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Depuis le développement du GPS, les systèmes de navigation par satellites (GNSS) se sont largement diversifiés : maintenance, modernisation et déploiement de nouveaux systèmes, comme l’européen Galileo. De plus, le nombre d’applications basées sur l’utilisation de signaux GNSS ne cesse d’augmenter. Pour répondre à ces nouveaux challenges et besoins, les récepteurs GNSS ne cessent d’évoluer. Un nouvel axe est le développement du récepteur logiciel qui présente la particularité d’un traitement logiciel des signaux contrairement au récepteur matériel, équipant nos véhicules, smartphones par exemple. Cette thèse de doctorat s’inscrit dans le projet commun d’un laboratoire et d’une PME consistant au développement d’un récepteur logiciel poursuivant les signaux GPS L1 C/A et Galileo E1 OS. L’objectif plus spécifique de la thèse est d’étudier l’acquisition, première étape du traitement du signal GNSS qui doit fournir une estimation grossière des paramètres du signal entrant. Ce travail vise particulièrement les signaux à faible puissance, un seuil d’acquisition est fixé à 27 dB-Hz pouvant s’apparenter à l’acquisition en milieu urbain ou dégradé. Il est important de noter qu’une des contraintes est de réussir l’acquisition de tels signaux au moins 9 fois sur 10, sans aucune aide extérieure ou connaissance des almanachs ou éphémérides. Dans un premier temps, une solide étude théorique portant sur les performances de l’acquisition et les sources de dégradations est menée. Parmi elles, peuvent être citée, les transitions de bits dues à la présence du message de navigation et du code secondaire sur la voie pilote des nouveaux signaux. Est ainsi mis en lumière la nécessité d’avoir recours à une méthode d’acquisition insensible aux inversions de signe du message de navigation. Dans un deuxième temps, une méthode innovante, le Double-Block Zero-Padding Transition-Insensitive (DBZPTI), est donc développée pour permettre l’acquisition du signal Galileo E1 OS de façon efficiente. Elle prend part au développement de la stratégie globale d’acquisition dont l’objectif est d’avoir en sortie une estimation de la fréquence Doppler et du retard de code du signal entrant, assez fine et fiable pour une satisfaisante poursuite du signal. / Since the development of the GPS, the global navigation satellite systems (GNSS) have been widely diversified: maintenance, modernization and deployment of new systems such as the European Galileo. In addition, the number of GNSS signals applications, based on the use of GNSS signals, is increasing. To meet these new challenges and requirements, GNSS receivers are constantly evolving. A new trend is the development of software receiver which processes the GNSS signal in a software way unlike hardware receiver, equipping our vehicles, smartphones, for example. This thesis is part of a common project between a laboratory and a company, consisting of the development of a software receiver tracking GPS L1 C/A and Galileo E1 OS. The more specific aim of the thesis is to study the acquisition, first signal processing which provides a rough estimation of the incoming signal parameters. This work focuses particularly the low power signals, an acquisition threshold is set at 27 dB-Hz considered as a representative of urban or degraded environments. It is important to note that the success of the acquisition of such signals should be at least 9 times out of 10, without any aid or knowledge of almanac or ephemeris. Initially, a solid theoretical study of the acquisition performance and sources of degradation is conducted. One of them is the bit transitions due to the presence of the navigation message and the secondary code on pilot component of the new signals. It is thus highlighted the need to use a Transition-Insensitive acquisition method. Secondly, an innovative method, the Double-Block Zero-Padding Transition-Insensitive (DBZPTI) is developed to permit efficiently the acquisition of Galileo E1 OS signal. It takes part in the development of the global acquisition strategy, which should provide an estimate of the Doppler frequency and code delay, fine and reliable, for a satisfactory signal tracking.

