une horloge atomique conforme aux contraintes de vol spatial) ;
• Des erreurs propres au système GNSS et des erreurs de propagation des signaux radioélectriques qui ne sont pas parfaitement corrigées par les divers modèles de compensation, comme par exemple les erreurs de propagations ionosphérique et/ou troposphérique, les effets de bras de levier d’antenne, les erreurs d’éphémérides et de synchronisation temporelle entre les satellites.

=> [0027] Les décalages des maximas de la fonction de corrélation des signaux satellites autour de la position réelle, qui dépend des directions d’arrivée des signaux, créent un halo de diffusion susceptible d’entrainer une ambiguïté de résolution de la position du maximum une fois les fonctions de corrélation sommées, sans qu’il ne soit possible d’apprécier l’amplitude de l’erreur ainsi obtenue.

=> [0028] Dans le cas d’un récepteur en mouvement, la fonction de corrélation est explorée automatiquement au cours du déplacement du porteur. => [0029] Il n’y a détection d’un passage à proximité de la balise de référence virtuelle que si la fonction de corrélation multi-satellites présente un maximum suffisamment important établi à partir d’un seuil sur le rapport signal à bruit à convenir à partir de la confiance souhaitée.

=> [0030] Si un maximum de corrélation multi-satellites est effectivement détecté, on pourrait à l’instar d’un RAIM estimer une incertitude sur la position de ce maximum à partir de la distribution des positions des maxima des fonctions de corrélations élémentaires des satellites autour du maximum multi-satellites, à la manière de la distribution des erreurs de pseudodistance, puis calculer un rayon de protection fonction de la distribution des erreurs et des probabilités de fausses alarmes ou de non détection d’une (ou plusieurs) anomalie de ces erreurs pour identifier l’existence d’un biais significatif.

=> [0031] Mais, l’accumulation de telles marges conduit à des rayons de protection qui apparaissent souvent nettement plus grands que l’imprécision visible à court terme.

=> [0033] D’où, la nécessité de mettre en place un contrôle d’intégrité dédié pour la méthode de détermination de la position à l’affût, qui soit basé sur une surveillance de l’erreur de décalage des maxima de corrélation, indicateur de l’amplitude de l’erreur de position possible.

Solution au problème

=> [0034] L’algorithme de contrôle de l’intégrité objet de la présente invention réalise une détection et exclusion des signaux de référence qui, s’ils étaient pris en compte, seraient susceptibles de biaiser l’estimation de position au-delà d’un seuil d’erreur toléré, et permet d’associer un rayon de protection de l’erreur de position attendue liée à cette exclusion.

=> [0036] Le principe du contrôle de l’intégrité de la détermination de position au plus près d’un ensemble de positions de références prédéfinies consiste à ne retenir, pour chaque position testée (dite « hypothèse de position » ou encore « position de balise de référence virtuelle ») que les satellites dont la fonction de corrélation présente un maximum au voisinage de l’hypothèse de position considérée.

Il est rappelé que le principe d’une telle détermination de position par maximum de vraisemblance, conformément à l’approche CSG mis en œuvre par [D1] et [D2], consiste à accumuler, pour chacune des hypothèses de positions de référence testées, les puissances issues des filtrages adaptés entre le signal reçu et les signaux attendus pour chacun des satellites visibles pour ces positions.

Ce principe revient à accumuler pour chacune de ces positions les fonctions de corrélation, en principe callées au voisinage proche de leur maximum, mais avec une dispersion des retards tributaires des imperfections standards de modèles de correction de propagation, des erreurs de synchronisation au niveau des satellites et du récepteur et au bruit thermique.

A cela s’ajoute tous types de biais, non modélisés par nature, affectant la fonction de corrélation du signal reçu, tels que des sources d’interférences, des trajets multiples, des biais communs affectant le récepteur, comme les biais de la base de temps ou des biais RF.

Le réglage du contrôle d’intégrité consiste alors à définir les seuils des barrières de détection de ces biais de sorte à les exclure le plus sûrement possible de la résolution de la position, tout en restant compatible de la distribution des erreurs standards.

Il faut aussi souligner que la détermination de la position la plus probable parmi un ensemble de positions attendues, réalisée par recherche du maximum de vraisemblance, est basée sur le simple cumul des sorties de corrélations sur l’ensemble des signaux qui ne dépend pas de la direction d’incidence des signaux et en cela reste une approche purement énergétique.

Cette approche préserve ainsi (en absence de biais) la linéarité de la détermination de position vis-à-vis de la distribution des erreurs standards de retards, la position en retard du maximum obtenu après cumul des fonctions de corrélation individuelles des signaux correspondant à la moyenne (pondérée par les puissances individuelles des signaux) des erreurs de retard individuelles, et la variance de l’erreur de retard du maximum cumulé résultant de la moyenne quadratique pondérée des erreurs individuelles.

Une telle linéarité directe par rapport à la distribution des erreurs individuelles n’est pas assurée dans le cas d’une résolution de position par PVT qui nécessite une transformation spatiale entre la distribution des erreurs de retard individuel et les erreurs de positions résultantes, pouvant conduire à une élongation importante de l’espace d’incertitude pour certaines configurations géométriques des angles d’arrivée des signaux (mesurée par la dilution de précision, dite DOP).

Ainsi, le contrôle d’intégrité de la détermination de position à l’affût est basé sur un simple contrôle de la dispersion des retards de corrélation et non pas de leur projection dans un repère spatial, et, à ce titre est applicable sur la fonction de corrélation temporelle des signaux reçus.

Avantages apportés

=> [0048] Le principal avantage de tester l'adéquation d'une position hypothétique connue est de permettre d’évaluer par maximum de corrélation, si le mobile se trouve ou non au voisinage d'une des références possibles de position, dont l’une est connue pour être située à proximité du récepteur. Un tel test de confirmation n’est pas possible dans le cas d’un traitement GNSS classique puisque la position calculée par PVT, utilisée comme référence par le RAIM, est elle-même imprécise et peut être biaisée par un axe à vue erroné.

Un autre avantage est lié à la robustesse accrue du principe de surveillance, basé uniquement sur une analyse du niveau et de la forme de la fonction de code d’étalement, par rapport à l’approche classiquement mise en œuvre par les récepteurs GNSS, basée sur l’extraction d’un retard à partir de la fonction de corrélation, par mise en œuvre de discriminateurs ou d’interpolateur en temps.

En effet, une fois constaté que, pour les situations de réception en environnement local faiblement perturbé _définies par des trajets multiples spéculaires faiblement retardés (de retard inférieur à la durée de chip du code d’étalement) et de puissance inférieure au trajet direct, ou à des interférences à bande étroite, dont le niveau après étalement de la convolution par le code local est inférieur au niveau du direct_, la position en retard du maximum de corrélation reste inchangée (non biaisée) alors que s’opèrent des déformations de la forme de la fonction de corrélation de code traduites par des dissymétries, il en découle que l’approche de détermination de la position par maximum de vraisemblance par cumul des fonctions de corrélation, mis en œuvre pour un positionnement par CSG, est moins sensible à ces perturbations locales en réception que les approches basées sur l’extraction de retard telle que le PVT.

Pour la même raison, il en découle qu’un dispositif de contrôle de l’intégrité réalisant une surveillance de l’existence de biais de retard est plus efficace en prenant en compte uniquement la forme de la fonction de corrélation, tel que le critère de maximum au centre, qui reste efficace et sensible en présence de tels trajets multiples ou interférences, contrairement aux tests utilisant des résidus de mesures extraites de retards du type RAIM, et donc que le rayon de protection du test de type MAC est plus petit dans un environnement de réception terrestre, offrant ainsi une meilleur résolution et disponibilité au positionnement par CSG. .

=> [0053] Le contrôle d’intégrité appliqué directement au niveau de la forme de la fonction de corrélation permet ainsi de réduire l’accumulation des marges de protection, liées aux contributions d’erreurs et biais des mesures de retard, propres à l’environnement de réception local.

La mise en œuvre de la barrière de contrôle d’intégrité en parallèle de la recherche du maximum de vraisemblance par CSG permet de réduire le nombre d’hypothèses de positions candidates, en ne conservant que les positions possiblement ambiguës qui, évoluant avec les déplacements, pourront être facilement éliminées par filtrage temporel.

