T

H

È

S

E

2016-ENST-0041

Doctorat ParisTech

T H È S E

pour obtenir le grade de docteur délivré par

TELECOM ParisTech

Spécialité « Electronique et Communications »

présentée et soutenue publiquement par

Soufien KAMMOUNle 29 juin 2016

Géolocalisation à l’intérieur des bâtiments

pour terminaux mobiles

JuryM. Noureddine MANAMANNI, Professeur des universités, Université de Reims RapporteurMme Valérie RENAUDIN, Chargée de recherche, HDR, IFSTTAR Nantes RapporteurM. Paul HONEINE, Professeur des universités, Université de Rouen ExaminateurM. Nel SAMAMA, Professeur des universités, TELECOM SudParis ExaminateurM. Bernard UGUEN, Professeur des universités, Université de Rennes 1 ExaminateurM. Bernard HUYART, Professeur des universités, TELECOM ParisTech Directeur de thèseM. Jean-Christophe COUSIN, Maître de Conférences, TELECOM ParisTech Directeur de thèseM. Jean-Baptiste POTHIN, Ingénieur de Recherche, DataHertz SA Directeur de thèse

TELECOM ParisTechécole de l’Institut Mines-Télécom - membre de ParisTech

46 rue Barrault 75013 Paris - (+33) 1 45 81 77 77 - www.telecom-paristech.fr

Résumé

Force est de constater aujourd’hui que la localisation d’un bien ou d’une personne est devenue une néces-sité. Plusieurs solutions existent en extérieur, largement dominées par le système GPS. Pour la localisationen intérieur, la précision se dégrade en raison des trajets multiples et de l’atténuation des signaux traversantles murs.Cette thèse se focalise sur la problématique de localisation à l’intérieur d’un bâtiment en utilisant les techno-logies présentes dans des smartphones et des tablettes fonctionnant sous le système d’exploitation Androiddisponible dans divers marques. Les systèmes de localisation en intérieur exploitent différents supports telsque les ondes radio-fréquence (RF) ou les capteurs inertiels embarqués dans un terminal. Dans le cas RF, ilsutilisent des points références dont la répartition sur la zone couverte influe sur la performance en localisa-tion. Une première contribution est un développement d’algorithme d’optimisation d’emplacement des balisesbasé sur le recuit simulé. Les signaux extraits des capteurs inertiels sont utilisés par la navigation pédestre àl’estime (NPE) pour déterminer le trajet effectué depuis une position connue. Ils dépendent de la sensibilitédes paramètres intrinsèques de ces capteurs et ils sont corrompus par des bruits. Dans le cas NPE, une cali-bration permet d’obtenir des données exploitables pour l’estimation de l’orientation de déplacement et pour ladétection des pas. Cette orientation est supposée identique à celle du terminal mais il y a un intérêt à prendreen compte le biais d’orientation entre les deux. Une autre contribution est une proposition d’algorithme dedétection des pas exploitant la logique floue.

Abstract

Nowadays, the localization of a device or person has become mandatory. If many solutions exist foroutdoor environment, as the GPS one, any fails to provide an expected accuracy for indoor environmentbecause of the multipath phenomena and the attenuation of signals crossing walls.This thesis focuses on the localization problem in buildings by using existed technologies in smartphonesand tablets managed by Android OS - which is available in several brands. The indoor localization systemsare using different technologies like radio-frequency (RF) waves or inertial sensors embedded in handsets.In the RF case, they use anchors or beacons, whose position impacts the localization performance for thecovered zone. Our first contribution was the placement optimization of beacons using simulated annealingalgorithm. Next to improve the localization performance, the inertial sensors, embedded in smartphones,have been used. The pedestrian dead reckoning (PDR) algorithm employs the extracted signals from theinertial sensors and determines the path done since a known position. These extracted signals are affectedby the intrinsic parameters of sensors and they are corrupted by noises. The calibration of the sensors iscompulsory to obtain data that could be used to estimate the walking orientation and the number of donesteps by the user. It is often supposed that the walking orientation is the same as the smartphone orientation ;however it might be interesting to consider the bias between these two orientations. A last contribution, in thisthesis, consists on a proposed algorithm for step detection using fuzzy logic.