Cette activité de recherche concerne le domaine de la navigation par satellite qui utilise lessystèmes GNSS (Global Navigation Satellite Systems). Elle vise à améliorer les performances globalesd’un système de navigation, c’est à dire la robustesse, la disponibilité et l’intégrité d’un récepteurutilisant les signaux GNSS pour élaborer sa position et sa vitesse. L’enjeu est important et on noteque les représentations des nouveaux signaux proposés pour GPS et GALILEO visent à diminuer lacorrélation entre les signaux, faciliter la poursuite de ces signaux en abaissant le niveau des seuils depoursuite, réduire l’effet des interférences. La navigation basée sur les signaux GNSS reste toutefoisdépendante du canal de propagation et est particulièrement affectée en cas réflexion, réfraction,diffraction, diffusion, et de blocage du signal émis par le satellite. Il en résulte une dégradationimportante des performances en environnement urbain. L’objectif de cette recherche est ainsi deproposer, d’analyser et de caractériser des architectures de récepteur robuste, permettantd’adresser efficacement le problème de la navigation dans des environnements difficiles où le signalGNSS est affecté par de fortes perturbations. De nombreux travaux de recherche visant à améliorer les performances des algorithmes de poursuite du signal au sein d’un récepteur ont été conduites, en particulier pour adresser leproblème de cette poursuite dans des environnements difficiles, en présence de multi-trajets. Lesapproches les plus connues traitent le signal de post-corrélation. Ainsi l’utilisation de corrélateursétroits permet de réduire l’impact des multi-trajets générant un retard important. De même destechniques utilisant un banc de corrélateurs pour estimer les paramètres des multi-trajets ont étéétudiées. La présence de multi-trajets demeure toutefois une importante source d’erreur pour desrécepteurs opérant en environnement urbain. L’amélioration des performances des récepteurs dansce contexte reste un enjeu important et de nombreuses études sont conduites en vue d’améliorer ladisponibilité, la robustesse, la fiabilité et l’intégrité de ces récepteurs. Le principal objectif de cette thèse est de proposer une architecture de poursuite adaptive exploitant des techniques de poursuite vectorielle (Vector Tracking Loop – VTL). Les récepteurs conventionnels utilisent une architecture directe où une poursuite scalaire du signal (Scalar TrackingLoop – STL) est réalisée en amont du navigateur. Cette architecture n’utilise pas les informationsélaborées par le navigateur pour améliorer les performances de la poursuite. Au contrairel’architecture vectorielle permet à la poursuite de bénéficier de la connaissance de la position et dela vitesse estimées par le récepteur. Il peut en résulter une dégradation de la poursuite lorsque le navigateur ne sait pas isoler une mesure contaminée. Cet architecture rend donc les performances d’un canal très dépendantes des mesures utilisées par le navigateur, et donc en particulier des autres canaux. L’approche qui est explorée ici vise à combiner les approches de poursuite STL et VTL pour améliorer les performances des récepteurs en environnement urbain, dans un contexte multiconstellation. / Present research activities in the field of Global Navigation Satellite Systems (GNSS) aim atenhancing the overall navigation performance by providing better and more robust navigationsignals compared the ones available today. These GNSS signals are designed to provide betterimproved cross-correlation protection, lower tracking thresholds and reduced susceptibility tonarrow band interferences. However navigation based on GNSS signals remains sensitive topropagation impairments such as reflection, refraction, diffraction and scattering, and sometimesblockage of the line of sight signals. These effects are especially important in urban environment.Therefore, a better and more robust receiver design and implementation is crucial to meet anappropriate navigation performance using GNSS signals. Improving signal tracking algorithms inside the receiver is an attractive approach. This is particularly true in the case of urban environments where interference and multipath severely degrade the performance of the GPS positioning. Despite the many efforts of performance enhancement, multipath still remains as the dominant source of error and the limiting factor for many applications. Consequently improving the performance of a receiver in multipath environment is a great challenge and many studies are carried out to satisfy the above requirements in term of availability, reliability and integrity. The main goal of this PhD thesis is to propose a new adaptive tracking algorithm based on vector tracking loop (VTL) approach. Currently, the conventional technique (i.e., Scalar Tracking Loop (STL)) is implemented in a forward-only strategy which doesn’t exploit the position, velocity and time (PVT) solution provided by the Navigation System (NS). Standard VTL on the other hand, suffers from measurements contamination from the exploitation of PVT provided by the NS. This adaptiveapproach will take advantage of both tracking methods for providing reliable measurements in amulti-constellation context.