L’algorithme de contrôle d’intégrité ainsi défini s’applique de la même façon dans le cas de plateformes fixes et de plateformes mobiles.

Brève description des figures

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description de plusieurs formes de réalisation qui va suivre, donnée à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels :

présente le mode de réalisation le plus général de la méthode de contrôle de l’intégrité, avec compensation de biais commun, de l’intégrité d’un procédé de positionnement ponctuel par balises virtuelles

illustre l’équivalence entre la fonction de corrélation temporelle et spatiale (avec et sans biais temporel)

illustre le principe de détection des biais par maximum au centre (avec et sans biais temporel)

illustre le principe d’apparition du risque de fausses alarmes lié à la méthode MAC

illustre le principe d’apparition du risque de non-détection lié à la méthode MAC

décrit le principe d’ajustement du rayon de protection de la méthode MAC selon les risques de fausses alarmes et de probabilité de détection.

décrit un synoptique général de réalisation du contrôle de l’intégrité MAC

décrit le procédé d’estimation et correction du biais commun de temps

décrit le procédé d’estimation du rapport signal à bruit

décrit un mode de réalisation particulier, mais non limitatif, du contrôle de l’intégrité MAC dans le cas d’une détection de position pour le rail

Solution technique

=> [0066] La présente invention décrit un procédé de surveillance et de calcul du rayon de protection, basé sur l’existence d’un maximum de corrélation des signaux satellite à proximité de positions de références définies a priori.

=> [0044] Le test du « Maximum Au Centre » (acronyme MAC) défini par l’invention permet de vérifier, sans extraction de retard, que la fonction de corrélation temporelle présente un maximum entre au moins 2 points de corrélation Avance-Retard, => [0069] la méthode permettant de rejeter les satellites qui, pour la position de référence considérée, présentent un maximum éloigné de plus de t₀

=> [0116] En posant,

• P(Sk,Bl), la puissance de la voie ponctuelle pour le signal S_ket la position de référence B_l
• E(Sk,Bl), la puissance de la voie avance (décalée de par rapport à la voie ponctuelle)
• L(Sk,Bl), la puissance de la voie retard (décalée de par rapport à la voie ponctuelle)

En écrivant, conformément aux expressions (f.6) et (f.7) données en annexe,

Alors, le test de décision pour détecter la présence d’un biais s’écrit :

=> [0070] Il implique que, pour toute hypothèse de position correspondant à des signaux retardés en temps de plus de t₀de la vraie position en regard de la direction des signaux associés, la plupart des signaux satellites ne seront pas retenus (sauf ceux situés sur le même front d’onde), et donc que le niveau de la fonction de corrélation cumulée (multi-satellites) pour ces autres hypothèses de positions sera faible.

=> [0071] Pour autant, pour l’hypothèse de position correspondant à la vraie position, tous les satellites ne seront pas retenus, en particulier les satellites qui présenteraient des biais supérieurs à t₀(évitant en cela un « étalement » de la fonction de corrélation spatiale généralisée). Seuls les satellites dont les erreurs restent compatibles du grain d’incertitude en retard sont sélectionnés.

=> [0051] L’impact de la prise en compte à tort pour le calcul du niveau de corrélation de la vraie balise d’une contribution de corrélation d’un satellite qui serait en fait biaisé, mais qui serait vu par le contrôle de l’intégrité comme compatible du domaine de corrélation de la balise (du fait de l’erreur de mesure), reste en fait relativement faible si le rythme du contrôle de l’intégrité est le même que le rythme d’estimation de la position, puisque cette erreur ne fait que conforter un « bon » choix

=> [0045] Le test de vérification du maximum central, permet ainsi :

• D’une part de rejeter facilement la plupart des hypothèses de positions qui sont trop éloignées de la vraie position,
• D’autre part, si on teste la vraie position, de rejeter des signaux erronés (biais de temps satellites ou retard excessif de propagation),
• Et aussi, de rejeter des satellites non erronés mais qui, à RSB trop faible, présentent une fonction de corrélation trop bruitée.

=> [0047] Cependant, si le rapport signal à bruit est trop faible, il reste possible que les estimations des valeurs de corrélation soient trop bruitées et qu’un signal retardé de plus de t₀présente quand même un maximum au point milieu (statistiquement rare mais possible).

=> [0047] Pour pallier ce risque, un tri supplémentaire est appliqué sur le niveau minimum du rapport signal à bruit des signaux participant au cumul multi satellites.

=> [0067] Moyennant un accroissement de la charge de calcul, le principe du maximum au centre, détaillé avec 3 points de corrélation par la suite, peut être étendu, dans un mode de réalisation ultérieur , pour un nombre de points de corrélation plus important, par exemple 13 valeurs d’offset comprises entre -90ns et +90ns, toutes les 15ns, afin de réaliser un filtrage des fonctions de corrélation individuelles par interpolation temporelle et de vérifier que le maximum est situé dans une fourchette de retard liée au rayon de protection.

Un tel filtrage contribue à réduire l’impact des bruits additionnels et des incertitudes de modèle, et donc de réduire les risques de non-détection ou de fausse alarme associé à ce critère.

=> [0055] Dans un mode de réalisation simple, le procédé consiste à utiliser au moins 3 points de corrélation, dits avance-ponctuel-retard (ou encore « early-punctual-late » en anglais) et désigné par l’acronyme EPL, espacés de la valeur de l’imprécision standard (qui dépend de la durée d’intégration de la fonction de corrélation), et de vérifier que le maximum est au centre.

=> [0046] Cependant, comme tout système de détection, le test de contrôle de l’intégrité peut signaler à tort à l’algorithme de positionnement qu’un signal est erroné, ou bien, ne pas pouvoir détecter qu’un signal est erroné, justement parce qu’une erreur d’estimation de la mesure biaisée vient compensée le biais réel (erreur géométrique comprise).

=> [0059] Le test du « maximum au centre » effectue le contrôle des défauts au niveau des signaux satellites individuels, en réalisant une protection contre les biais de retard de chaque signal satellite qui dépasse l'offset de temps avance -retard (t₀).

Le rayon de protection en position est déduit de la valeur d'offset de temps avance -retard (t₀).

=> [0060] La valeur choisie pour cet offset est conditionnée directement par les objectifs fixés en termes de :

• Pfa, correspondant à la probabilité pour qu’un vrai maximum ne soit pas détecté (introduisant en cela une rupture de continuité du service de positionnement), décrite conformément à l’expression (f.3) donnée en annexe, sous la forme :

=> [0117]

• Pnd, correspondant à la probabilité pour qu’une vraie erreur ne soit pas détectée (perte d’intégrité) décrite conformément à l’expression (f.25) donnée en annexe), sous la forme :

=> [0138]

=> [0061] La perte de continuité est liée à la Pfa et la perte d’intégrité est liée à la Pnd associées à la probabilité d’occurrence de l’erreur

=> [0060] La valeur de l’offset influe aussi directement sur la disponibilité du contrôle d’intégrité (plus il sera choisi petit et moins nombreux seront les satellites retenus)

=> [0062] Ces probabilités dépendent directement :

• De la valeur de l’offset de temps
• De l’étalement de la fonction de corrélation
• Du rapport signal à bruit

=> [0063] Pour un type de code d’étalement donné, et pour un CN0 de réception typique, il est possible de calculer les valeurs objectives de Pnd et Pfa selon les expressions développées en annexe.

La Pfa s’écrit, conformément à l’expression (f.24) donnée en annexe :

La Pnd s’écrit, conformément à l’expression f.36 donnée en annexe :

où, , représente le niveau de la fonction de corrélation du code d’étalement du signal k pour le retard

=> [0074] Le développement complet de la formulation analytique de la confiance de détection de biais, caractérisée par les valeurs de (Pnd, Pfa, RSB, TTA), associée au seuil t₀est fourni en annexe de la présente invention.

=> [0069] Cette méthode permet de rejeter les satellites qui pour, la position considérée, présentent un maximum éloigné de plus de t₀.

