Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Le positionnement ponctuel de précision (PPP) par satellites GPS requiert encore une longue période d’observations pour atteindre une précision centimétrique, car la résolution des ambiguïtés de phase en mode absolu est contrainte par la présence d’erreurs non modélisées et de biais de phase au récepteur et aux satellites. Afin de mieux comprendre le contexte lié à la résolution des ambiguïtés de phase dans le PPP, un bilan d’erreurs affectant les observations de phase a d’abord été effectué pour évaluer les possibilités de fixer les ambiguïtés à l’entier adéquat. Puis, une approche utilisant un simulateur de signaux GPS a été proposée pour le calibrage des biais de phase d’un récepteur GPS, mais les biais estimés subissent, entre autres, l’influence des biais de code non modélisés et des effets thermiques du récepteur. Finalement, des modifications ont été apportées à la méthodologie actuelle du calibrage des biais de phase des satellites afin d’améliorer la cohérence des biais estimés avec le mod`ele fonctionnel du PPP. Des erreurs non modélisées se propagent toutefois dans les résultats obtenus et, à cet effet, des pistes d’améliorations sont suggérées. Le calibrage des biais de phase est certainement un élément essentiel à l’obtention instantanée d’une précision centimétrique en mode absolu. / GPS Precise Point Positioning (PPP) still requires long observation sessions in order to achieve cm-level accuracy because ambiguity resolution in point positioning is affected by unmodeled errors and by the presence of receiver and satellite phase biases. In order to gain a better understanding of ambiguity resolution in PPP, an error budget has been made to assess the possibilities of accurate ambiguity fixing. Then, an approach using a GPS simulator has been proposed to calibrate receiver phase biases, and the results show evidence of unmodeled code biases and thermal effects in the receiver. Finally, modifications to the actual calibration methods of satellite phase biases have been suggested to improve compatibility with PPP’s functional model. Residual errors still affect the estimated values and suggestions are made to improve the proposed methodology. The calibration of phase biases is an important issue in achieving instantaneous cm-level point positioning.

Le Positionnement Ponctuel Précis (PPP) est une technique de positionnement qui utilise un seul récepteur GNSS. Cette approche diffère nettement des méthodes différentielles qui sont largement utilisées et qui nécessitent deux ou plusieurs récepteurs. Le PPP est une technique économique, autonome par station, avec une précision centimétrique qui a ouvert la possibilité à une large gamme d'applications. Cependant, dans les applications qui nécessitent une convergence rapide et une haute précision, la performance du PPP n'est pas encore suffisante. Le PPP peut prendre jusqu’à 30 minutes pour converger vers des solutions avec une précision décimétrique. Cette longue période d’initiation est principalement consacrée à la stabilisation des ambiguïtés de phase vers des valeurs flottantes constantes. Compte tenu de ce problème, il est démontré que la Résolution des Ambigüités (RA) améliore la stabilité du modèle d’estimation, réduit le temps de convergence et améliore la précision des coordonnées. Cette étude vise donc à améliorer la performance du PPP pour obtenir une meilleure précision plus rapidement. À cette fin, les biais de phase des satellites qui perturbent la résolution des ambiguïtés sont estimées du côté producteur et résolues du côté utilisateur. Une modélisation judicieuse de paramètres et une sélection rigoureuse des modèles de correction sont effectuées afin de réduire la propagation des erreurs non-corrigées dans les biais de phase des satellites estimés. Du côté producteur, une nouvelle approche modulaire à deux étapes est proposée et implémentée comprenant l'estimation de biais de phase des satellites à partir de chaque site et l'intégration séquentielle des solutions. Ces deux étapes ont des structures simples et elles permettent d'estimer précisément les biais de phase de chaque satellite. L’algorithme de l’intégration séquentielle garde un bon compromis entre la charge de calcul, la charge et la capacité de mémoire de l’ordinateur, l'efficacité du traitement des paramètres et la précision des estimations. Du coté producteur, chaque observation est modélisée individuellement et intégrée dans le processus d'estimation. Ceci facilite l'intégration des fréquences supplémentaires (par exemple, la troisième fréquence L5 ou des observations multi-GNSS) pour améliorer davantage la performance de PPP en fonction