Les simulations du lien radio des systèmes à étalement de spectre de troisième génération sont très lentes à exécuter à cause de la complexité des traitements réalisés. Cette complexité provient principalement de la simulation de la corrélation temporelle du canal multi-trajets et du récepteur en râteau qui fonctionne avec plusieurs échantillons par chip. Dans ce travail de thèse nous proposons principalement trois approches pour accélérer le temps de simulations: - La première consiste à exploiter la propriété de bande limitée du spectre Doppler du canal et à générer le canal par une chaîne de Markov de premier ordre suivie d'une interpolation. - La deuxième consiste à remarquer le fait que le spectre de l'énergie utile à la sortie du récepteur en râteau est aussi à bande limitée et à générer directement la sortie du récepteur par une chaîne de Markov d'ordre variable suivie d'une interpolation. - Lorsque les retards du canal ne sont pas des multiples de la durée d'un chip, le récepteur fonctionne avec plusieurs échantillons par chip permettant ainsi d'évaluer correctement les performances du système. La troisième approche consiste à trouver un canal multi-trajets équivalent au canal réel mais ayant des retards mutuellement indépendants et multiples de la durée d'un chip. Ceci permet d'éviter la simulation des filtres d'émission et de réception. Ces approches peuvent être combinées afin d'avoir des outils rapides de simulation du lien radio. Un autre aspect traité dans cette thèse est l'étude de l'effet de l'estimation usuelle du canal à partir des symboles pilotes sur les performances du système. Cette estimation a un impact important sur la boucle de contrôle de puissance pour les canaux ayant des retards inférieurs à la durée d'un chip.

Les travaux de cette thèse portent sur l'égalisation des canaux de transmission pour des modulations mono-porteuses et multi-porteuses. Dans le cadre de l'égalisation, nous nous intéressons, plus précisément, à l'égalisation aveugle. Tout d'abord, nous décrivons les différents éléments constituants une chaîne de communication, et les différents types de modulations mono-porteuses et muti-porteuses (OFDM). Ensuite, nous faisons un état de l'art sur les méthodes de l'égalisation aveugle pour une modulation mono-porteuse. Nous proposons par la suite un algorithme d'égalisation aveugle en présence de perturbations bornées. Ensuite, nous fournissons une analyse de stabilité et de convergence de l'algorithme proposé. Dans le cadre de la modulation multi-porteuse, nous présentons, dans un premier temps, un état de l'art sur les techniques d'égalisation aveugle pour le système OFDM. Ensuite, nous adaptons l'algorithme proposé pour le système OFDM pour des canaux à trajets multiples, en particulier les canaux Raleigh et Rice. Les performances de l'algorithme proposé sont illustrées à travers plusieurs exemples en simulation tout au long de la thèse. / The work of this thesis deals with the equalization of the transmission channels for a single-carrier and multi-carrier modulation. In the context of equalization, we focus precisely on the blind equalization. First, we give a description of various elements constituting a communication chain, a description of different types of single-carrier modulations and a description of a multi-carrier modulation (OFDM). Then, we give an overview of the blind equalization methods for a single-carrier modulation. We propose subsequently a blind equalization algorithm in the presence of a bounded perturbation. Next, we provide stability and convergence analysis of the proposed method. In the context of multi-carrier modulation, we first present an overview of the blind equalization techniques for the OFDM system. Next, we adapt the proposed method for the OFDM system under multipath channels, especially the Raleigh and the Rice channels. Performance of the proposed algorithm have been illustrated in simulation by considering many examples throughout this thesis.