Sous l’hypothèse que au moins 3 satellites sont visibles simultanément, et que tous sont sélectionnés par la barrière de détection du MAC, alors une expression majorante du rayon de protection en position sur le plan horizontal est donnée, conformément à l’expression (f.35) de l’annexe, par :

Ns représente l’ensemble des satellites sélectionnés par l’algorithme MAC

(i,j) est un couple d’indice i et j parmi ces satellites

Azi est l’angle d’incidence en azimut (par rapport au nord) du signal satellite i

Eli est l’angle d’incidence en élévation (par rapport au plan horizontal) du signal satellite i

=> [0082] Dans un des cas d’application pour le rail, lié à [D2] on recherche la balise la plus proche de la position réelle du récepteur, dans le cas d’une grille de positions possibles suffisamment dense autour d’une première position estimée par un PVT classique (donc a priori avec un rayon de protection PL du RAIM assez large).

=> [0083] Dans ce cas, l’impact de l’incertitude de la position du récepteur par rapport au maillage, inférieure à la demi-maille, doit toujours rester inférieur à celui dû aux bruits qui affectent la fonction de corrélation (donc indiscernable dans le bruit de mesures), et garder un impact négligeable sur la détection de tout biais

=> [0084] La précision du positionnement ne peut donc pas, dans ce cas, être inférieure au maillage de la grille, même en cas de réception idéale absente de toute erreur sur les signaux reçus (erreur équirépartie sur +/- un demi pas de maillage).

=> [0085] Les bruits pris en compte pour l’établissement du rayon de protection, et qui participent au risque de perte de la position concernent :

• L’erreur de référencement des positions des balises
• Les erreurs résiduelles de correction des retards de propagation des signaux (dérives et biais d’horloge récepteur & satellites, retard de propagation ionosphérique et troposphérique, retard de groupe récepteur et d’antenne)
• Les erreurs de trajet multiples sous l’hypothèse de réflexions diffuses (non spéculaires), qui peuvent se modéliser par une distribution statistique
• Le bruit d’estimation des niveaux de corrélation après filtrage adapté (perte de corrélation des signaux Satellites & Récepteur, facteurs de bruit, ….)

=> [0086] Les biais non attendus susceptibles de participer à la non-intégrité de la position sont eux relatifs :

• aux biais de trajets multiples (en général, des biais dus à des réflexions spéculaires)
• à des biais de propagation intempestif non pris en compte par les modèles de corrections. C’est le cas en particulier des biais de propagation ionosphérique à faible latitudes, ou en cas de perturbation du champ magnétique terrestre)
• à des biais de corrections non détectés par le système GNSS (orbitographie des satellites, biais d’horloge, …)
• à des défaillances HW ou SW non détectées du récepteur et de son antenne (RF, TOS, ….)

=> [0087] Dans un autre cas d’application pour le rail, lié à [D1], du positionnement à l’affût pour une plateforme en mouvement, on suppose que la voie a été correctement initialisée et que l’objet de la détection est de détecter un passage obligé du récepteur exactement sur la position de la balise de référence, sans aucun résidu d’erreur géométrique.

Dans une approche globale, toutes les imprécisions des modèles de corrections rentrent dans la détermination du rayon de protection qui doit correspondre aux Pfa et Pnd souhaités.

La décrit une méthode d’ajustement du rayon de protection en fonction des contraintes de Pnd, Pfa, ainsi que des durées d’intégration cohérente et non cohérente du filtrage adapté.

=> [0089] Si ces erreurs sont trop importantes il peut devenir impossible de réduire le rayon de protection en dessous d’un seuil qui est lié à ces erreurs résiduelles. Si elles ne sont pas suffisamment bien appréciées (au travers de leurs moyenne et écart-type), les axes à vue correspondant à des erreurs non attendues trop importantes devront être rejetés par l’algorithme de contrôle de l’intégrité et déclarés comme biaisés, entrainant en cela une perte de continuité.

=> [0090] L’existence de biais communs du récepteur liés au retard de groupe RF analogique du signal, créés par sa réception au travers des étages d’antenne, préamplificateur, CAG, filtres RF et IF, avant numérisation, est aussi susceptible de réduire la disponibilité du contrôle de l’intégrité MAC et de borner inférieurement le rayon de protection supporté par le contrôle de l’intégrité.

=> [0090] Ce biais RF n’est pas différentiable du biais d’horloge local calculé classiquement par un PVT, impliquant ainsi que, en sus de l’imprécision de l’estimation du temps local résolu par le PVT, le temps local n’est jamais parfaitement synchronisé sur le temps de référence GNSS, si le biais commun RF n’est pas connu par ailleurs. Ce biais non traité de synchronisation de l’échelle de temps locale sur le temps GNSS entraine que les phases de codes prédites (même si elles étaient parfaitement estimées par les modèles) resteraient décalées du biais commun RF pouvant atteindre plusieurs dizaines de ns.

=> [0091] Par ailleurs, ce biais RF est susceptible d’évoluer à court terme avec la température internes du récepteur, et dépend aussi à plus long terme du vieillissement des composants électroniques.

La synchronisation de la base de temps locale du récepteur est supposée préalablement établie et avoir été obtenue par résolution d’un PVT à partir des signaux GNSS, et filtrée à long terme par une horloge atomique dans une fourchette d’erreur typique de quelques dizaines de ns à l’horizon du rythme des mesures. Cependant, la résolution du PVT étant elle aussi soumise à des erreurs inattendues hors statistique, il est nécessaire de s’assurer de l’intégrité de la solution de temps initiale en ayant préalablement réalisé un contrôle de l’intégrité du PVT du type GNSS_RAIM ou SBAS_RAIM, en vue de respecter l’erreur typique de résolution du temps local.

=> [0092] L’erreur résiduelle de résolution du temps local et l’incertitude résiduelle sur le biais RF du récepteur étant d’un ordre de grandeur équivalent ou supérieur à la précision de positionnement par CSG relativement au réseau de balises, il est donc nécessaire de mener une estimation en continue de ce biais commun et de recaller conformément les phases de codes prédites.

Une telle estimation du biais commun étant elle-même tributaire des incertitudes sur les modèles et corrections utilisées pour le calcul des phases de codes aux positions attendues et des éventuels biais pouvant s’y ajouter, l’estimation est définie selon un procédé itératif permettant l’élimination des biais spécifiques aux axes satellites et la convergence progressive vers la valeur du biais commun.

Le procédé est intégré dans le procédé de contrôle de l’intégrité MAC et décrit par la présente invention pour estimer et éliminer ce biais est détaillé en .

Description détaillée

présente le mode de réalisation le plus général du procédé de contrôle de l’intégrité de la localisation obtenue par détermination de la position au plus près, basée sur le filtrage adapté des signaux GNSS reçus, d’un ensemble de positions de références géoréférencées pour mise en œuvre sur porteur mobile ou fixe.

Le procédé selon l’invention comprend un ensemble d’étapes, configurées pour mettre en œuvre une stratégie permettant de vérifier que la fonction de corrélation des signaux GNSS reçus est cohérente de la position de référence sélectionnée, et caractérisé en ce qu'il comporte :

