Les systèmes de navigation par satellites sont de plus en plus présents dans notre vie quotidienne. De nouveaux besoins émergent, majoritairement en environnement urbain. Dans ce type d'environnement très obstrué, le signal reçu par l'utilisateur a subit des atténuations ainsi que des réfractions/diffractions, ce qui rend difficile la démodulation des données et le calcul de position de l'utilisateur. Les signaux de navigation par satellites étant initialement conçus dans un contexte d'environnement dégagé, leurs performances de démodulation sont donc généralement étudiées dans le modèle de canal de propagation AWGN associé. Or aujourd'hui ils sont utilisés aussi en environnements dégradés. Il est donc indispensable de fournir et d'étudier leurs performances de démodulation dans des modèles de canal de propagation urbain. C'est dans ce contexte que s'inscrit cette thèse, le but final étant d'améliorer les performances de démodulation des signaux GNSS en milieux urbains, en proposant un nouveau signal. Afin de pouvoir fournir et analyser les performances de démodulation des signaux de navigation par satellite en milieux urbains, un outil de simulation a été développé dans le cadre de cette thèse : SiGMeP pour « Simulator for GNSS Message Performance ». Il permet de simuler la chaine entière d'émission/réception d'un signal de navigation par satellites et de calculer ses performances de démodulation en milieu urbain. Les performances de démodulation des signaux existants et modernisés ont donc été calculées avec SiGMeP en environnement urbain. Afin de représenter au mieux ces performances pour qu'elles soient le plus réalistes possibles, une nouvelle méthode adaptée au cas urbain est proposée dans ce manuscrit. Ensuite, pour améliorer ces performances de démodulation, l'axe de recherche s'est essentiellement porté sur le « codage canal ». Pour décoder l'information utile transmise, le récepteur calcule une fonction de détection à l'entrée du décodeur. Or la fonction de détection utilisée dans les récepteurs classiques correspond à un modèle de canal AWGN. Ce manuscrit propose donc une fonction de détection avancée, qui s'adapte au canal de propagation dans lequel l'utilisateur évolue, ce qui améliore considérablement les performances de démodulation, en ne modifiant que la partie récepteur du système. Enfin, dans le but de concevoir un nouveau signal avec de meilleures performances de démodulation en environnement urbain que celles des signaux existants ou futurs, un nouveau codage canal de type LDPC a été optimisé pour une modulation CSK. En effet, la modulation CSK est une modulation prometteuse dans le monde des signaux de type spectre étalé, qui permet de se débarrasser des limitations en termes de débit de données qu'impliquent les modulations actuelles des signaux de navigation par satellites. / Global Navigation Satellite Systems (GNSS) are increasingly present in our everyday life. Further operational needs are emerging, mainly in urban environments. In these obstructed environments, the signal emitted by the satellite is severely degraded due to the many obstacles. Consequently, the data demodulation and the user position calculation are difficult. GNSS signals being initially designed in an open environment context, their demodulation performance is thus generally studied in the associated AWGN propagation channel model. But nowadays, GNSS signals are also used in degraded environments. It is thus essential to provide and study their demodulation performance in urban propagation channel models. It is in this context that this PhD thesis is related, the final goal being to improve GNSS signals demodulation performance in urban areas, proposing a new signal. In order to be able to provide and study GNSS signals demodulation performance in urban environments, a simulation tool has been developed in this PhD thesis context: SiGMeP for ‘Simulator for GNSS Message Performance'. It allows simulating the entire emission/reception GNSS signal chain in urban environment. Existing and modernized signals demodulation performance has thus been computed with SiGMeP in urban environments. In order to represent this demodulation performance faithfully to reality, a new methodology adapted to urban channels is proposed in this dissertation. Then, to improve GNSS signals demodulation performance in urban environments, the research axis of this thesis has focused on the ‘Channel Coding' aspect. In order to decode the transmitted useful information, the receiver computes a detection function at the decoder input. But the detection function used in classic receivers corresponds to an AWGN propagation channel. This dissertation thus proposes an advanced detection function which is adapting to the propagation channel where the user is moving. This advanced detection function computation considerably improves demodulation performance, just in modifying the receiver part of the system. Finally, in order to design a new signal with better demodulation performance in urban environments than one of existing and future signals, a new LDPC channel code has been optimized for a CSK modulation. Indeed, the CSK modulation is a promising modulation in the spread spectrum signals world, which permits to free from limitation sin terms of data rate implied by current GNSS signals modulations.