En autorisant de nouveaux services centrés sur l'utilisateur (navigation indoor contextuelle, surveillance/inventaire de biens personnels, etc.), les nouvelles fonctions de radiolocalisation sont en passe de modifier en profondeur les usages liés à la mobilité. Dans ce contexte, la technologie radio ultra large bande impulsionnelle (IR-UWB), qui permet en théorie d'apprécier le temps de vol des impulsions transmises à l'échelle de la nanoseconde et donc, la distance séparant l'émetteur du récepteur avec une précision de l'ordre de quelques dizaines de centimètres seulement, a été régulièrement mise en avant ces dix dernières années. En dépit de ces bonnes dispositions, l'obstruction des liens radio par le(s) corps ou les obstacles (murs, mobilier...) donne toutefois lieu à des erreurs significatives sur les distances mesurées, dégradant d'autant les performances de positionnement, en particulier en environnements fermés (ex. indoor). Dans le cadre de cette thèse, on se proposait d'exploiter une architecture intégrée de récepteur IR-UWB, permettant d'estimer la réponse du canal multi-trajets dans son ensemble, afin d'améliorer la fonction de localisation. Une étude détaillée de ce canal radio mobile, tel que perçu par le récepteur, a d'abord été menée, débouchant sur une interprétation déterministe (c'est-à-dire géométrique) de l'évolution temporelle relative des composantes multi-trajets, ainsi qu'à une modélisation de leur interférence mutuelle. En s'appuyant sur l'étude précédente, des algorithmes de détection, d'association et de suivi des impulsions reçues (ex. batterie de filtres de Kalman à hypothèses multiples) ont alors été proposés. Ces différentes propositions tirent profit des spécificités de l'architecture du récepteur, en visant d'une part, à exploiter la cohérence spatio-temporelle des composantes multi-trajets résolues en réception, et d'autre part, à minimiser l'effet néfaste de leurs collisions au sein de canaux mobiles particulièrement denses (ex. via une estimation de canal multi-bandes). Les solutions apportées permettent en particulier, pour chaque lien radio en situation de non-visibilité, de corriger le temps d'arrivée des trajets directs manquants à partir de trajets secondaires suivis, tout en autorisant l'utilisation d'une structure de filtre classique pour la poursuite du mobile (c'est-à-dire, alimenté par plusieurs liens radio ainsi "corrigés" vis-à-vis de différentes balises fixes). Ces développements algorithmiques ont d'abord été validés par le biais de simulations (à partir d'un outil semi-déterministe, incluant un modèle de récepteur complet), avant d'être appliqués à un jeu de données réelles, issues de dispositifs radio IR-UWB commercialisés par la société BeSpoon. / By making possible unprecedented user-centric services (monitoring/smart inventory of personal goods, context-aware indoor navigation, etc.), new radiolocation capabilities are on the verge of modifying in depth mobility-based usages. In this context, the impulse radio - ultra wideband technology (IR-UWB), which theoretically enables to estimate the arrival time of transmitted pulses at the nanosecond scale and hence, the relative distance between a transmitter and a receiver within a few tens of centimeters, has been regularly put forward for the last past decade. In spite of these good intrinsic properties, the obstruction of radio links, either by the carrying body itself or by surrounding obstacles (walls, pieces of furniture. . . ), can result in significant errors on unitary range measurements, degrading the overall positioning performance accordingly, in particular in confined environments (e.g., indoor). In the frame of this PhD work, the main idea was to rely on an integrated IR-UWB receiver architecture, which has the capability to finely estimate the entire multipath profile, in order to improve the localization functionality. An in-depth study of the mobile multipath channel, as perceived by the previous receiver, has been conducted first, leading to the deterministic interpretation (i.e., from a geometric point of view) of the relative temporal evolution of multipath components, as well as to the modelling of their mutual interference. Based on these preliminary investigations, adapted multipath detection, association and tracking algorithms have been proposed (e.g., multi-hypothesis Kalman filters in parallel). All these proposals benefit from the receiver specificities, aiming at capturing the space-time correlation of multipath components under mobility, while minimizing harmful interference effects in dense channels (e.g., by means of combined multi-band channel estimations). In particular, for each non-line-of-sight link independently, the previous solutions allow to correct the estimated arrival time of the missing direct path out of the tracked secondary paths, while enabling the use of a conventional structure for the mobile tracking filter (i.e., fed by several "corrected" links with respect to distinct base stations). These algorithmic developments were first validated by means of simulations (using a semideterminist tool including a complete model of the receiver), before being applied to a measurement data set issued by IR-UWB devices commercialized by the BeSpoon company.