1. Une étape E1 (100) de synchronisation de la base de temps du procédé sur le temps GNSS calculé et transmis par le système de positionnement GNSS
2. Une étape E2 (101) de calcul de la phase de code des signaux GNSS prédits en réception pour l’ensemble desdites positions de références et pour l’ensemble des satellites visibles auxdites positions de référence
3. Une étape E3 (103) de calcul du rapport signal à bruit dans la bande d’observation après filtrage adapté des signaux GNSS reçus avec lesdits signaux GNSS prédits
4. Une étape E4 (104) de détermination conjointe du rayon de protection et de la durée d’intégration du traitement adaptés aux risques de non-intégrité et non continuité requis
5. Une étape E5 (105), appliquée sur chacun desdits signaux GNSS reçus et chacune desdites positions de référence, de calcul du niveau efficace de la voie, dite de corrélation ponctuelle, obtenue après filtrage adapté du signal par le code local attendus pour la phase de code, dite prédite, compensée des biais communs résiduels de retard de groupe du récepteur et de synchronisation sur le temps GNSS, après intégration cohérente et non cohérente
6. Une étape E6 (106), appliquée sur chacun desdits signaux GNSS reçus et chacune desdites positions de référence, de calcul du niveau efficace des voies, dites de corrélation avance et de corrélation retard, obtenues après filtrage adapté du signal par des codes locaux attendus décalés d’une dite fraction de chip de code en avance et en retard par rapport à la phase de code dite prédite de la voie ponctuelle, après intégration cohérente et non cohérente, la dite fraction de chip de code étant déterminée de sorte à respecter la contrainte de probabilité de non-détection d’un biais de phase de code du signal dans un rayon de protection fixé par les objectifs de risque de perte d’intégrité associé au procédé de contrôle
7. Une étape E7 (107) de sélection préalable des signaux satellites aptes à participer au test de contrôle de l’intégrité de la position, sur un critère de niveau minimum de rapport signal à bruit de la voie dite ponctuelle, tel que calculé en étape (E3), permettant d’assurer l’efficacité du test selon les objectifs de probabilités de non-détection et de probabilité de fausse alarmes fixées pour le contrôle de l’intégrité
8. Une étape E8 (108) dite d’exclusion des signaux satellites dont les phases de codes ne sont pas compatibles avec les phases de codes prédites pour les dites positions de références testées ou bien qui présentent des biais de retard inattendus par rapport aux phases de codes prédites dues à des perturbations de propagation ou de synchronisation des signaux, la dite exclusion de satellite étant réalisée sur un critère d’absence d’un Maximum Au Centre, méthode dite MAC, des dits points de corrélation avance-ponctuel-retard
9. Une étape E9 (109) de calcul, pour chacune desdites positions de référence, du niveau efficace de puissance obtenu, dite vraisemblance, par cumul des puissances élémentaires des différents satellites sélectionnés, après intégration cohérente et non cohérente
10. Une étape E10 (110) de détermination de la position de référence la plus proche de la position réelle de réception par identification de la position de référence qui présente la vraisemblance la plus élevée, dans un rayon de protection compatible des contraintes de probabilité de fausse alarme et de non-détection fixées au procédé de contrôle de l’intégrité de la position

=> [0037] illustre en (2-1) l’équivalence entre la synchronisation en temps par corrélation temporelle et la synchronisation en position par corrélation spatiale. Cette figure présente une représentation graphique, en fonction du temps, d’une fonction de corrélation temporelle (21) du signal GNSS reçu S_j(t) d’un satellite de géo-positionnement Sat(j) avec le signal attendu en une position d’abscisse Xi (240) d’une balise B_l(i) (23) et un retard t par rapport au temps de synchronisation attendu ti (24) pour l’abscisse Xi.

=> [0038] Le support T_corr(14) de cette fonction de corrélation temporelle 21 correspond à la durée d’un chip d’une séquence de code GNSS. Le terme « chip », utilisé dans les techniques GNSS, désigne une information binaire modulant le signal d’une séquence de code GNSS et diffère de la notion de bit qui est utilisée pour définir une unité d'information. Par exemple, la durée d’un chip pour le système GPS (en anglais « Global Positioning System ») est de 1µs. Le maximum 22 de cette fonction de corrélation temporelle 21 est obtenu pour le retard de synchronisation ti du signal attendu avec le signal S_j(t) reçu par le récepteur GNSS. (2-1) illustre que le retard t du maximum de corrélation (22) est nul lorsque le temps de propagation du signal est parfaitement estimé et lorsque la base de temps local du récepteur est parfaitement alignée sur le temps GNSS

=> [0039] présente aussi une représentation graphique unidimensionnelle, en fonction de l’abscisse X autour de la position d’abscisse Xi (240) de la position de la balise B_l(i), d’une fonction de corrélation spatiale 210 équivalente du signal GNSS reçu par le récepteur en provenance du satellite de géo-positionnement Sat(j) avec le signal attendu en le point B_l(i) d’abscisse Xi et au temps de synchronisation ti

=> [0040] Le support X_corr(140) de cette fonction de corrélation spatiale 220 correspond à la projection du support de corrélation temporelle T_corr(14) sur l’axe de variation de la position du récepteur GNSS autour de la balise B_l(i). Le support de corrélation spatiale X_corret le support de corrélation temporelle T_corrsont liés par la formule :

=> [0041] X_corr= c* T_corr/cos(αj)

=> [0041] dans laquelle :

=> [0041] X_corrdésigne ici la longueur du support de la fonction de corrélation spatiale ;

=> [0041] c désigne la célérité de la lumière ;

=> [0041] T_corrdésigne le support de la fonction de corrélation temporelle ;

=> [0041] αj désigne l’angle d’incidence du signal satellite émis par le satellite Sat(j), j étant compris entre 1 et NSat par rapport à la direction de déplacement du véhicule ;.

=> [0042] Le maximum 220 de cette fonction de corrélation temporelle 210 correspond à l’abscisse de synchronisation du signal GNSS attendu avec le signal reçu par le récepteur GNSS en provenance du satellite Sat(j), il indique la position la plus proche de la balise B_l(i). => [0043] La synchronisation étant supposée parfaitement réalisée, le maximum 220 correspond à l’abscisse Xi de la position P(i) de la balise B_l(i).

La partie (2-2) de la illustre le déplacement des fonctions de corrélation temporelle et spatiale en présence d’un biais de synchronisation Dt sur la base de temps local ou d’un biais DX sur le géoréférencement de la référence de position, conduisant à un décalage homothétique de la position des maximas de corrélation sur l’axe des retards (24’) et l’axe des abscisses (240’)

On peut noter que dans le cas d’un biais commun de temps affectant simultanément et de la même façon tous les signaux reçus, le décalage induit sur les fonctions de corrélation temporelles sera identique, alors que le décalage selon l’abscisse va varier avec les satellites selon l’angle d’incidence sur l’axe de déplacement, anticipant en cela que l’identification de biais communs peut être obtenue par moyennage des erreurs de temps multi-satellites.

=> illustre le principe de la détection de biais de temps par surveillance du Maximum Au Centre (MAC) sur 3 points de corrélation avance (E) -ponctuel (P) -retard (L). La phase de code du point de corrélation ponctuel (P) est calée sur le retard attendu du signal reçu et les phases de codes des points avance (E) et retard (L) sont décalées de part et d’autre du retard attendu de la voie ponctuelle d’une valeur correspondant au niveau de protection attendue en position.

La partie (3-1) illustre que le niveau du point de corrélation central reste statistiquement plus grand que les points de corrélation latéraux (P>E et P>L) tant que l’erreur de synchronisation du signal reçu reste inférieure à l’espacement séparant les bribes de corrélation, permettant en cela la sélection pour la détermination de la position par maximum de vraisemblance de ne retenir que les signaux compatibles d’une distribution d’erreur de synchronisation donnée.

La partie (3-2) illustre que le niveau du point de corrélation ponctuel sera statistiquement dépassé par au moins une des voies latérales (P<E ou P<L) si l’erreur de synchronisation du signal est supérieure à l’espacement entre les échantillons de corrélation. Il est à noter que ce principe de surveillance ne dépend pas de la direction d’incidence du signal. Il fournit un critère simple de mise en œuvre pour évaluer l’apport des signaux dans réalisation d’un maximum de vraisemblance basé sur le filtrage adapté des signaux reçus.

=> illustre une situation de fausse alarme détectée selon l’algorithme MAC, en réception d’un signal satellite S_k(t) sur la balise B_l, correspondant à un cas d’absence de biais (hypothèse H0), mais pour lequel le test de décision MAC détecte cependant la présence d’un biais de synchronisation excessif en appliquant le critère , puisque, dans le cas illustré, > >

(410) représente l’enveloppe de la fonction de corrélation du signal S_k(t) avec le code local synchronisé sur le temps de réception t0 (422) attendu pour la balise B_l

t₀(421) désigne le retard appliqué entre les échantillons de corrélation Avance-Ponctuel (E-P) et Ponctuel-Retard (P-L) du code local

t_Bl(420) désigne l’erreur résiduelle de synchronisation du code local par rapport au temps de réception théorique attendu t0, liée au bruit de phase et aux erreurs de modèle (a priori faible en absence de tout autre biais important)

(411), (412), (413) représentent les niveaux de puissances théoriques en absence de bruit d’estimation de la fonction de corrélation, respectivement des voies avance (E), ponctuelle (P) et retard (L)

(414), (415), (416) représentent une occurrence de niveaux de puissances effectivement obtenue en prenant en compte le bruit d’estimation de la fonction de corrélation, respectivement des voies avance (E), ponctuelle (P) et retard (L)

(417), (418), (419) représentent la distribution statistique de l’erreur d’estimation des niveaux de la fonction de corrélation, respectivement pour les voies E, P, L, en présence de bruit.