La performance de démodulation des signaux GNSS existants, GPS L1 C/A, L2C ou L5, est satisfaisante en environnements ouverts où le C/N0 disponible est assez élevé. Cependant, en milieu urbain, le niveau de C/N0 du signal reçu est souvent très bas et est affecté de variations rapides qui peuvent nuire la démodulation des messages GNSS. Donc, car les applications du marché de masse sont appelées à être déployées dans ces environnements, il est nécessaire d'étudier et de chercher des méthodes de démodulation/décodage qui améliorent la performance de démodulation des messages GNSS dans ces environnements. Il est aussi nécessaire de considérer les nouveaux signaux GPS L1C et GALILEO E1. Ces signaux doivent fournir un service de positionnement par satellite dans tout type d'environnement, et spécifiquement en milieu urbain. Ainsi, cette thèse analyse aussi les performances de démodulation des nouveaux signaux GNSS tels que définis dans les documents publics actuels. De plus, de nouvelles structures de message GALILEO E1 sont proposées et analysées afin d'optimiser la performance de démodulation ainsi que la quantité d'information diffusée. En conséquence, le but principal de cette thèse est d'analyser et améliorer la performance de démodulation des signaux GNSS ouverts au public, spécifiquement en milieu urbain, et de proposer de nouvelles structures de messages de navigation pour GALILEO E1. La structure détaillée des chapitres de cette thèse est donnée ci-après. En premier lieu, le sujet de cette thèse est introduit, ses contributions originales sont mises en avant, et le plan du rapport est présenté. Dans le 2ième chapitre, la thèse décrit la structure actuelle des signaux GNSS analysés, en se concentrant sur la structure du message de navigation, les codages canal implantés et leurs techniques de décodage. Dans le 3ième chapitre, deux types de modèles de canal de propagation sont présentés pour deux différents types de scénarios. D'un côté, un canal AWGN est choisi pour modéliser les environnements ouverts. De l'autre côté, le modèle mathématique de Perez-Fontan d'un canal mobile est choisi pour représenter les environnements urbains et indoor. Dans le 4ième chapitre, une tentative pour effectuer une prédiction binaire d'une partie du message de navigation GPS L1 C/A est présentée. La prédiction est essayée en utilisant les almanachs GPS L1 C/A, grâce à un programme de prédiction à long terme fourni par TAS-F, et des méthodes de traitement du signal: estimation spectrale, méthode de PRONY et réseau de neurones. Dans le 5ème chapitre, des améliorations à la performance de démodulation du message de GPS L2C et L5 sont apportées en utilisant leur codage canal de manière non traditionnelle. Deux méthodes sont analysées. La première méthode consiste à combiner les codages canal internes et externes du message afin de corriger davantage de mots reçus. La deuxième méthode consiste à utiliser les probabilités des données d'éphémérides afin d'améliorer le décodage traditionnel de Viterbi. Dans le 6ième chapitre, la performance de démodulation des messages de GPS L1C et du Open Service GALILEO E1 est analysée dans différents environnements. D'abord, une étude de la structure de ces deux signaux est présentée pour déterminer le C/N0 du signal utile reçu dans un canal AWGN. Puis, la performance de démodulation de ces signaux est analysée grâce à des simulations dans différents environnements, avec un récepteur se déplaçant à différentes vitesses et avec différentes techniques d'estimation de la phase porteuse du signal. / The demodulation performance achieved by any of the existing GPS signals, L1 C/A, L2C or L5, is satisfactory in open environments where the available C/N0 is quite high. However, in indoor/urban environments, the C/N0 level of the received signal is often very low and suffers fast variations which can further affect the GNSS messages demodulation. Therefore, since the mass-market applications being designed nowadays are aimed at these environments, it is necessary to study and to search alternative demodulation/decoding methods which improve the GNSS messages demodulation performance in these environments. Moreover, new GNSS signals recently developed, such as GPS L1C and GALILEO E1, must also be considered. These signals aim at providing satellite navigation positioning service in any kind of environment, giving special attention to indoor and urban environments. Therefore, the demodulation performances of the new GNSS signals as they are defined in the current public documents is also analysed. Moreover, new GALILEO E1 message structures are proposed and analysed in order to optimize the demodulation performance as well as the quantity of broadcasted information. Therefore, the main goal of this dissertation is to analyse and to improve the demodulation performance of the current open GNSS signals, specifically in indoor and urban environments, and to propose new navigation message structures for GALILEO E1. A detailed structure of this dissertation sections is given next. First, the subject of this thesis is introduced, original contributions are highlighted, and the outline of the report is presented. Second, this dissertation begins by a description of the current structure of the different analysed GNSS signals, paying special attention to the navigation message structure, implemented channel code and their decoding techniques. In the third section, two types of transmission channel models are presented for two different types of environments. On one hand, an AWGN channel is used to model the signal transmission in an open environments. On the other hand, the choice of a specific mobile channel, the Perez-Fontan channel model, is chosen to model the signal transmission in an urban environment. In the fourth section, a tentative to make a binary prediction of the broadcasted satellite ephemeris of the GPS L1 C/A navigation message is presented. The prediction is attempted using the GPS L1 C/A almanacs data, a long term orbital prediction program provided by TAS-F, and some signal processing methods: spectral estimation, the PRONY method, and a neural network. In the fifth section, improvements to the GPS L2C and GPS L5 navigation message demodulation performance are brought by using their channel codes in a non-traditional way. Two methods are inspected. The first method consists in sharing information between the message inner and outer channel codes in order to correct more received words. The second method consists in using the ephemeris data probabilities in order to improve the traditional Viterbi decoding. In the sixth section, the GPS L1C and GALILEO E1 Open Service demodulation performance is analysed in different environments. First, a brief study of the structure of both signals to determine the received C/N0 in an AWGN channel is presented. Second, their demodulation performance is analysed through simulations in different environments, with different receiver speeds and signal carrier phase estimation techniques.