Dans les systèmes de positionnement par satellite (GNSS), les réflexions multiples, caractéristiques des canaux de propagation urbains, posent de gros problèmes dans la bonne estimation de la position. Bien que de nombreuses solutions aient été proposées pour lutter contre les multi-trajets (Narrow correlator, MEDLL), les multi-trajets à faibles retards relatifs (<0.1Chips) sont toujours problématique. Plus récemment, l'utilisation de réseaux d'antennes adaptatifs a été proposée pour lutter contre les multi-trajets. En effet, l'échantillonnage spatial du front d'onde réalisé à partir de plusieurs antennes permet de discriminer les sources dans le domaine spatial, et cela quels que soient les retards des multi-trajets. Cette thèse a donc pour objectif de définir des méthodes de réjection des multi-trajets qui tirent partie de la dimension des directions d'arrivées (DOA) apportée par un réseau d'antenne. Le cahier des charges impose que le réseau utilisé soit de petite taille (typiquement réseau carré 2×2), et demande un algorithme robuste aux défauts technologiques.Inspiré des méthodes de réjection d'interférence, les premières solutions proposées ont été les techniques d'antennes adaptatives afin de filtrer spatialement les multi-trajets Cependant, en raison de la petite taille du réseauainsi que de la corrélation intrinsèque entre les multi-trajets et le signal direct, ces méthodes ont rapidement été mises en défaut. En particulier, les multi-trajets spatialement proches du trajet direct restent toujours problématiques.Afin de tirer partie de la dimension spatiale apportée par un réseau d'antennes et sans être trop dépendant de l'espacement angulaire entre les sources, nous avons choisi de joindre à l'estimation des DOA, l'estimation des retards et fréquences Doppler de chaque trajet reçu. L'algorithme SAGE, issu de la théorie du maximum de vraisemblance, a été utilisé afin d'estimer de façon jointe les paramètres des sources. De plus, nous avons proposé une nouvelle implémentation de SAGE qui permet de réduire d'un facteur 500 la complexité de l'algorithme tout en conservant les mêmes performances d'estimation. Les simulations ont montré une nette amélioration de la réjection des multi-trajets par rapport aux méthodes mono-antenne et multi-antennes adaptatives, tout en conservant une complexité calculatoire raisonnable. Cette méthode a fait l’objet d’un brevet.Nous avons ensuite étudié l'influence des défauts technologiques (couplage, défaut de chaîne RF …), numériques (quantification) et des défauts intrinsèques à l'algorithme SAGE (estimation du nombre de multi-trajets) sur les performances d'estimation, et proposé différentes méthodes de compensation. Nous retiendrons que des filtres FIR ont été utilisés pour compenser les défauts large bande de la chaîne RF, et que le couplage peut être estimé à partir de la connaissance des DOA des signaux utiles. Les simulations ont montré qu'avec ces méthodes de compensation, l'algorithme SAGE affichait des performances très proches de celles dans le cas parfait (sans défaut). Un algorithme d'estimation du nombre de multi-trajets a aussi été proposé, et les résultats en simulation dynamique (en utilisant des modèles de canal existants) ont montré une bonne adaptation aux différentes situations.Pour finir, il est important de noter que les outils développés durant cette thèse peuvent être utilisés dans le cadre de l'étude du