Impact of DME/TACAN multipath on future civil aviation GNSS receivers

Modèle de l'impact des multi-trajets DME/TACAN sur les futurs récepteurs GNSS pour l'aviation civile Dans les prochaines années, l’aviation civile adoptera une nouvelle génération de récepteurs GNSS (Global Navigation Satellite System), appelés récepteurs Multi-Constellation Double Fréquence (DFMC). Contrairement aux récepteurs GNSS actuels, les récepteurs GNSS DFMC traiteront à la fois les signaux GNSS L1/E1 et L5/E5a. Cette combinaison permettra des performances accrues par rapport aux récepteurs GNSS traditionnels. Un des défis majeurs du traitement des signaux L5/E5a est le partage de la même bande de fréquence du service de radionavigation aéronautique (ARNS) avec d’autres signaux, perçus comme des interférences radiofréquence (RFI). Parmi ces sources, les signaux RFI pulsés, tels que ceux des systèmes de mesure de distance/navigation aérienne tactique (DME/TACAN), sont les plus puissants et menaçants. Les normes d’aviation civile modélisent l’impact des RFI par la dégradation du rapport signal sur densité spectrale de bruit C/N0 du GNSS, induite par les signaux RFI à l’entrée du corrélateur du récepteur GNSS embarqué. Un système de blanker temporel est supposé dans le bloc RF du récepteur GNSS DFMC pour atténuer les RFI pulsées en rendant nul les échantillons avec une puissance instantanée au-dessus d’un seuil donné. Cependant, le modèle actuel de dégradation du C/N0 ne prend pas en compte la présence possible de multipath (MP) DME/TACAN. De plus, deux études expérimentales récentes ont révélé la présence de DME/TACAN MP forts dans les enregistrements I/Q, affectant significativement le blanker. La première contribution de cette thèse consiste donc à mettre à jour le modèle de dégradation du C/N0 en intégrant l’impact des MP DME/TACAN générés par les balises au sol. Deux modèles sont développés : un modèle statistique, à faible complexité, fournissant des résultats moyens pour la standardisation, et un modèle d’environnement fixe, à haute complexité, utilisé pour analyser les limites du modèle statistique. L’application du modèle statistique de dégradation du C/N0 nécessite une connaissance précise du retard MP et de la puissance diffusée au port d’antenne GNSS de l’avion. La deuxième contribution de cette thèse est donc le développement d’un modèle de canal Air-Sol hybride large bande, basé sur une approche géométrique déterministe-stochastique. Le défi principal de ce modèle AG est le nombre élevé d'obstacles à considérer pour les scénarios en route, car des millions de diffuseurs dans la ligne de visée de l’avion peuvent potentiellement générer des MP. Pour surmonter ce défi, le modèle AG proposé repose sur une simplification statistique de l’optique physique (PO) pour fournir une expression théorique de la puissance diffusée. Il est important de noter que la portée du modèle AG dépasse l’analyse RFI et le système DME/TACAN, et pourrait être appliqué à tout autre système composé d’un émetteur au sol et d’un récepteur aérien opérant dans la bande L. Enfin, le modèle de canal de propagation et le modèle statistique de dégradation du C/N0 sont appliqués conjointement pour évaluer la dégradation du C/N0 due aux signaux directs et MP DME/TACAN à deux positions opérationnels de basse altitude, JALTO (Pennsylvanie, États-Unis) et TIXAK (Francfort, Allemagne). Il est démontré que seuls quelques obstacles illuminés génèrent une puissance supérieure au seuil du blanker, et que la dégradation supplémentaire du C/N0 due aux MP DME/TACAN est inférieure à 0,52 dB.