de la modernisation du GNSS. Du côté utilisateur, un modèle d’observation de plein rang au niveau de récepteur mono-fréquence est proposé et implémenté. Cela donne de la flexibilité aux utilisateurs avec les récepteurs mono-fréquence pour utiliser notre solution PPP-RA lorsque les produits d'ionosphère de haute précision sont disponibles. Le modèle proposé est compatible avec les horloges de satellite standards actuelles fournies par IGS, CODE, JPL, par exemple. Le délai ionosphérique est corrigé et estimé en parallèle. Cela permet à l'utilisateur d’utiliser une correction ionosphérique de faible ou de haute précision et obtenir une performance améliorée en ajustant uniquement la précision de l'estimation de ce paramètre. La performance du PPP-RA du côté utilisateur a été comparée au PPP conventionnel en termes du temps de convergence et de la précision des coordonnées. En résumé, on a obtenu une amélioration importante en temps de convergence (jusqu'à 80 %) et en précision planimétrique (jusqu'à 60 %) par rapport au PPP conventionnel. De plus, une étude comparative est effectuée pour distinguer les caractéristiques de notre approche des autres méthodes PPP-RA. L’avantage de notre PPP-RA est aussi démontré par son approche unique à éliminer les défauts de rang et résoudre les ambiguïtés libre-de-biais. / Precise Point Positioning (PPP) is a single receiver GNSS positioning technique developed in contrast to broadly used differential methods that require two or more receivers. Employing a single receiver makes PPP a cost-effective and per-site autonomous technique with centimetre precision that has opened up the possibility of a wide range of applications. In many applications where short time period is required to reach high precisions, the performance of PPP is not yet sufficient. Typically, PPP takes up to 30 minutes in order to converge to coordinate solutions with acceptable precision. This limitation is mostly due to the long period required for stabilizing the float carrier phase ambiguities to constant values. Given this problem, it is showed that Ambiguity Resolution (AR) improves drastically the stability of the estimation model that in turn reduces the convergence time, and increases the precision of estimated coordinates. Thus, this study seeks to enhance the performance of PPP to obtain higher precision at a faster convergence time. For this reason, the hardware dependent satellite phase biases are estimated at the producer-side and by applying them as corrections the integer ambiguities can be resolved at the user-side. A judicious modelling of all parameters and a careful selection of the correction models is accomplished to reduce the impact of error propagation on the precision of parameters estimation. At the producer-side, a novel modular approach is proposed and established including the per-site satellite phase bias estimation and the sequential integration of the solutions. The two-steps of the producer-side have simple structures and allows for estimating the satellite phase biases. The proposed sequential network solution, keeps a good compromise between the computational burden, the computer memory load, the efficiency of handling parameters and the precision of estimations. In addition, all observables are modelled individually and integrated in the estimation process that facilitates the extension of algorithms for integrating additional frequencies or mutli-GNSS observables with respect to the GNSS modernization. At the user side, a novel full rank design matrix in the single frequency level is proposed and implemented. This gives the flexibility to the users with single-frequency receivers to benefit from our PPP-AR while the high precision ionosphere products are available. The proposed model is compatible with the current standard satellite clocks available, for example, from IGS, CODE, and JPL. The ionosphere is corrected and estimated at the same time. This gives the user the possibility to take advantage of low or high precision ionosphere products for obtaining an enhanced performance with our PPP-AR by only adjusting the precision of the ionosphere delay estimation. The performance of our PPP-AR user-side is then compared to the conventional PPP in terms of convergence time and coordinate precision. A substantial improvement has been obtained in terms of planimetric precision (up to 60%) and the convergence time (up to 80%) compared to the conventional PPP method. In addition, the characteristics of our PPP-AR are compared in detail with other PPP-AR methods. The advantage of our method is discussed by its unique approach of removing the rank deficiencies and resolving bias-free ambiguities.