canal de propagation des signaux GNSS, en identifiant et estimant les multi-trajets susceptibles de perturber l'estimation de la position du récepteur. / In Global Navigation Satellite Systems (GNSS) applications, multipath (MP) errors are still one of the major error sources in conventional receivers. The additional signal replicas due to reflections introduce a bias in Delay Lock Loops (DLL), which finally leads to a positioning error. Several techniques have been developed for multipath mitigation or estimation such as the Narrow Correlator Spacing or the Multipath Estimating Delay-Lock-Loop (MEDLL) algorithm.However, these techniques suffers from high sensitivity to noise, and can not mitigate short delay multipath (<0.1 chip).More recently, the use of antenna array algorithms has been proposed for multipath mitigation. Antenna arrays perform a spatial sampling that makes possible the discrimination of sources in the space domain (azimuth and elevation).However, in conventional receivers, little room remains for antenna integration, and only a small number of antenna elements can be integrated. This study will therefore focus on algorithms for a 2x2 square antenna array. Moreover, theproposed solutions have to be robust against technological defects.Two solutions are investigated to mitigate multipath with an antenna array. The first one tries to filter the multipaths in the space domain in order to "clean" the incoming signal of all the multipaths. However, the results obtained with this solution are quite mitigated. Indeed, the small size of the array implies a low space resolution, and the correlation between the LOS signal and the multipaths strongly degrade the performance of high resolution algorithms. Thus, close spaced multipath are still a problem.In the second approach, a set of parameters (amplitudes, times-delays, Doppler shifts, elevations and azimuths) of all the incoming sources are estimated. The main difference with the first approach is that, instead of filtering the sources on the space domain only, the different incoming paths are filtered on space, time and frequency domains. To estimate the parameters of all the sources, SAGE algorithm, which is a low-complexity generalization of maximum likelihood theory, has been considered. Moreover, a new implementation of the SAGE algorithm has been investigated in order to reduce the complexity by a factor 500, without loss of estimation performances. The simulations show a real improvement in the multipath mitigation compared to mono antenna algorithms and beamformerapproaches.The impact of technological defects (mutual coupling, RF channel mismatch …), numerical defect (quantization) and SAGE defect (estimation of the number of path) on the estimation performances were also investigated, and severalcompensation algorithms were proposed. The wide band effects of the RF filter were compensated by FIR equalizer, and mutual coupling can be estimated thanks to the knowledge of the satellites DOA. Simulations show that the estimationperformance of the SAGE algorithm after array calibration are very close than the performance in perfect system. Last, we proposed an algorithm to estimate the number of path, and dynamic simulations (by using channel model) show avery good adaptation of the algorithm.Last but not least, the tools developed in this PhD can be also useful in multipath modelling applications for GNSS.