Cette distribution est supposée Gaussienne, centrée sur les valeurs de niveaux théoriques attendus en ces points, et d’écart-type fourni par le rapport signal à bruit mesuré dans la bande de réception de la voie ponctuelle.

Afin de limiter les cas d’erreur de détection de signaux fortement biaisés susceptibles de générer des fausses alarmes à faible rapport à bruit, un seuil de sélection des signaux sur une critère de rapport signal à bruit minimum (423) est appliqué préalablement à l’algorithme MAC).

La même séquence de bruit participant à la corrélation des voies E, P, L, la distribution statistique est la même pour chacune des voies. Cependant, du fait de la corrélation microscopique de ce bruit (essentiellement du bruit thermique reçu via l’antenne et du bruit de grenaille du récepteur), les bruits obtenus, issus de corrélations décalées avec le code local, sont considérés comme indépendants entre les voies de corrélation

=> illustre une situation de non-détection d’un biais de synchronisation selon l’algorithme MAC, en réception d’un signal satellite S_k(t) sur la balise B_l, malgré la présence d’un biais réel (hypothèse H1), mais pour lequel le test de décision MAC ne détecte pas la présence d’un biais excessif en appliquant le critère puisque, dans le cas illustré, < <

(510) représente l’enveloppe de la fonction de corrélation Γ_H0(S_k,B_l) du signal S_k(t) avec le code local synchronisé sur le temps de réception t₀(422) attendu pour la balise B_l

τ₀(521) désigne le retard appliqué entre les échantillons de corrélation Avance-Ponctuel (E-P) et Ponctuel-Retard (P-L) du code local

τ_Bl(520) désigne l’erreur résiduelle de synchronisation du code local par rapport au temps de réception théorique attendu t0 (522), liée au bruit de phase et aux erreurs de modèle (a priori faible en absence de tout autre biais important)

τ_Biais(520) désigne un biais additionnel de synchronisation du code local par rapport au temps de réception théorique attendu t0 (522), liée à des aléas de propagation du signal, à la présence de biais de temps commun (du type biais l’horloge locale ou d’un retard de groupe RF non compensé du récepteur)

(511), (512), (513) représentent les niveaux de puissances théoriques en absence de bruit d’estimation de la fonction de corrélation, respectivement des voies avance (E), ponctuelle (P) et retard (L)

(514), (515), (516) représentent une occurrence de niveaux de puissances effectivement obtenue en prenant en compte le bruit d’estimation de la fonction de corrélation, respectivement des voies avance (E), ponctuelle (P) et retard (L)

(517), (518), (519) représentent la distribution statistique de l’erreur d’estimation des niveaux de la fonction de corrélation, respectivement pour les voies E, P, L, en présence de bruit.

Identiquement à la , cette distribution est supposée Gaussienne, centrée sur les valeurs de niveaux théoriques attendus en ces points, et d’écart-type fourni par le rapport signal à bruit mesuré dans la bande de réception de la voie ponctuelle.

Afin de limiter les cas d’erreur de détection de signaux fortement biaisés susceptibles de générer des non-détections à faible rapport à bruit, un seuil de sélection des signaux sur une critère de rapport signal à bruit minimum (523) est appliqué préalablement à l’algorithme MAC.

=> [0159] décrit la méthode de détermination conjointe du rayon de protection et de la durée d’intégration du traitement, selon l’étape E4, adaptés au risque de non-intégrité et de non-continuité du procédé de contrôle, caractérisée en ce que :

• La Pnd attendue du monitoring par satellite est dérivée du risque de perte d’intégrité fixé au niveau de l’équipement (601)
• Le contraste de corrélation objectif par satellite, défini par le produit est déduite analytiquement de la valeur de Pnd attendue (604)
• La Pfa attendue du monitoring par satellite est dérivée du risque de perte de continuité fixé au niveau de l’équipement (611)
• La durée d’intégration cohérente et non cohérente est déterminée à partir du TTA fixé au niveau de l’équipement (609)
• Le seuil de rapport signal à bruit minimum correspondant à la durée d’intégration cohérente et non cohérente est calculé à partir d’une valeur nominale du CN0 minimum garanti des signaux GNSS en réception (603)
• Le retard minimum entre la voie ponctuelle et les voies avance et retard, définissant le rayon de protection du contrôle de l’intégrité est déduit du contraste de corrélation objectif, du seuil sur le rapport signal à bruit minimum calculé et de la largeur de chip du code PRN du signal (605)
• La Pfa objective du contrôle de l’intégrité est déduite analytiquement à partir du contraste de corrélation objectif (606)
• Si la Pfa objective est inférieure à la Pfa attendue, le retard entre voies avance-ponctuel-retard définit le rayon de protection du contrôle de l’intégrité
• A partir de l’écartement entre les échantillons de corrélation de la barrière de détection de biais au niveau satellite, on calcule le rayon de protection en position (607) sous l’hypothèse que au moins 3 satellites sont visibles simultanément, et que tous sont sélectionnés par la barrière de détection du MAC. Une expression du rayon de protection en position majorant sur le plan horizontal est donnée par :

• où,
• Ns représente l’ensemble des satellites sélectionnés par l’algorithme MAC
• (i,j) est un couple d’indice i et j parmi ces satellites
• Azi est l’angle d’incidence en azimut (par rapport au nord) du signal satellite i
• Eli est l’angle d’incidence en élévation (par rapport au plan horizontal) du signal satellite i
• Si le rayon de protection du contrôle de l’intégrité est supérieur au rayon d’alarme limite toléré pour le service de positionnement, le contrôle de l’intégrité du système de positionnement est déclaré irréalisable pour les objectifs de Pnd et Pfa attendus (608)
• Si la Pfa objective est supérieure à la Pfa attendue,
• la durée d’intégration cohérente en sortie de filtrage adaptée est progressivement augmentée (609) jusqu’à une durée égale au TTA, de sorte à optimiser le rapport signal à bruit de sortie après filtrage adapté (602)
• Les objectives de Pfa (606) et le rayon de protection (605) sont recalculés avec le nouveau rapport signal à bruit de sortie, sans modification du rayon de protection du contrôle de l’intégrité, selon les formulations analytiques du mémoire (606)
• Si la Pfa objective recalculée reste supérieure à la Pfa attendue, le contrôle de l’intégrité du système de positionnement est déclaré irréalisable pour les objectifs de Pnd et Pfa attendus
• Si la Pfa objective recalculée est inférieure à la Pfa attendue, le contrôle de monitoring MAC est applicable en respectant les objectifs de suretés fixés au niveau de l’équipement, et dans le rayon de protection calculé.

[0171] => décrit un synoptique général de réalisation du contrôle de l’intégrité MAC, en indiquant notamment les liaisons et l’imbrication avec les étapes de traitement déjà menées pour réaliser la détermination de position à l’affût, telle que décrite dans les brevets [D1] et [D2]

(701), (712], (713) indiquent comme préalables au traitement, respectivement, les étapes de calcul des phases de codes (Pd) des signaux satellites visibles pour l’ensemble des positions attendues, de synchronisation de la base de temps locale du récepteur avec le temps de référence du système GNSS, sources des signaux utilisés, et enfin de réception du signal GNSS d’antenne filtré et numérisé. Ces étapes sont déjà en place dans le système intégrant le procédé au titre de la détermination de la position à l’affût.

(702) réalise l’adaptation, à partir du traitement de la détermination de la position à l’affût, le procédé de génération des signaux GNSS attendus C_i(t), calés sur la phase de code prédite, en y introduisant en complément la correction du biais commun de synchronisation estimé par le monitoring MAC à l’instant courant, et appliqué pour l’ensemble des positions attendues Be

(703) reprend tel quel le procédé de corrélation multi-satellites pour l’ensemble des positions attendues, pour réaliser le filtrage adapté entre le signal GNSS reçu et les signaux locaux attendus

(704) et (705) traite du calcul du rapport signal à bruit calculé dans la bande de réception, définie par la durée d’intégration cohérente de corrélation du filtrage adapté, respectivement pour le calcul de la référence de bruit seul puis le calcul du rapport signal à bruit prenant en compte les niveaux des sorties de corrélation.