L’orbite d’un satellite autour de la terre est perturbée en permanence par différents facteurs, tels que la variation du champ gravitationnel et la pression du vent solaire. La dérive de la position du satellite peut compromettre la mission, voire mener à une collision ou à une chute dans l’atmosphère. Les opérations de maintien à poste consistent donc à effectuer une mesure précise de la trajectoire du satellite puis à utiliser ses propulseurs pour corriger sa dérive. La solution classique de mesure de position est basée sur des radars au sol. Ce dispositif est couteux et ne permet pas d’avoir la position du satellite en permanence : les corrections de trajectoires se font donc de façon espacées dans le temps.Un système de positionnement et de navigation autonome utilisant les constellations de satellites de navigation, appelées Global Navigation Satellite System (GNSS), permettrait une réduction importante des coûts de conception et de maintenance opérationnelle. Plusieurs études ont été menées en ce sens et les premiers systèmes de navigation, basés sur des récepteurs GPS, voient le jour. Un récepteur en mesure de traiter plusieurs systèmes de navigation, tel que GPS et Galileo, permettrait d’obtenir une meilleure disponibilité de service. En effet, le système Galileo est conçu pour être compatible avec le système GPS,tant en terme de signaux émis que de données de navigation. La connaissance permanente de la position permettrait alors de réaliser un contrôle asservit du maintien à poste.Dans un premier temps, nous avons défini quelles seront les spécifications d’un récepteur spatial multi-mission.En effet, les contraintes pesant sur un tel récepteur sont différentes de celles d’un récepteur situé à la surface de la Terre. L’analyse de ces contraintes, ainsi que des performances demandées à un système de positionnement, est donc nécessaire afin de déterminer les spécifications du futur récepteur. Il existe peu d’études sur le sujet. Certaines d’entre elles sont classées secret industriel, d’autres présentent, à notre avis,un biais d’analyse qui fausse la détermination des spécifications.Nous avons donc modélisé le système : orbites des satellites GNSS et des satellites récepteurs, liaison radiofréquence. Certains paramètres de cette liaison ne sont pas donnés dans les documents de spécifications ou les documents constructeurs. De plus, les données théoriques disponibles ne sont pas toujours pertinentes pour une modélisation réaliste. Nous avons donc dû estimer ces paramètres en utilisant des données disponibles.Le modèle a été ensuite utilisé afin de simuler divers scenarii représentatifs de futures missions. Après avoir défini des critères d’analyse, les spécifications ont été déterminées à partir des résultats des simulations.Le calcul d’une position par un système de navigation par satellite se déroule en trois phases principales.Pour chacune de ces phases, il existe plusieurs algorithmes possibles, présentant des caractéristiques différentes de performance, de taille de circuit ou de charge de calcul. L’essor de nouvelles applications basées sur la navigation entraine également le développement de nouveaux algorithmes adaptés.Nous présentons le principe permettant la détermination d’une position, puis les signaux de navigation GPS et Galileo. A partir de la structure des signaux, nous expliquons les phases de la démodulation et de la localisation. Grâce à l’utilisation des constellations GPS et Galileo, les algorithmes standards permettent d’atteindre les performances nécessaires pour des applications spatiales. Ces algorithmes nécessitent néanmoins d’être adaptés ; ainsi certaines parties ont été conçues spécifiquement. Afin de valider les choix d’algorithmes, et les paramètres liés aux spécifications, nous avons simulés les différentes phases de fonctionnement du récepteur en utilisant des signaux GPS réels.Pour terminer, les retombées et perspectives sont exposées dans la conclusion. / The orbit of a satellite around the earth is constantly disturbed by various factors, such as variations in the gravitational field and the solar wind pressure. The drift of the satellite position can compromise the mission, and even lead to a crash or a fall in the atmosphere. The station-keeping operations therefore consist in performing an accurate measurement of the satellite trajectory and then in using its thrusters to correct the drift. The conventional solution is to measure the position with the help of a ground based radar. This solution is expensive and does not allow to have the satellite position permanently: the trajectory corrections are therefore in frequent. A positioning and autonomous navigation system using constellations of navigation satellites, called Global Navigation Satellite System (GNSS), allows a significant reduction in design and operational maintenance costs. Several studies have been conducted in this direction and the first navigation systems based on GPS receivers, are emerging. A receiver capable of