Dans les systèmes de communications sans fil, le canal de transmission entre les antennes d’émission et de réception est l’une des principales sources de perturbation pour le signal. Les modulations multiporteuses, telles que l’OFDM (pour orthogonal frequency division multiplexing), sont très robustes contre l’effet des multi-trajets, et permet de retrouver le signal émis avec un faible taux d’erreur, quand elles sont combinées avec un codage canal. L’estimation de canal joue alors un rôle clé dans les performances des systèmes de communications. Dans cette thèse, on étudie des techniques fondées sur les estimateurs LS (pour least square, ou moindres carrés) et MMSE (pour minimum mean square error, ou erreur quadratique moyenne minimum). La technique MMSE est optimale, mais est beaucoup plus complexe que LS, et nécessite la connaissance a priori des moments de second ordre du canal et du bruit. Dans cette présentation, deux méthodes permettant d’atteindre des performances proches de LMMSE en évitant ses inconvénients sont étudiées. Une troisième partie étudie quant à elle les erreurs d’estimation dues aux interpolations. / In wireless communications systems, the transmission channel between the transmitter and the receiver antennas is one of the main sources of disruption for the signal. The multicarrier modulations, such as the orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), are very robust against the multipath effect, and allow to recover the transmitted signal with a low error rate, when they are combined with a channel encoding. The channel estimation then plays a key role in the performance of the communications systems. In this PhD thesis, we study techniques based on least square (LS) and minimum mean square error (MMSE) estimators. The MMSE is optimal, but is much more complex than LS, and requires the a priori knowledge of the second order moment of the channel and the noise. In this presentation, two methods that allow to reach a performance close to the one of LMMSE while getting around its drawback are investigated. In another way, a third part of the presentation investigates the errors of estimation due to the interpolations.

Les applications des techniques radar au milieu urbain constituent un domaine émergent. Une des difficultés principales est liée à la complexité du milieu de propagation induit par les bâtiments présents dans la scène. En effet, la présence de ces bâtiments génère d’une part des zones d’ombre à l’intérieur desquelles une cible n’est pas en visibilité directe, et d’autre part de nombreux multi-trajets produits par les possibles réflexions et diffractions sur les surfaces environnantes. Ces multi-trajets sont souvent vus comme une gêne, limitant les capacités de détection en radar. Or ils peuvent aussi être exploités à l’avantage du radar afin de détecter et localiser des cibles situées dans les zones d’ombre (cible en NLOS). L’objectif de ce travail de thèse est donc la mise en place de méthodes de traitement du signal permettant la détection et la localisation d’une cible en NLOS en milieu urbain et l’application de ces techniques pour détecter et localiser une cible en NLOS à partir de signaux réels. Pour cela, nous avons proposé dans un premier temps deux solutions pour la détection et la localisation de la cible en exploitant les multi-trajets. Dans un deuxième temps, nous avons développé deux filtres particulaires pour pister une cible en milieu urbain en présence de multi-trajets. Ces algorithmes ont été appliqués aux données réelles issues d’une expérimentation et ont montré des résultats prometteurs : même avec une connaissance approximative de la géométrie de la scène, il a été possible de détecter, localiser et suivre une cible en exploitant uniquement l’information fournie par les retards des multi-trajets. / The applications of radar techniques to the urban environment constitute an emerging subject. One of the main difficulties is related to the complexity of the propagation environment induced by the buildings present in the scene. Indeed, the presence of these buildings generates on the one hand shadow areas within which a target is not in line of sight, and on the other hand, many multipaths produced by reflections and diffractions on the surrounding surfaces. Classically, these multipaths are often seen as an inconvenience, limiting radar detection capabilities. However, these multipaths can also be exploited to the advantage of the radar to detect and locate targets located in the shadow areas (target in NLOS). The objective of this thesis work is therefore to develop signal processing methods allowing the detection and localization of a target located in shadow areas in urban environment and to apply these techniques for detecting and locating a target in NLOS from realistic or even real signals. For this, we first proposed two solutions for detection and localization of a target by exploiting multipath information. In a second step, we developed two particle filters to track a target in urban environment in the presence of multipaths. These algorithms have been applied to real data and showed promising results: even with an approximate knowledge of the geometry of the scene, it has been possible to detect, locate and track a target by exploiting only the information on multipath delays.

