Techniques d'antennes adaptatives pour récepteurs de radionavigation par satellite résistants aux interférences Carrié, Guillaume 2006-12-07 Ecole Nationale Supérieure de l'Aéronautique et de l'Espace

Directeur(s) de thèse:  Castanié, Francis Laboratoire :  Télécommunications Spatiales et Aéronautique -TéSA Ecole doctorale :  Informatique et télécommunications Classification : Sciences de l'ingénieur

Accès :  Texte intégral Mots-clés : CRPA, Antibrouillage, Anti jamming, Radionavigation, STAP, Galileo, GPS Résumé : Les systèmes de navigation par satellite sont connus pour être sensibles aux interférences. Cette thèse étudie les techniques d’antennes adaptatives comme une solution au problème du brouillage des signaux militaires (GPS et Galileo) par des interférences de forte puissance et à grande occupation spectrale. Le réseau d’antenne sera placé en amont du récepteur ; l'objectif est qu’il soit interchangeable avec une antenne classique, ce qui nous a rapidement conduit à privilégier les systèmes MISO. Divers algorithmes de traitement ont été évalués sur plusieurs géométries de réseau. Nous avons mis en évidence que le SINR moyen de sortie du réseau n’est pas représentatif des performances d’un récepteur de radionavigation par satellite. Un critère de sélection des méthodes, basé sur la précision finale de localisation, a donc été défini. Nous avons montré que, selon ce critère, la connaissance a priori des DOA ne permet pas forcément de gain de traitement avec un système MISO. La stabilité de la réponse des réseaux a également été étudiée, nous conduisant finalement à restreindre notre étude aux méthodes aveugles de minimisation de puissance sous contrainte linéaire. Nous avons ensuite caractérisé les principaux défauts de la chaîne RF (dus aux dispersions de fabrication des capteurs et des filtres analogiques, et au couplage inter-capteurs) et en avons évalué l’impact sur les performances des filtres spatiaux. Physiquement, comme l'effet large bande, les défauts du réseau se traduisent par une augmentation du nombre de degrés de liberté consommés par un signal de forte puissance. Le traitement STAP constitue une réponse possible à cette augmentation du rang du sous-espace interférent car il permet d’accroitre le nombre de degrés de liberté disponibles, sans augmenter la taille du réseau. Dans ce cas, la composante fréquentielle du filtrage peut dégrader les performances du corrélateur d’un récepteur GNSS générique. Aussi, avons nous défini un nouveau critère de performance, adapté au traitement STAP des signaux GNSS. Le filtre spatio-temporel optimal pour ce critère a été écrit et nous en avons déduit une version simplifiée qui constitue un bon compromis performances - complexité. Globalement, le réseau STAP ne permet pas de gain de traitement sur la puissance utile transmise au récepteur mais il permet de mieux rejeter les signaux interférents de forte puissance en présence de défauts linéaires de chaîne. Résumé (anglais) : Navigation by satellite systems are known to be susceptible to jamming threats. This thesis explores adaptative array techniques as a solution to the military signals (GPS & Galileo) vulnerability to broadband powerful jammers. The array and the receiver are positioned in a cascade structure. Our goal is to make the array fully compatible with a classical receiver, which rapidly led us to focus on MISO systems. Several algorithms have been evaluated compared over various array geometries. We pointed out that the mean array output SINR is not an appropriate criterion to characterise the receiver performances in the particular case of radionavigation by satellites system. Thus, we define a new criterion based upon the final user positioning acuracy. We subsequently demonstrated that using prior knowledge of the useful DOA does not necessarily help with improving this criterion with MISO systems. The array response stability has also been studied, leading us to finally focus on blind linearly constrained power minimization techniques. Then we described the main RF technological defects (due to manufacture dispersions in sensors and analogical filters and due to mutual coupling). Their effect on space array performances has been evaluated. Physically, as the wideband effect, these defects result in an increased number of degrees of freedom of the array required to mitigate a single powerful jammer. STAP array is a possible solution to the increase in the interference subspace rank because it makes it possible to increase the number of degrees of freedom available without increasing the physical size of the array. In such a case, the frequency component of the filter is likely to degrade the performances of a classical GNSS receiver's correlator. Hence, we defined a new performance criterion, suitable for GNSS signals STAP prefiltering. The optimal filter according to this criterion has also been written and we derived a simplified version which results in good compromise performances - complexity. Finally, a STAP array cannot help to improve the useful power but it helps with better nulling strong broadband interferences even when linear technological defects are present. Langue : Français

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