Les signaux utilisés par l’algorithme MAC étant préalablement sélectionnés sur la base de leur rapport signal à bruit, l’extraction du niveau de bruit seul après filtrage adapté nécessite une attention particulière, afin de rejeter de cette référence toute contribution des signaux. Cette réjection est obtenue en réalisant la corrélation du signal reçu avec le code local avec le retard le plus important possible de sorte à sortir du domaine de corrélation du signal. Cependant la fonction de corrélation du signal étant périodique, au rythme de répétition du code (1ms pour GPS C/A), on retient un retard d’une demi-période de code (0,5ms).

Afin d’éliminer des contributions de signal liées aux remontées des secondaire de corrélation du signal (typiquement situé à -21dB par rapport au code adapté), on recherche ensuite le niveau minimum de la référence de bruit seul parmi l’ensemble des signaux corrélés.

Ces étapes de traitement sont détaillées en .

(706) réalise une première sélection des signaux sur la base du rapport signal à bruit calculé pour la voie de corrélation ponctuelle, le seuil de sélection étant défini sur la base de l’objectif de fausse alarme fixé à l’équipement (603)

(707) réalise l’ajustement du rayon de protection de l’algorithme MAC en fonction des objectifs de Pnd et Pfa et du niveau du seuil sur le rapport signal à bruit. Ce procédé est détaillé en .

(708) Applique l’algorithme MAC pour réaliser l’exclusion des signaux biaisés au-delà du rayon de protection, et associe le rayon de protection aux contraintes de Pfa et Pnd

(709) réalise la sélection la position de référence la plus proche du maximum de vraisemblance, comme cela est réalisé de base pour la détermination de position à l’affût.

(710) extrait les résidus d’erreur de temps pour la position la plus vraisemblable, et détecte et détermine l’existence d’un biais commun sur les phases de codes prédites. Ce traitement est détaillé en .

(711) réalise la correction des phases de codes prédites, par la valeur du biais commun extrait par (710) et entretient le calcul au temps courant.

décrit le procédé mise en œuvre dans cette invention pour estimer et éliminer ce biais selon les étapes suivantes :

=> [0093] (801) Lors de la phase de lancement du procédé au démarrage, première estimation au temps courant (t) de la position la plus probable par rapport à une grille de positions possibles (801). Cette estimation par CSG est réalisée par calcul de la meilleure vraisemblance, dit premier maximum de vraisemblance, consistant à sommer les fonctions de corrélation multi-satellites pour chaque hypothèse de position de référence attendue sur la grille et à déterminer la position sur la grille présentant la meilleure vraisemblance, telle que décrite par [D1] ou [D2],

=> [0093] (802) Estimation au temps courant (t) des retards de corrélation, dits biais résiduels, pour chacun des axes satellite reçus, par rapport aux phases de codes attendues pour chaque satellite reçu, pour la seule position dudit premier maximum de vraisemblance, qui, en absence de biais non attendu, est le plus susceptible de présenter les retards géométriques les plus faibles (802). Ledit biais résiduel est estimé par extraction, sur l’axe des retards, du maximum de corrélation du code du signal reçu avec le code du signal attendu,

=> [0093] (803) Pour réaliser l’extraction au temps courant (t), application d’une méthode de déconvolution des trajets multiple à plusieurs points de corrélation (803), par exemple en utilisant une méthode de type double-delta à 5 points qui couvre une grande partie du domaine de corrélation du code, adaptée pour les cas de réflexions spéculaires. Plusieurs méthodes d’extraction de la phase de code (ou temps reçu) sont connues du domaine de l’art des récepteurs GNSS pour permettre de minimiser l’impact des trajets multiples spéculaires sur l’erreur d’estimation du temps reçu. Elles mettent généralement en œuvre une batterie de plusieurs retards de corrélations répartis autour du corrélateur central (dit aussi corrélateur ponctuel) asservi en temps sur la phase de code attendue ou poursuivie,

=> [0093] (804) Calcul de la moyenne de la distribution des biais résiduels de retard au temps courant (t) sur l’ensemble des satellites reçus pour la position dudit premier maximum de vraisemblance,

(805) Calcul de la variance de la distribution des biais résiduels de retard au temps courant (t) sur l’ensemble des satellites reçus pour la position dudit premier maximum de vraisemblance, dite variance des biais du premier maximum de vraisemblance,

[Revendication 4] 5. (806) Correction des phases de codes attendues (dites phases de codes attendues corrigées) au temps courant (t) par le biais résiduel moyen, pour tous les signaux reçus,

Revendication 4] 6. (807) Rafraichissement de la position la plus probable par rapport à la grille, au temps courant (t), par calcul de la meilleure vraisemblance par rapport auxdites phases de codes attendues corrigées, dit second maximum de vraisemblance, appliquée sur les mêmes signaux reçus,

(808) Application du procédé de contrôle de l’intégrité MAC pour calcul du rayon de protection et éventuelle exclusion d’axes à vues défaillants,

(809) Calcul au temps courant (t) des retards de corrélation corrigés, dits biais résiduels corrigés, pour chacun des axes satellite reçus, par rapport aux dites phases de codes attendues corrigées pour chaque satellite reçu. Ledit biais résiduel corrigé est estimé par extraction, sur l’axe des retards, du maximum de corrélation du code du signal reçu avec le code du signal attendu corrigé, en mettant en œuvre la même méthode de déconvolution des trajets multiple spéculaires,

(810) Calcul de la moyenne de la distribution desdits biais résiduels corrigés au temps courant (t) sur l’ensemble des satellites reçus pour la position dudit second maximum de vraisemblance,

(811) Calcul de la variance de la distribution desdits biais résiduels corrigés au temps courant (t) sur l’ensemble des satellites reçus pour la position dudit second maximum de vraisemblance, dite variance des biais du second maximum de vraisemblance

(812) Validation de la sélection du second maximum de vraisemblance au temps courant (t), par vérification que la variance de la variance du second maximum de vraisemblance est inférieure à la variance du premier maximum de vraisemblance :

- (813) Si V1_MV> V2_MV, la position du second maximum de vraisemblance est sélectionnée et le biais résiduel est actualisé par le biais résiduel corrigé (M2_VM)

- (814) Si V1_MV< V2_MV, la position du premier maximum de vraisemblance est sélectionnée et le biais résiduel associé au premier maximum de vraisemblance est maintenu (M1_VM)

(801) Au temps suivant (t+1), retour à l’étape, pour estimation de la nouvelle meilleure vraisemblance de position, ceci après avoir corrigé les phases de codes attendues au temps (t+1) par le biais résiduel moyen calculé au temps (t), ce pour tous les signaux reçus encore sélectionnés.

décrit le procédé d’estimation du rapport signal à bruit avec identification d’une référence de bruit seul.

(901), (910), (911) indiquent comme préalables au traitement, respectivement, les étapes de calcul des phases de codes (Pd) des signaux satellites visibles pour la position attendue, de synchronisation de la base de temps locale du récepteur avec le temps de référence du système GNSS source des signaux utilisés et enfin de réception du signal GNSS d’antenne filtré et numérisé. Ces étapes sont déjà en place dans le système intégrant le procédé au titre de la détermination de la position par CSG.

La série des traitements (904) réalise un décalage de Tc/2 de chacune des phases de codes des signaux satellites reçus sur la balise Be(i) avec laquelle on vérifie l’intégrité des signaux reçus (en principe, celle fournissant le maximum de vraisemblance), où Tc est la longueur du code PRN du signal GNSS reçu (par exemple, le décalage est de 0,5ms dans le cas de signaux GPS C/A). Dans le cas de signaux faiblement périodique (du type voie pilote utilisée par Galileo, ce décalage pourra atteindre jusqu’à 50ms.

Ce décalage a pour but de rechercher une référence de bruit seul servant au calcul de l’écart-type du bruit de sortie, après corrélation, intégration cohérente sur une durée dépendant de la stationnarité de la phase du signal (liée au rythme de transition de phase des données) et une éventuelle intégration non-cohérente).

La série des oscillateurs numériques (NCO code) (902) réalise la génération des codes PRN locaux pour chacun des signaux GNSS attendus Ci(t), calés sur la phase de code prédite pour la positions attendue Be(i). Ce traitement, destiné à fournir l’estimation du niveau de puissance du signal obtenu sur la voie ponctuelle (P) après filtrage adapté, est mené de base par le traitement de détermination de la position.

