Le positionnement d'objets sous-marins représente un enjeu stratégique pour des applications militaires, industrielles et scientifiques. Les systèmes de positionnement reposent sur des signaux de type SONAR « Sound Navigation and Ranging ». Plusieurs émetteurs synchrones avec des temps d'émission connus sont alors considérés, l'objectif étant que la position d'un récepteur se fasse en fonction des positions des émetteurs. Nous avons la main mise sur la détection des signaux en réception d'une part, et sur le choix des formes d'ondes à l'émission d'autre part. La méthode de détection, basée sur le filtrage adapté, se veut robuste aux différentes perturbations engendrées par le canal de propagation (pertes par transmission, multi-trajets) et par le système lui-même (environnement multi-émetteurs). De plus, la détection restreinte à une somme de tests d'hypothèses binaires, nécessite un fonctionnement en temps réel. A l'émission, les formes d'ondes doivent permettre d'identifier indépendamment les émetteurs les uns des autres. Ainsi les travaux portent essentiellement sur les modulations FHSS, les paramètres de construction de ces signaux étant alors choisis de sorte à optimiser la méthode de détection étudiée. Enfin, l'implémentation des algorithmes issus de ces travaux sur des systèmes embarqués a permis leur validation sur des données enregistrées, puis en conditions réelles. Ces essais ont été réalisés avec l'entreprise ALSEAMAR, dans le cadre de la thèse CIFRE-DGA. / There is an increasing interest in underwater positioning system in industry (off-shore, military, and biology). In order to localize a receiver relative to a grid of transmitters, thanks to the knowledge of positions and transmission time, it needs to detect each signal and estimate the TOA (Time Of Arrival). Thus, a range between a transmitter and receiver can be deduced by estimation of TOA. When receiver knows three ranges at least, it can deduce its position by triangulation. This work takes into account signal detection, and waveform choice. Detection method, based on matched filter, needs to be robust face to propagation channel (transmission loss, multi-paths) and to the system (multi-users environment). Moreover, the detection structure, being a combination of binary hypothesis testing, must work in real time. In a CDMA context which requires to distinguish each transmitter, the FHSS (Frequency Hopped Spread Spectrum) modulation, allocating one code per user, is adapted. FHSS signals performance, depending of the number of frequency shifts N and the time-bandwidth product, are analyzed from detection criterion point of view. Moreover, detection method and adapted signal is tested in a shallow water environment.The research was supported by ALSEAMAR and DGA-MRIS scholarship.

Les systèmes de navigation par satellites permettent les applications de positionnement en extérieur, dont la navigation routière. Dans les environnements contraints, comme l'intérieur des bâtiments où ces signaux satellitaires sont dégradés, la continuité du service de positionnement est nécessaire. Les applications adaptées aux citoyens modernes avec leurs appareils nomades posent des contraintes fortes de mobilité, de coûts et de limitations des infrastructures existantes. Les larges possibilités de déplacements dans des environnements hétérogènes accroissent les difficultés. Un état de l'art alimenté par une décennie de travaux académiques et industriels présente un ensemble de technologies qui visent disponibilité et performance. L'accent porte ensuite sur les systèmes inertiels pédestres à bas coût, avec une première contribution permettant d'abandonner la détection de pas au profit d'une mobilité facilitée, mais reste limitée par la connaissance de la distance parcourue pendant une phase de calibration. Cette approche nouvelle est confrontée à celle classique au pied, puis éprouvée pour différents capteurs et piétons au travers d'expérimentations répétées en conditions réalistes. Une seconde contribution décline une constellation radio locale pour estimer la distance avec une infrastructure allégée à deux émetteurs. Elle s’inspire d’une conception satellitaire sur radio programmable pour faciliter sa compatibilité avec l’existant et explorer ses performances. Une surveillance du rapport signal à bruit inter-canal améliore la précision du positionnement. Le couplage de ces systèmes asynchrones et distribués est évalué en intérieur sur une plateforme automatisée / The global navigation satellite systems allow outdoor positioning applications, including car navigation. In challenging environments, such as the buildings where satellite signals are mitigated, georeferenced points of interest or navigation applications require a continuity of the positioning service. The applications adapted to modern citizens and their mobile devices raise strong constraints on mobility, costs and limitations of the existing infrastructure. The wide variety of displacements in heterogeneous environments increases the challenge. A state of the art fed by a decade of academic and industrial works presents a set of technologies that target availability and performance. The emphasis follows on the low cost pedestrian inertial systems, with a first contribution allowing to give up the step detection for the benefit of an easier mobility, but remains limited to the knowledge of the distance traveled during a calibration phase. This new approach is compared with the classical foot-mounted approach, and then benchmarked with several sensors and pedestrians through repeated experiments in real conditions. A second contribution operates a local radio constellation to estimate the distance with a minimal infrastructure with two emitters. The signals and the algorithm are based on a reproduction of satellite systems to ease the compatibility but are implemented on a programmable radio to explore the performances. A monitoring of the difference of carrier to noise ratio between the radio channels improves the distance estimation. The hybridization of these distributed, asynchronous and multi-rates inertial and radio systems is evaluated indoor on a motorized platform