Les avancées récentes dans le domaine de navigation par satellites (GNSS) ontconduit à une prolifération des applications de géolocalisation dans les milieux urbains. Pourde tels environnements, les applications GNSS souffrent d’une grande dégradation liée à laréception des signaux satellitaires en lignes indirectes (NLOS) et en multitrajets (MP). Cetravail de thèse propose une méthodologie originale pour l’utilisation constructive des signauxdégradés MP/NLOS, en appliquant des techniques avancées de traitement du signal ou àl’aide d’une assistance d’un simulateur 3D de propagation des signaux GNSS. D’abord, nousavons établi le niveau maximal réalisable sur la précision de positionnement par un systèmeGNSS "Stand-Alone" en présence de conditions MP/NLOS, en étudiant les bornes inférieuressur l’estimation en présence des signaux MP/NLOS. Pour mieux améliorer ce niveau deprécision, nous avons proposé de compenser les erreurs NLOS en utilisant un simulateur 3D dessignaux GNSS afin de prédire les biais MP/NLOS et de les intégrer comme des observationsdans l’estimation de la position, soit par correction des mesures dégradées ou par sélectiond’une position parmi une grille de positions candidates. L’application des approches proposéesdans un environnement urbain profond montre une bonne amélioration des performances depositionnement dans ces conditions. / Recent trends in Global Navigation Satellite System (GNSS) applications inurban environments have led to a proliferation of studies in this field that seek to mitigatethe adverse effect of non-line-of-sight (NLOS). For such harsh urban settings, this dissertationproposes an original methodology for constructive use of degraded MP/NLOS signals, insteadof their elimination, by applying advanced signal processing techniques or by using additionalinformation from a 3D GNSS simulator. First, we studied different signal processing frameworks,namely robust estimation and regularized estimation, to tackle this GNSS problemwithout using an external information. Then, we have established the maximum achievablelevel (lower bounds) of GNSS Stand-Alone positioning accuracy in presence of MP/NLOSconditions. To better enhance this accuracy level, we have proposed to compensate for theMP/NLOS errors using a 3D GNSS signal propagation simulator to predict the biases andintegrate them as observations in the estimation method. This could be either by correctingdegraded measurements or by scoring an array of candidate positions. Besides, new metricson the maximum acceptable errors on MP/NLOS errors predictions, using GNSS simulations,have been established. Experiment results using real GNSS data in a deep urban environmentshow that using these additional information provides good positioning performance enhancement,despite the intensive computational load of 3D GNSS simulation.

La réflectométrie GNSS (ou GNSS-R) est une technique de télédétection originale et pportuniste qui consiste à analyser les ondes électromagnétiques émises en continu par la soixantaine de satellites des systèmes de positionnement GNSS (GPS, GLONASS, etc.), qui sont captées par une antenne après réflexion sur la surface terrestre. Ces signaux interagissent avec la surface réfléchissante et contiennent donc des informations sur ses propriétés. Au niveau de l'antenne, les ondes réfléchies interfèrent avec celles arrivant directement des satellites. Ces interférences sont particulièrement visibles dans le rapport signal-sur-bruit (SNR, i.e., Signal-to-Noise Ratio), paramètre enregistré par une station GNSS classique. Il est ainsi possible d'inverser les séries temporelles du SNR pour estimer des caractéristiques du milieu réfléchissant. Si la faisabilité et l'intérêt de cette méthode ne sont plus à démontrer, la mise en oeuvre de cette technique pose un certain nombre de problèmes, à savoir quelles précisions et résolutions spatio-temporelles peuvent être atteintes, et par conséquent, quels sont les observables géophysiques accessibles. Mon travail de thèse a pour objectif d'apporter des éléments de réponse sur ce point, et est axé sur le développement méthodologique et l'exploitation géophysique des mesures de SNR réalisées par des stations GNSS classiques. Je me suis focalisé sur l'estimation des variations de hauteur de l'antenne par rapport à la surface réfléchissante (altimétrie) et de l'humidité du sol en domaine continental. La méthode d'inversion des mesures SNR que je propose a été appliquée avec succès pour déterminer les variations locales de : (1) la hauteur de la mer au voisinage du phare de Cordouan du 3 mars au 31 mai 2013 où les ondes de marées et la houle ont pu être parfaitement identifiées ; et (2) l'humidité du sol dans un champ agricole à proximité de Toulouse, du 5 février au 15 mars 2014. Ma méthode permet de s'affranchir de certaines restrictions imposées jusqu'à présent dans les travaux antérieurs, où la vitesse de variation verticale de la surface de réflexion était supposée négligeable. De plus, j'ai développé un simulateur qui m'a permis de tester l'influence de nombreux paramètres (troposphère, angle d'élévation du satellite, hauteur d'antenne, relief local, etc.) sur la trajectoire des ondes réfléchies et donc sur la position des points de réflexion. Mon travail de thèse montre que le GNSS-R est une alternative performante et un complément non négligeable aux techniques de mesure actuelles, en faisant le lien entre les différentes résolutions temporelles et spatiales actuellement atteintes par les outils classiques (sondes, radar, diffusiomètres, etc.). Cette technique offre l'avantage majeur d'être basé sur un réseau de satellites déjà en place et pérenne, et est applicable à n'importe quelle station GNSS géodésique, notamment celles des réseaux permanents (e.g., le RGP français). Ainsi, en installant une chaîne de traitement de ces acquisitions de SNR en domaine côtier, il serait possible d'utiliser les mesures continues des centaines de stations pré-existantes, et d'envisager de réaliser des mesures altimétriques à l'échelle locale, ou de mesurer l'humidité du sol pour les antennes situées à l'intérieur des terres. / GNSS reflectometry (or GNSS-R) is an original and opportunistic remote sensing technique based on the analysis of the electromagnetic waves continuously emitted by GNSS positioning systems satellites (GPS, GLONASS, etc.) that are captured by an antenna after reflection on the Earth's surface. These signals interact with the reflective surface and hence contain information about its properties. When they reach the antenna, the reflected waves interfere with those coming directly from the satellites. This interference is particularly visible in the signal-to-noise ratio (SNR) parameter recorded by conventional GNSS stations. It is thus possible to reverse the SNR time series to estimate the reflective surface characteristics. If the feasibility and usefulness of thismethod are well established, the implementation of this technique poses a number of issues. Namely the spatio-temporal accuracies and resolutions that can be achieved and thus what geophysical observables are accessible.The aim of my PhD research work is to provide some answers on this point, focusing on the methodological development and geophysical exploitation of the SNR measurements performed by conventional GNSS stations. I focused on the estimation of variations in the antenna height relative to the reflecting surface (altimetry) and on the soil moisture in continental areas. The SNR data inversion method that I propose has been successfully applied to determine local variations of : (1) the sea level near the Cordouan lighthouse (not far from Bordeaux, France) from March 3 to May 31, 2013, where the main tidal periods and waves have been clearly identified ; and (2) the soil moisture in an agricultural plot near Toulouse, France, from February 5 to March 15, 2014. My method eliminates some restrictions imposed in earlier work, where the velocity of the vertical variation of the reflective surface was assumed to be negligible. Furthermore, I developed a simulator that allowed me to assess the influence of several parameters (troposphere, satellite elevation angle, antenna height, local relief, etc.) on the path of the reflected waves and hence on the position of the reflection points. My work shows that GNSS-R is a powerful alternative and a significant complement to the current measurement techniques, establishing a link between the different temporal and spatial resolutions currently achieved by conventional tools (sensors, radar, scatterometer, etc.). This technique offers the major advantage of being based on already-developed and sustainable satellites networks, and can be applied to any GNSS geodetic station, including permanent networks (e.g., the French RGP). Therefore, by installing a processing chain of these SNR acquisitions, data from hundreds of pre-existing stations could be used to make local altimetry measurements in coastal areas or to estimate soil moisture for inland antennas.