processing multiple navigation systems, such as GPS and Galileo, would provide a better service availability. Indeed, Galileo is designed to be compatible with GPS, both in terms of signals and navigation data. Continuous knowledge of the position would then allow a closed loop control of the station keeping. Initially, we defined what the specifications of a multi-mission space receiver are. Indeed, the constraints on such a receiver are different from those for a receiver located on the surface of the Earth. The analysis of these constraints, and the performance required of a positioning system, is necessary to determine the specifications of the future receiver. There are few studies on the subject. Some of them are classified; others have, in our view, an analytical bias that distorts the determination of specifications. So we modeled the system: GNSS and receivers satellite orbits, radio frequency link. Some parameters of this link are not given in the specification or manufacturers documents. Moreover, the available theoretical data are not always relevant for realistic modeling. So we had to assess those parameters using the available data. The model was then used to simulate various scenarios representing future missions. After defining analysis criteria, specifications were determined from the simulation results. Calculating a position of a satellite navigation system involves three main phases. For each phase, there are several possible algorithms, with different performance characteristics, the circuit size or the computation load. The development of new applications based on navigation also drives the development of new adapted algorithms. We present the principle for determining a position, as well as GPS and Galileo navigation signals. From the signal structure, we explain the phases of the demodulation and localization. Through the use of GPS and Galileo constellations, standard algorithms achieve the performance required for space applications. However, these algorithms need to be adapted, thus some parts were specifically designed. In order to validate the choice of algorithms and parameters, we have simulated the various operating phases of the receiver using real GPS signals. Finally, impact and prospects are discussed in the conclusion.

Galileo är ett Global Navigation Satellite System (GNSS) som används för positionering. Förutom Galileo finns även Global Positioning System (GPS) och Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema (GLONASS) vilka är de idag enda fullt operativa systemen. Galileo som är under utveckling har i april år 2020 26 satelliter i bruk och förväntas vara fullt operativt under 2020 med en konstellation av 30 satelliter. Vid statisk mätning används GNSS-teknik där minst två mottagare samlar observationer samtidigt under långa sessioner där positionen erhålls med efterberäkning. Syftet med denna studie var att undersöka huruvida Galileo genom statisk mätning kan tillföra lägre mätosäkerhet i olika GNSS-konstellationer tillsammans med GPS och GLONASS. Tvångscentrering utfördes över två kända positioner med mätning över två dagar på totalt 12 timmar. I efterberäkningen delades sessionerna in i 45 minuters observationer över fyra sessioner. Fem olika konstellationer av GNSS jämfördes: GPS, GPS och Galileo, GPS och GLONASS, Galileo och till sist där alla tre system användes ihop. Resultatet visade på en god precision med en lägesosäkerhet något större än förväntat. Session 1 fick högst värde på 4,7 cm från stompunkten. Lägst värde fick session 4 på 1,1 cm. Standardosäkerheten var däremot låg för alla konstellationer i sessionerna. Slutsatsen är att Galileo och GPS fick som enskilda konstellationer ett likvärdigt resultat för standardosäkerheten med statisk mätning. I gemensamma GNSS-konstellationer förbättras mätosäkerheter och indikerar även att användning av Galileo ger en förbättring i kombination med GPS och GLONASS. / Galileo is a new Global Navigation Satellite System (GNSS) which is still under development and is expected to be fully operational in 2020. Besides Galileo there are also the Global Positioning System (GPS) and the Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema (GLONASS) which are the only fully operational systems as of April 2020. The purpose of this study was to evaluate whether Galileo can provide better measurement accuracy in different GNSS constellations together with GPS and GLONASS through static surveying. Many scientific studies of Galileo GNSS have been done recently, and since additional satellites have become available the accuracy of the system has been increasing. This study uses static surveying method in order to evaluate Galileo’s positioning accuracy. Measurements over two known positions was done with post calculations to remove sources of error. The study shows that Galileo and GPS obtained as individual constellations an equivalent result, and in joint GNSS constellations Galileo shows improvements in combination with GPS and GLONASS.

