Navigation résiliente pour la mobilité urbaine utilisant les signaux NTN 5G/6G, les antennes multi-éléments et les architectures vectorisées

D'ici 2050, plus de 60 % de la population mondiale devrait vivre en zones urbaines. La mobilité urbaine des personnes et des marchandises devient donc un enjeu majeur, notamment en ce qui concerne le développement durable. L'émergence des véhicules autonomes est un élément clé du développement d'une mobilité urbaine durable grâce à la possibilité d'optimiser leurs itinéraires et leur pilotage. Cependant, l'obtention d'un système de navigation robuste, fiable et sûr est indispensable pour autoriser l'utilisation de véhicules autonomes en milieu urbain. Les systèmes GNSS constituent traditionnellement l'épine dorsale du module de navigation utilisé dans les plateformes de mobilité. Toutefois, ces systèmes sont confrontés à des défis bien connus en milieu urbain : les trajets multiples et les conditions de réception NLOS. De plus, on observe aujourd'hui une forte augmentation des interférences radioélectriques (RFI) affectant les systèmes GNSS. Par conséquent, il est nécessaire d'obtenir une navigation robuste, fiable et sûre en milieu urbain et en présence de RFI pour permettre le déploiement de véhicules autonomes. Afin de surmonter les difficultés commentées, une solution générale articulée autour de trois axes principaux est proposée : 1) Accroître le nombre de signaux utilisés: GNSS, LEO PNT, 5G/6G 3GPP provenant des réseaux terrestres (TN) et non terrestres (NTN). Les signaux 5G/6G sont des signaux de communication normalisés par le groupe 3GPP qui utilisent la modulation OFDM. 2) Antennes multi-éléments : une antenne multi-éléments permet de détecter la présence et la direction d'arrivée (DoA) d'un signal RFI. De plus, l'impact du signal RFI peut être atténué par la génération d'un zéro dans la direction DoA du diagramme de rayonnement de l'antenne (filtrage spatial). Si la direction du zéro peut être modifiée en temps réel, l'antenne est dite CRPA. 3) Conception d'un module hybride de traitement du signal (synchronisation des signaux) et de positionnement (estimation position), qui inclut aussi le filtrage spatial de l'antenne multi-éléments : ce type de structure est appelé suivi vectoriel (VT) et repose sur un filtre de Kalman étendu (EKF) estimant la solution PVT (position, vitesse, temps) et utilisant sa valeur pour piloter la réplique locale du processus de synchronisation des signaux [19][20]. De plus, l'utilisation de l'IA, sous la forme d'apprentissage automatique, est également proposée pour améliorer les solutions proposées : détermination des coefficients du EKF ou implémentation d'une solution APBM (Modèle basé sur la physique augmentée) [3]. Parmi les défis scientifiques à relever, on peut citer : 1) Traitement du signal pour les signaux 3GPP 5G/6G NTN sur satellites LEO : les techniques de synchronisation classiques des signaux 3GPP 5G/6G TN doivent être adaptées au canal de transmission des satellites LEO (Doppler très élevé): • Acquisition : Van de Beek [4], GLRT [5] • Estimation en boucle fermée : DLL [6], FLL [7] et PLL [8] • Techniques d'estimation de canal : techniques basées sur la matrice de réponse en fréquence du canal (CFR) [9] ou techniques basées sur ESPRIT [10] Une autre solution consiste à utiliser la modulation OTFS (Orthogonal Time Frequency Space) [11][12], qui peut être interprétée comme l'ajout d'une pré-codification à la modulation OFDM afin d'atténuer les effets Doppler importants. 2) Analyse d'une antenne multi-éléments pour les signaux 3GPP 5G/6G afin de détecter et d'atténuer les interférences radioélectriques (RFI). Différentes techniques existent : • Estimation du maximum de vraisemblance [13]. • Estimation DoA basée sur les sous-espaces du signal : MUSIC, Root-MUSIC et ESPRIT [13][14]. • Estimation parcimonieuse : [15][16][17][18]. 3) Suivi vectoriel : La difficulté réside dans l'intégration des différents signaux. De plus, il est nécessaire de tirer parti des avantages des différents signaux reçus et de l'introduction d'antennes multi-éléments [23][24]. École doctorale : EDMITT - Ecole Doctorale Mathématiques, Informatique et Télécommunications de Toulouse Direction : Axel Javier GARCIA PENA Financement : MSCA COFUND BEST