La série des oscillateurs numériques (NCO code) (903) réalise la génération des codes PRN locaux pour chacun des signaux GNSS attendus Ci(t), décalés de Tc/2 par rapport à la phase de code prédite pour la positions attendue Be(i). Ce traitement, destiné à fournir l’estimation du niveau de puissance du bruit seul sur la voie ponctuelle (P) après filtrage adapté, n’est pas mené de base par le traitement de détermination de la position. Ces signaux sont dits voies de signal.

Les batteries de multiplieurs complexes (914) et (915) réalise la multiplication du signal reçu avec les codes locaux générés par les oscillateurs numériques pour les voies signal (non retardées) et les voies bruit (retardées de Tc/2). Ces signaux sont dits voies de bruit.

Les intégrateurs (905) réalisent l’intégration cohérente des sorties multipliées sur une durée identique pour lesdites voies signal et les voies bruit.

(912) fournit la formulation analytique en sortie de filtrage adapté pour les voies signal.

(913) fournit la formulation analytique en sortie de filtrage adapté pour les voies bruit.

Dans une version de base, mais pas exclusive, l’intégration cohérente est réalisée sur une durée de 1ms adaptée aux signaux GPS, mais peut évoluer selon la période des codes GNSS utilisés, ou encore selon la capacité à démoduler en temps réel la phase des données portée par les signaux reçus.

Les quadrateurs (906) réalise la détection des signaux complexe (I&Q) de sortie de filtrage adapté de façon identique pour lesdites voies signal et les voies bruit.

Les intégrateurs (907) réalisent l’intégration non-cohérente des sorties détectées en vue d’estimer le rapport signal à bruit sur le même horizon de temps que la détermination de position par maximum de vraisemblance

(908) détermine la valeur de puissance minimal en sortie des voies bruits, afin de sélectionner la référence de bruit seul présentant la contribution la plus faible possible du signal.

(909) réalise le calcul du rapport signal à bruit estimé pour chacun des signaux reçus, selon la formule suivante :

où,

(S_i+B)s fait référence aux sorties des voies signal i

Bs fait référence à la sortie de la voie bruit de référence bruit seul

Exemple de réalisation particulière

décrit un mode de réalisation particulier, mais non limitatif, du contrôle de l’intégrité MAC dans le cas d’une détection sur une grille de positions de référence possibles.

De façon préférentielle, la présente réalisation trouve son application dans le domaine ferroviaire pour assurer l’intégrité de la position résolue d’un train, plus particulièrement au démarrage, parmi un ensemble de position de garage connues a priori, mais aussi en circulation pour permettre la détection de passage près de balises de référence.

La figure décrit l’architecture principale du dispositif de contrôle de l’intégrité de l’information de positionnement dans lequel ledit dispositif est configuré pour mettre en œuvre le procédé de contrôle de l’intégrité selon les méthodes de l’invention pour les objectifs de Pnd et Pfa attendus.

(1002) est un récepteur GNSS, ici GPS, préférentiellement capable d’intégrer le traitement de toute constellation ou multi constellations, qui réalise les fonctions classiques de :

1. Calcul de PVS pour le calcul de la position des satellites à l’instant courant
2. Calcul du PVT pour une première estimation de la position et du temps, permettant de caler la recherche les balises dans ces fourchettes d’incertitude déterminées par les rayons de protections associés à la position et au temps
3. Calcul des modèles de correction pour le calcul du PVT, et paramétrage des calculs de modèle pour la détermination de position à l’affût
4. Contrôle de l’intégrité de la position et du temps calculés par le PVT par les algorithmes classiques du domaine GNSS (RAIM_FDE, ARAIM, RAIM-SBAS)
5. Calibration, si le récepteur dispose de canaux internes dédiés, des biais de retard interne du récepteur GNSS

(1003), dit Moteur de corrélation, présentant une architecture matérielle intégrée et dédiée, réalise les opérations de corrélation au plus près du signal, afin de réduire les latences ou les biais de synchronisation. Pour cela, ce module réalise au temps courant :

1. Le calcul des distances géométriques entre les satellites et les balises de référence,
2. Le calcul des modèles de correction associées à chacun des satellites
3. Le calcul des phases de codes attendues
4. La correction des biais de synchronisation commun
5. La génération de code local et la corrélation avec le signal reçu
6. Le calcul du rapport signal à bruit et la sélection des signaux présentant des SNR suffisants
7. Le contrôle de l’intégrité par la méthode MAC et l’exclusion de satellites biaisés

(1004) réalise les fonctions logicielles à plus basse cadence pour la détermination du maximum de vraisemblance, l’observation des résidus et l’estimation des biais communs.

(1001) est une base de données géographique à haute résolution (typiquement pour une résolution horizontale voisine du mètre) contenant les coordonnées des positions de référence géoréférencées et des trajectoires dans un référentiel compatible du référentiel WGS84 utilisé par GPS.

(1005) est une base de temps externe constituée d’une horloge atomique ultra-stable permettant le filtrage à long terme du temps local, ainsi que le maintien de la base de temps en cas de passage dans des zones occultées

L’ensemble de cette fonction est intégré dans un dispositif réalisant les procédés de l’invention, caractérisé en ce qu’il comprend :

1. une antenne,
2. un récepteur de positionnement adapté à l’acquisition et à la poursuite des signaux de référence en temps et en fréquence,
3. une base de temps, mesurant le temps courant, synchronisée sur le temps système d’émission des signaux par l’intermédiaire du récepteur de positionnement,
4. une cartographie géoréférencée de la trajectoire et des points de référence,
5. des moyens de calcul pour réaliser le traitement d’antenne et la détermination de position par détection d’un maximum de puissance de la fonction de corrélation

Applications industrielles possibles de l’invention

L’invention, appliquée au système de localisation ponctuelle, est adaptée à une mise en œuvre à plus court horizon dans le domaine ferroviaire pour fournir une solution sécurisée (intègre dans un rayon de protection donné) pour la localisation au démarrage d’un train à l’arrêt d’un train sur une grille de positions de référence possibles, et pour la détermination de la date de passage d’un train parmi un ensemble de positions de référence, dites balises de référence virtuelles, disposées sur des lignes ferroviaires.

La mise en œuvre du principe est aussi adaptée pour toutes formes de positionnement utilisant des routes contraintes à faible variation de dynamique tels que:

• Les systèmes de positionnement maritime dans les « rails » de navigation
• Les systèmes de communication et de navigation spatiaux sur orbites fixes
• Des systèmes terrestres de vérification de passages à des positions obligatoires, péages, douanes
• Les dispositifs de barrières virtuelles servant au confinement de mobiles ou de personnes dans des zones autorisées

Claims (7)

1. => [Revendication 1] L’invention décrit un procédé de contrôle de l’intégrité associé à la méthode de localisation par détermination de la position au plus près d’un ensemble de positions de références prédéfinies, pour mise en œuvre sur porteur mobile ou fixe, le dit procédé permettant de vérifier que la fonction de corrélation des signaux GNSS reçus est cohérente de la position de référence sélectionnée, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte :

   1. Une étape E1 (100) de synchronisation de la base de temps du procédé sur le temps GNSS calculé et transmis par le système de positionnement GNSS
   2. Une étape E2 (101) de calcul de la phase de code des signaux GNSS prédits en réception pour l’ensemble desdites positions de références et pour l’ensemble des satellites visibles auxdites positions de référence
   3. Une étape E3 (103) de calcul du rapport signal à bruit dans la bande d’observation après filtrage adapté des signaux GNSS reçus avec lesdits signaux GNSS prédits
   4. Une étape E4 (104) de détermination conjointe du rayon de protection et de la durée d’intégration du traitement adaptés aux risques de non-intégrité et non continuité requis
   5. =>une étape (E4), Une étape E5 (105), appliquée sur chacun desdits signaux GNSS reçus et chacune desdites positions de référence, de calcul du niveau efficace de la voie, dite de corrélation ponctuelle, obtenue après filtrage adapté du signal par le code local attendus pour la phase de code, dite prédite, compensée des biais communs résiduels de retard de groupe du récepteur et de synchronisation sur le temps GNSS, après intégration cohérente et non cohérente
   6. =>une étape (E5), Une étape E6 (106), appliquée sur chacun desdits signaux GNSS reçus et chacune desdites positions de référence, de calcul du niveau efficace des voies, dites de corrélation avance et de corrélation retard, obtenues après filtrage adapté du signal par des codes locaux attendus décalés d’une dite fraction de chip de code en avance et en retard par rapport à la phase de code dite prédite de la voie ponctuelle, après intégration cohérente et non cohérente, la dite fraction de chip de code étant déterminée de sorte à respecter la contrainte de probabilité de non-détection d’un biais de phase de code du signal dans un rayon de protection fixé par les objectifs de risque de perte d’intégrité associé au procédé de contrôle
   7. =>une étape (E6), Une étape E7 (107) de sélection préalable des signaux satellites aptes à participer au test de contrôle de l’intégrité de la position, sur un critère de niveau minimum de rapport signal à bruit de la voie dite ponctuelle, tel que calculé en étape (E3), permettant d’assurer l’efficacité du test selon les objectifs de probabilités de non-détection et de probabilité de fausse alarmes fixées pour le contrôle de l’intégrité
   8. =>une étape (E7), Une étape E8 (108) dite d’exclusion des signaux satellites dont les phases de codes ne sont pas compatibles avec les phases de codes prédites pour les dites positions de références testées ou bien qui présentent des biais de retard inattendus par rapport aux phases de codes prédites dues à des perturbations de propagation ou de synchronisation des signaux, la dite exclusion de satellite étant réalisée sur un critère d’absence d’un Maximum Au Centre, méthode dite MAC, des dits points de corrélation avance-ponctuel-retard
   9. =>une étape (E8), Une étape E9 (109) de calcul, pour chacune desdites positions de référence, du niveau efficace de puissance obtenu, dite vraisemblance, par cumul des puissances élémentaires des différents satellites sélectionnés, après intégration cohérente et non cohérente
   10. =>une étape (E9), Une étape E10 (110) de détermination de la position de référence la plus proche de la position réelle de réception par identification de la position de référence qui présente la vraisemblance la plus élevée, dans un rayon de protection compatible des contraintes de probabilité de fausse alarme et de non-détection fixées au procédé de contrôle de l’intégrité de la position
2. => [Revendication 2] Procédé de contrôle de l’intégrité de l’information de positionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte une étape (E11) d’autodétermination de non-disponibilité du contrôle vis-à-vis de la position de référence testée, si aucun satellite n’est sélectionné à l’issue des étapes (E7) et (E8), la position de référence testée étant alors retirée de l’ensemble des positions possibles candidates
3. => [Revendication 3] Procédé de contrôle de l’intégrité de l’information de positionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte une étape (E12) de calcul du niveau de bruit de référence, dit référence de bruit seul, utilisé pour le calcul du rapport signal à bruit après filtrage adapté (étape E3), caractérisé en ce que ladite référence de bruit seul est estimée, en retenant le niveau minimum de l’ensemble des sorties de filtrage adapté des signaux pour un retard de phase de code excédant largement le support de corrélation d’un chip de code, par exemple une demi-période de code dans le cas de codes périodiques (soit 0,5ms dans le cas GPS C/A), par estimation de la variance de cette sortie
4. => [Revendication 4] Procédé de contrôle de l’intégrité de l’information de positionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte une étape (E13) dite d’estimation des biais communs résiduels de retard de groupe du récepteur et de synchronisation sur le temps GNSS, après intégration cohérente et non cohérente, ladite estimation étant caractérisée en ce qu’elle permet :

   1. Lors de la phase de lancement du procédé au démarrage et en statique, de réaliser une première estimation du maximum de vraisemblance en position par rapport à une grille de positions possibles
   2. De réaliser l’estimation des biais résiduels uniquement pour la position du premier maximum de vraisemblance, correspondant à la position la plus efficace pour observer les résidus de retard géométrique
   3. Pour cette estimation, appliquer une méthode de déconvolution des trajets multiple à plusieurs points de corrélation (par exemple, mais pas exclusivement, une méthode de type double-delta à 5 points qui couvre une grande partie du domaine de corrélation du code, adaptée pour les cas de réflexions spéculaires)
   4. Calculer la variance de la distribution desdits biais résiduels au temps courant (t) sur l’ensemble des satellites reçus pour la position dudit premier maximum de vraisemblance
   5. Calculer le biais résiduel moyen (correspondant au biais commun multi satellites, estimé pour la position du premier maximum de vraisemblance), et appliquer cette correction pour la prédiction de toutes les phases de code
   6. Appliquer la correction de ce biais commun pour recalculer les phases de codes des signaux attendus
   7. Calculer la variance de la distribution desdits biais résiduels au temps courant (t) sur l’ensemble des satellites reçus pour la position dudit premier maximum de vraisemblance,
   8. Réaliser une deuxième estimation du maximum de vraisemblance en position sur la grille de positions possibles en utilisant les phases de codes corrigées
   9. Calculer la moyenne et la variance de la distribution desdits biais résiduels corrigés, toujours pour le même temps courant (t)
   10. Tester la diminution de la valeur de la variance pour valider ou non la nouvelle position
   11. Passer au temps suivant et reboucler le procédé le calcul du biais commun
5. => [Revendication 5] Méthode de détermination conjointe du rayon de protection et de la durée d’intégration du traitement, selon l’étape E4 de la revendication 1, tous deux adaptés au risque de non-intégrité et de non-continuité du procédé de contrôle, caractérisée en ce que :

   1. La Pnd attendue du monitoring par satellite est dérivée du risque de perte d’intégrité fixé au niveau de l’équipement
   2. Le contraste de corrélation objectif par satellite, défini par le produit est déduite analytiquement de la valeur de Pnd attendue
   3. La Pfa attendue du monitoring par satellite est dérivée du risque de perte de continuité fixé au niveau de l’équipement
   4. La durée d’intégration cohérente et non cohérente est déterminée à partir du TTA fixé au niveau de l’équipement
   5. Le seuil de rapport signal à bruit minimum correspondant à la durée d’intégration cohérente et non cohérente est calculé à partir d’une valeur nominale du CN0 minimum garanti des signaux GNSS en réception
   6. Le retard minimum entre la voie ponctuelle et les voies avance et retard, définissant le rayon de protection du contrôle de l’intégrité est déduit du contraste de corrélation objectif, du seuil sur le rapport signal à bruit minimum calculé et de la largeur de chip du code PRN du signal
   7. La Pfa objective du contrôle de l’intégrité est déduite analytiquement à partir du contraste de corrélation objectif
   8. Si la Pfa objective est inférieure à la Pfa attendue, le retard entre voies avance-ponctuel-retard définit le rayon de protection du contrôle de l’intégrité
   9. Le rayon de protection en position est calculé sous l’hypothèse que au moins 3 satellites sont visibles simultanément, et que tous sont sélectionnés par la barrière de détection du MAC.
   10. Si le rayon de protection est supérieur au rayon d’alarme limite toléré pour le service de positionnement, le contrôle de l’intégrité du système de positionnement est déclaré irréalisable pour les objectifs de Pnd et Pfa attendus
   11. Si la Pfa objective est supérieure à la Pfa attendue,

   1. la durée d’intégration cohérente en sortie de filtrage adapté est progressivement augmentée jusqu’à une durée égale au TTA, de sorte à optimiser le rapport signal à bruit de sortie après filtrage adapté l
   2. Les Pfa et Pnd objectives sont recalculées avec le nouveau rapport signal à bruit de sortie, sans modification du rayon de protection du contrôle de l’intégrité, selon les formulations analytiques définies par l’invention
   3. Si la Pfa objective recalculée reste supérieure à la Pfa attendue, le contrôle de l’intégrité du système de positionnement est déclaré irréalisable pour les objectifs de Pnd et Pfa attendus
6. => [Revendication 6] Dispositif de contrôle de l’intégrité de l’information de positionnement selon les revendications précédentes dans lequel ledit dispositif est configuré pour mettre en œuvre le procédé de contrôle de l’intégrité selon les revendications 1 à 5
7. => [Revendication 7] Produit de programme informatique comprenant des instructions lisibles par ordinateur qui, lorsqu'elles sont exécutées sur un processeur, amènent le processeur à exécuter un procédé selon les revendications 1 à 5.