Global Navigation Satellite System (GNSS) är ett samlingsbegrepp för ett antal satellitsystem som möjliggör världsomspännande navigering, deformationsövervakning och satellitpositionering. GNSS innefattar de fyra globala operativa satellitsystem BeiDou, Global Positioning System (GPS), Globalnaya navigatsionnaya sputnikovaya sistema (GLONASS) och det europeiska Galileo. Satellitsystemet Galileo utökas successivt och erbjuder i nuläget 22 aktiva satelliter, men ska innefatta totalt 30 satelliter när det beräknas vara fullbordat år 2020. Syftet med föreliggande studie är att utvärdera Galileo under simulerad deformationsmätning, enskilt och i kombination med GPS och GLONASS, samt att jämföra dessa satellitsystem. Att även studera systemens avvikelser med olika metoder statisk mätning i lokalt nätverk, statisk mätning med anslutning mot en extern referensstation och efterberäkning av enkelfrekvenser i lokalt nätverk. Ett GNSS-nätverk upprättades och data beräknades i Leica Infinity. Statiska mätningar med tre GNSS-mottagare utfördes under en dag med sessionstid på nio timmar. Mätningarna delades upp i tre sessioner med aktuella förflyttningar av en mottagare mellan sessionerna. Resultatet från studien visar att för samtliga satellitsystem enskilt och i de olika kombinationerna erhölls avvikelser på millimeternivå för den statiska mätningen i lokalt nätverk. För efterberäkning med enbart enkelfrekvenser för respektive system erhölls generellt avvikelser på millimeternivå. För databearbetning med anslutning mot MAR700SWE som är en SWEPOS referensstation och är belägen 17 km från det upprättade nätverket visade resultatet på högre och mer spridda värden där avvikelserna erhölls på millimeter- till centimeternivå. Generellt visade resultatet att Galileo jämfört med GPS och GLONASS erhåller avvikelser likt de två andra systemen för samtliga metoder. För systemen i kombination visade avvikelserna att med alla tre systemen tillsammans uppnåddes bäst resultat. Slutsatserna från studien är att Galileo konstateras ha en liknande prestanda som de andra GNSS-systemen fast Galileo inte är fullt utvecklat. Studien har analyserat nätverket i 2D och visar att med alla tre systemen erhålls regelbundet stabila resultat. Galileo bidrar till en förbättring när systemet används i kombination. För deformationsmätning är Galileo acceptabelt att använda i plan. Som tidigare föreslaget, visar studien också att de statiska mätningarna ger mm noggrannhet. De metoder som rekommenderas för deformationsmätning är statisk mätning i lokalt nätverk och efterberäkning av enkelfrekvenser fast den sist nämnda inte är att föredra. Anslutning av ett lokalt nätverk mot en extern referensstation rekommenderas inte. / Global Navigation Satellite System (GNSS) is a generic term for a number of satellite system which makes it possible for worldwide navigation, deformation monitoring and satellite positioning. GNSS includes four global operational satellite systems BeiDou, Global Positioning System (GPS), Globalnaya navigatsionnaya sputnikovaya Sistema (GLONASS) and the European Galileo. The Galileo satellite system is gradually expanding and currently offers 22 active satellites but will include a total of 30 satellites when it is completed 2020. The purpose of the study was to evaluate Galileo during simulated deformation measurements, individually and in combination with GPS and GLONASS, and to compare these satellite systems. Also, to see these systems deviations with different methods static measurement in a local network, static measurement linked to an external reference station and post processing of single- frequencies in the local network. A local network was established, and data was processed in Leica Infinity. Static measurements with three GNSS receivers was carried out over one day with a session time of nine hours. The measurements were divided into three sessions with movements of one receiver between the sessions. The results from the study shows that for all satellite systems individually and in the different combinations, deviations on millimeter level were obtained for the static measurements in a local network. Generally, deviations on millimeter level were obtained for post-processing calculations with only single frequencies for each system. For