La localisation des personnes et des objets à l’intérieur des bâtiments basée sur les réseaux WLAN connaît un intérêt croissant depuis quelques années ; ce système peut être un parfait complément pour fournir des informations de localisation statique ou dynamique dans des environnements où les techniques de positionnement telles que GPS ne sont pas efficaces. Le manuscrit de thèse propose une nouvelle approche pour définir un système WLAN de positionnement indoor (WLAN-IPS) comme un problème d'optimisation combinatoire afin de garantir à la fois une qualité de communication et une minimisation de l'erreur de positionnement via le réseau. Cette approche est caractérisée par plusieurs questions difficiles que nous abordons en trois étapes.Dans un premier temps, nous avons conçu un réseau WLAN-IPS et mis en œuvre une plateforme de test. Nous avons examiné la performance du système sous diverses contraintes expérimentales et nous nous sommes penchés sur l'analyse des relations entre l'erreur de positionnement et les facteurs environnementaux externes. Ces relations ont permis de proposer des indicateurs pour évaluer l'erreur de positionnement. Ensuite nous avons proposé un modèle physique qui définit tous les paramètres majeurs rencontrés en WLAN-IPS à partir de la littérature. L'objectif initial des infrastructures WLAN étant de fournir un accès radio de qualité au réseau, nous avons introduit un objectif supplémentaire qui est de minimiser l'erreur de localisation dans le contexte IPS. Deux indicateurs principaux ont été définis afin d'évaluer la qualité de service (QoS) et l'erreur de localisation pour LBS (Location-Based Services). Enfin après avoir défini la formulation mathématique du problème d'optimisation et les indicateurs clés de performance, nous avons proposé un algorithme mono-objectif et un algorithme multicritère basés sur Tabu Search et Variable Neighborhood Search pour fournir des bonnes solutions en temps raisonnable. Les simulations montrent que ces deux algorithmes sont très efficaces pour le problème d'optimisation que nous avons posé. / Indoor Positioning Systems (IPS) using the existing WLAN have won growing interest in the last years, it can be a perfect supplement to provide location information of users in indoor environments where other positioning techniques such as GPS, are not much effective. The thesis manuscript proposes a new approach to define a WLAN-based indoor positioning system (WLAN-IPS) as a combinatorial optimization problem to guarantee the requested communication quality while optimizing the positioning error. This approach is characterised by several difficult issues we tackled in three steps.At first, we designed a WLAN-IPS and implemented it as a test framework. Using this framework, we looked at the system performance under various experimental constraints. Through these experiments, we went as far as possible in analysing the relationships between the positioning error and the external environmental factors. These relationships were considered as evaluation indicators of the positioning error. Secondly, we proposed a model that defines all major parameters met in the WLAN-IPS from the literature. As the original purpose of the WLAN infrastructures is to provide radio communication access, we introduced an additional purpose which is to minimize the location error within IPS context. Two main indicators were defined in order to evaluate the network Quality of Service (QoS) and the positioning error for Location-Based Service (LBS). Thirdly, after defining the mathematical formulation of the optimisation problem and the key performance indicators, we proposed a mono-objective algorithm and a multi-objective algorithm which are based on Tabu Search metaheuristic to provide good solutions within a reasonable amount of time. The simulations demonstrate that these two algorithms are highly efficient for the indoor positioning optimization problem.

Cette thèse vise à expliquer les fluctuations du bien-être momentané tout au long de la journée et de la semaine, en tenant compte de l'influence de l'environnement construit et social sur ces variations. Cette étude a évalué l'impact du moment de la journée, des interactions sociales, de la météo et des environnements bâtis et sociaux, sur le bien-être momentané à l’aide d’un devis longitudinal par évaluation écologique momentanée géographique (GEMA). Un total de 899 participants résident dans le Grand Montréal, âgés de 18 à 80 ans (Âge : M = 41,71, md = 39 ; femmes = 55,7%) ont rempli une échelle brève de l'humeur trois fois par jour pendant sept jours consécutifs sur leurs téléphones intelligents (application EthicaData). Lors des réponses, la coordonnée GPS de leur localisation a également été captée, et a servi à mesurer diverses expositions environnementales dans un système d’information géographique. Un modèle à effets mixtes à trois niveaux avec des effets aléatoires a montré une corrélation positive entre le bien-être et l'âge, les après-midis, les week-ends et les interactions sociales impliquant la famille et les amis. En revanche, le bien-être était négativement associé aux soirées. Quelques variables de l’environnement bâti et social étaient significativement associées au bien-être. Ces liens ont persisté après contrôle des facteurs de confusion potentiels. De plus, un effet d'interaction a révélé que l'influence des interactions sociales momentanées différait entre les hommes et les femmes. Cette étude met en lumière le rôle des facteurs environnementaux et sociaux dans la compréhension du bien-être momentané. L'intégration de la technologie géospatiale et des évaluations écologiques momentanées offre des perspectives précieuses pour l'urbanisme et la santé publique dans l’exploration des liens entre contexte et santé. / This thesis aims to explain the fluctuations of momentary well-being throughout the day and week, taking into consideration how the built and social environment affects these variations. In this seven-day longitudinal study using GPS-enabled smartphones and EthicaData software with a geographic ecological momentary assessment (GEMA) approach, the real-time impact of built and social environments on self-reported momentary well-being of residents of Greater Montreal between 2018 and 2021 was investigated. A total of 889 participants aged 18–80 years (Age: M=41.71, md=39; females = 55.7%) completed the Short Mood Scale three times daily for seven consecutive days. A three-level mixed-effects model with random effects showed a positive correlation between well-being and age, afternoons, weekends, and social interactions involving family and friends. On the other hand, well-being was negatively associated with evenings. Only a few built and social environmental variables were found to be significantly associated with well-being. These links remained after controlling for potential confounding factors. Moreover, an interaction effect revealed that the influence of momentary social interactions differed for men and women. This study highlights the significance of environmental and social factors in comprehending momentary well-being, which has important implications for urban planning and public health initiatives. Integrating geospatial technology and EMA provides valuable insights into this intricate relationship.