Design of a GPS and dead reckoning hybrid system for vehicle positioning in poor GPS coverage conditions | Conception d'un système hybride GPS-Estime pour la localisation en condition de visibilité satellitaire réduite

French. Nous impliquons le système GPS (Global Positioning System) de positionnement mondial par satellites dans l'élaboration d'un système de localisation hybride GPS/estime. Ce système hybride est particulièrement destiné à la localisation desengins - agricoles dans le contexte d'agriculture de précision qu'est le nôtre - dont l'environnement entraîne des interruptions de fonctionnement du système GPS. Ce dernier, utilisé en tant que tel, nécessite qu'au moins quatre satellites soient en vue du mobile pour en calculer la position. Dans notre contexte, ce dernier calcul n'est pas réalisable faute d'un nombre suffisant de satellites : nous parlons alors de visibilité satellitaire réduite. L'approche la plus classique pour répondre à un tel problème consiste à utiliser périodiquement les sorties de positions calculées par le récepteur GPS en recalage du module de localisation à l'estime. Puis, lorsque moins de quatre satellites sont visibles, le processus de localisation est réalisé à l'estime seule avec, cependant, les problèmes de dérives inhérents à cette technique. En réponse à ce dernier inconvénient, nous choisissons d'intégrer dans le processus de fusion multi-sensorielle l'information GPS à l'échelle du satellite. Pour ce faire, nous avons développé notre propre méthode de traitement des données satellitaires, cela de manière à en faciliter l'intégration en évitant notamment le calcul direct des orbites satellites. Le processus d'hybridation est alors réalisé au travers d'un formalisme de Kalman étendu. On montre, tant théoriquement qu'expérimentalement, que l'état - position 2D, altitude et cap - du système hybride peut être reconstruit dès lors que deux satellites sont visibles. Cette approche reste cependant sensible, d'une part, au caractère non centré des erreurs GPS et d'autre part, lorsqu'un seul ou aucun satellite n'est visible, à la dérive arquée de l'estime. En ce cas, on montre qu'il est intéressant d'intégrer dans le processus d'hybridation des modèles d'erreurs GPS et de dérive d'estime.

English. We involve the GPS (Global Positioning System) world positioning satellite system in the development of an hybrid GPS/dead-reckoning one. This hybrid system is particularly aimed to locate rovers - agricultural ones in our recision farming context - of which the environment lead to GPS functioning disruptions. Used in a stand-alone way, the PS system needs at least four satellites to process the rover's position. In our framework, this processing step cannot be carried out due to a lack of satellites~: in that case we talk about "reduced satellite visibility". The more current approach to overcome such a problem is to use the GPS positions outputs to periodically correct the dead-reckoning system. Then, when there are less than four visible satellites, the location process is only erformed by dead-reckoning with the drifts problems inherent to this technique. To overcome this last drawback, we choose, in a multi-sensors framework, to process GPS information at the satellite scale. Moreover, In order to make the GPS satellites data integration easier, we have developed our own GPS satellites data processing method which avoid, in particular, direct orbits computation. The hybridation process is then realized by the mean of a Kalman filtering formalism. We show, both theoritically and experimentally, that the hybrid system state vector - 2D position, height and heading - can be computed as soon as there are at least two satellites in view. Nevertheless, this approach is, on one hand, sensitive to the non-zero mean feature of GPS errors and, on the other hand, when one or none satellite is visible, to the strong dead-reckoning drift. In this case, we show that integrating GPS and dead-reckoning errors models in the hybridation process is worthwhile.