post-processing with the local network linked to MAR700SWE; which is a SWEPOS reference station located about 17 km from the established network, the result showed higher and more scattered values where the deviations were generally obtained at millimeter- to centimeter level. Generally, the results showed that Galileo compared with GPS and GLONASS receives deviations similar to the other two systems for all methods. The deviations showed with all three systems combined the best results were achieved. The conclusion from the study is that Galileo is found to have a similar performance as the other GNSS systems in static measurements, though Galileo is not yet fully developed. The results shows that with all three systems, low deviations are regularly obtained. With this Galileo contributes to an improvement when the system is combined with GPS and GLONASS. For deformation monitoring, Galileo is acceptable to use in plane. The methods recommended for deformation measurement are static measurement in a local network and post processing with single frequency measurement, although the latter is not preferred. Connecting a local network to an external reference station is not recommended.

The availability of GPS signals is a major limitation for many existing and potential applications. Fortunately, with the development of Galileo by the European Commission (EC) and European Space Agency (ESA) and new funding for the restoration of the Russian GLONASS announced by the Russian Federation the future for satellite based positioning and navigation applications is extremely promising. This research primarily investigates the benefits of GNSS interoperability and GNSS/INS integration to Receiver Autonomous Integrity Monitoring (RAIM) from a geometrical perspective. In addition to these investigations, issues regarding multiple outlier detection and identification are examined and integrity procedures addressing these issues are proposed. Moreover, it has been shown how the same RAIM algorithms can be effectively applied to the various static and kinematic navigation architectures used in this research.

Le système de positionnement Galileo est un nouveau système de navigation par satellite en cours de développement pour l'Union Européenne, qui devrait être opérationnel en 2013. Tout en fournissant un service de positionnement autonome, Galileo sera interopérable avec les systèmes de navigation par satellite déjà existants comme le système américain GPS (Global Positioning System). En effet, un utilisateur pourra, avec un récepteur compatible, obtenir une position quelque soit le système utilisé. De plus, Galileo a pour objectif de garantir la disponibilité de certains services tels que le service commercial (CS) par exemple ou le service public réglementé (PRS). Mais Galileo fournit aussi, avec le service Sécurité de la vie (SOL), un message d'intégrité permettant de déterminer si l'information satellite est fiable, afin de l'utiliser pour des applications critiques telles que le transport aérien, maritime ou terrestre. Afin de fournir une position, une synchronisation et une information d'intégrité précises, en accord avec les besoins des utilisateurs, le système Galileo doit posséder des signaux et une architecture performants. L'étude de la conception de ces signaux, leur génération et leurs performances constitue le coeur de cette thèse. En effet, l'objectif principal de ce travail est l'optimisation de la charge utile et des signaux Galileo afin d'obtenir les meilleures performances possibles du point de vue du récepteur. Une analyse complète du système Galileo, de la charge utile au récepteur est d'abord effectuée. Elle montre que des distorsions peuvent affecter les signaux pendant leur génération, leur propagation et leur traitement dans le récepteur. Ces distorsions, dues aux instabilités d'horloges, aux non-linéarités de l'amplificateur, aux filtrages ou aux trajets multiples (multitrajets), réduisent la performance des signaux, en particulier lors de la poursuite du code ou lors de la poursuite de la phase de la porteuse. Pour éviter ces distorsions ou pour réduire leur impact, les signaux Galileo doivent présenter certaines propriétés, comme une enveloppe constante ou une large bande par exemple. Il est donc important d'analyser ces