Le système Cospas-Sarsat est un système de recherche et de sauvetage à l’échelle mondiale qui fonctionne à l’aide de satellites en orbite basse et de satellites en orbite géostationnaire. La constellation de satellites actuelle est en cours de remplacement par des satellites en orbite moyenne qui couvrent de plus grandes zones de la surface de la Terre permettant des alertes quasi instantanées. L’objectif de cette thèse est d’étudier les performances de localisation de ce nouveau système, qui a été nommé système MEOSAR (Medium Earth Orbit Search and Rescue). Nous étudions d’abord la qualité de la liaison entre la balise de détresse, le satellite, et la station de réception au sol à l’aide d’un bilan de liaison. Ensuite, nous proposons un modèle de signal basé sur des fonctions sigmoïdes afin de modéliser les transitions douces du signal de détresse. Pour ce modèle, les performances de localisation (en terme de bornes de Cramér-Rao et de la variance d’estimateurs) sont étudiées pour l’estimation de position de la balise, et pour l’estimation de différents paramètres, y compris le temps d’arrivée, la fréquence d’arrivée et la durée du symbole. Ensuite, nous étudions l’impact de l’ajout d’information a priori sur la période symbole et sur le temps de montée du signal, qui proviennent des tolérances autorisées sur les spécifications des balises de détresse. Nous étudions également l’erreur introduite par l’ajout de bruit de phase caractéristique des oscillateurs des balises, et nous considérons l’amélioration de l’estimation de position en prenant en compte les multiples émissions de la balise de détresse. Finalement, les performances de localisation du système MEOSAR sont données pour les balises de détresse de deuxième génération, qui sont en cours de développement, et qui utilisent une modulation avec étalement de spectre. / Cospas-Sarsat is an international search and rescue system that operates using low-orbit satellites and geostationary satellites. The current satellite constellation is being replaced by medium Earth orbit satellites which will cover larger areas of the surface of the Earth, permitting almost instantaneous alerts. The objective of this thesis is to study the localization performance of this new system, named MEOSAR (Medium Earth Orbit Search and Rescue). We first study the quality of the link between the beacon, the satellite and the ground receiving station through a link budget. Then, we propose a signal model based on sigmoidal functions to model the smooth transitions of the distress signal. For this model, the localization performance (in terms of Cramér-Rao bounds and estimator variances) is studied for the estimation of the beacon position and for different parameters including the time of arrival, the frequency of arrival and the symbol width. Then, we study the impact of adding prior information on the symbol width and the signal rise time, which are constructed from the allowed tolerances on the beacon specifications. We also investigate the error introduced by the addition of oscillator phase noise, and we show how the position estimation can be improved by taking into account multiple emissions of the beacon. Finally, the localization performance of the MEOSAR system is studied for second generation beacons, which are being developed using spread spectrum modulation.

Au cours de ces dernières années, les communications sans fil connaissent une croissance vertigineuse, avec le développement de standards de communication de plus en plus nombreux, qui ouvrent la voie à de multiples applications telles que : la téléphonie mobile, le biomédical, le maritime, le civil et le militaire. De nos jours, les communications sans fil se sont diversifiées et multipliées. Cela entraîne la conception d’antennes toujours plus innovantes, performantes et de taille de plus en plus réduite (miniaturisation). Le projet FLEXBEA (FLEXible BEAcon) a pour but le développement d’un nouveau concept de balises de détresse miniatures (AIS et COSPAS-SARSAT), faible coût, intégrées dans des équipements de sécurité maritime tels qu’un radeau de survie et un gilet de sauvetage. Ces équipements sont destinés aux professionnels de la mer et aux plaisanciers. L’atout majeur de ce nouveau concept est l’intégration dans des équipements de sécurité maritime d’une fonction de détresse en cas de problème majeur : homme à la mer (MOB, Man OverBoard) par exemple lors d’un naufrage. Différentes antennes ont été étudiées. Nous présentons des antennes planaires (de type dipôle ou monopôle imprimé) développées dans la bande UHF : une solution de dipôle avec brins repliés est proposée afin de réduire l'encombrement, et deux modes d'alimentation (symétrique / dissymétrique) sont comparés. Des exemples d'antenne monopôle sont ensuite présentés avec une modification de leur géométrie (structures de type Bow-tie ou méandre) pour assurer une miniaturisation optimale. Puis les antennes filaires retenues pour le projet, avec une modélisation de ces antennes par un circuit équivalent (RLC). Des formules analytiques sont proposées afin de déterminer les valeurs de composants RLC qui interviennent dans le modèle circuit. Ensuite, nous sommes passés à la conception de l’antenne de la balise. Deux antennes ont été conçues et mesurées. Un monopôle ruban avec introduction de composants localisés pour la balise AIS et COSPAS-SARSAT, et une antenne hélice fonctionnant dans la bande AIS, intégrée dans la balise "SIMY". De nombreuses réalisations et mesures ont été effectuées pour caractériser ses antennes. / Over the last few years, wireless communications have grown dramatically, with the development of more and more communication standards, which open the way to multiple applications such as: mobile telephony, biomedical, maritime, the civilian and the military. Today, wireless communications have diversified and multiplied. This leads to the design of antennas that are always more innovative, more efficient and smaller in size (miniaturization). The FLEXBEA project (FLEXible BEAcon) aims to develop a new concept of low cost miniature distress beacons (AIS and COSPAS-SARSAT) integrated into marine safety equipment such as a life raft and a lifejacket safety. This equipment is intended for professionals of the sea and boaters. The main advantage of this new concept is the integration in maritime safety equipment of a distress function in case of major problem: man overboard (MOB, Man OverBoard) for example during a shipwreck. Different antennas have been studied. We present planar antennas (dipole type or printed monopoly) developed in the UHF band: a dipole solution with folded strands is proposed to reduce the bulk, and two modes of supply (symmetrical / asymmetrical) are compared. Examples of monopole antennas are then presented with a modification of their geometry (Bow-tie or meander type structures) to ensure optimal miniaturization. Then the wired antennas selected for the project, with a modeling of these antennas by an equivalent circuit (RLC). Analytical formulas are proposed to determine the RLC component values ​​involved in the circuit model. Then we went to the design of the beacon antenna. Two antennas were designed and measured. A ribbon monopoly with introduction of localized components for the AIS and COSPAS-SARSAT beacon, and a helix antenna operating in the AIS band, integrated into the "SIMY" beacon. Many achievements and measurements have been made to characterize its antennas.