contraintes pour la conception d'une charge utile et de signaux performants. Une étude est ensuite menée afin de déterminer si les signaux Galileo proposés par la GJU (Galileo Joint Undertaking), en particulier en bande E5 et E1(E1-L1-E2), présentent ces propriétés et ainsi vérifient les contraintes de conception. La modulation Interplex et la modulation ALTBOC (Alternate Binary Offset Carrier) sont les solutions proposées pour multiplexer, respectivement, les signaux E1 et E5. Les expressions théoriques et les performances de ces modulations sont analysées afin de montrer qu'elles transmettent les signaux avec une enveloppe constante permettant de réduire les distorsions dues aux non-linéarités de l'amplificateur. Récemment, de nouvelles formes d'onde ont été proposées pour transmettre le signal " Open Service " de Galileo en bande E1, toujours avec l'objectif d'obtenir de meilleures performances. Ces nouveaux signaux sont basés sur la combinaison linéaire d'un signal BOC(1,1) avec un signal " Binary Coded Symbol (BCS) " ou avec une autre sous porteuse BOC. Ces signaux sont alors appelés Composite BCS (CBCS) ou Composite BOC (CBOC). Ces nouveaux signaux, conçus afin de réduire l'impact des multitrajets sur les performances, sont étudiés tout au long de la chaîne de transmission afin de contrôler s'ils vérifient les contraintes de conception et s'ils peuvent être transmis avec la modulation Interplex. Leurs performances sont aussi évaluées et comparées à celle du signal BOC(1,1), grâce à des observables qui caractérisent les performances en réception. Ces observables sont la fonction d'autocorrélation, la densité spectrale de puissance, le coefficient d'isolation spectrale et l'enveloppe d'erreur due aux trajets multiples. Pour terminer, des simulations permettent d'évaluer l'influence des distorsions dues aux équipements de la charge utile et du récepteur, sur les signaux Galileo et sur leur performance en réception, sont présentées. En particulier, l'influence des horloges, des amplificateurs et des filtres est évaluée grâce notamment au calcul de l'erreur de phase dans la boucle de poursuite du récepteur.

University, Diss.--Erlangen-Nürnberg, 2008. / Parallelsacht.: Galileo/GPS Single Shot Radioempfängerarchitekturen für mobile Endgeräte.

Galileo's Eyeglass is a celebratory work for full orchestra with standard instrumentation commemorating Galileo Galilei's discoveries of the four largest moons of Jupiter and the rings of Saturn in 1610. The composition is approximately 14 minutes in duration, and although divided thematically into four parts, the music is continuous. The work exhibits primarily a blend of contemporary styles and compositional elements, yet it is rooted in traditional tonality; furthermore, the piece is interspersed with references to Galileo's life and times, including quotations of a toccata composed by the scientist's brother, Michelangelo Galilei, transcribed from lute tablature. Chapter 1 of Part 1 investigates relevant historical threads extracted from the backdrop of Galileo's life, from reflections on the events that shape the musical program, to the selection and preparation of the period music composed by Galileo's brother. Chapter 2 discusses specific musical components of Galileo's Eyeglass, including form, musical quotations, motivic and thematic material, harmonic language, orchestration, and notation. Chapter 3 examines the principal philosophical themes behind the composition, including expressions of victory of a life well lived in spite of many obstacles. Part 2 contains the orchestral score.

This diploma thesis is about electronic and information systems for machine opera-tion control. The theoretical part describes transport telematics, the main systems of satellite positioning used in transport and the specific application of these systems in selected branches. In the practical part, the evaluation of the telematics application Fleet Management in joint-stock company Lesostavby Frýdek-Místek, which uses this system for the control and management of its own fleet, was carried out. The various tools of the given system and their use were described. According to the system outputs after the measurement, the accuracy of the track length recording when moving vehicles on the road was evaluated.