L’Ecole doctorale : Ecole Doctorale de l’Institut Polytechnique de Paris
et le Laboratoire de recherche SAMOVAR – Services répartis, Architectures, Modélisation, Validation, Administration des Réseaux
présentent
l’AVIS DE SOUTENANCE de Monsieur Victor VINCE
Autorisé à présenter ses travaux en vue de l’obtention du Doctorat de l’Institut Polytechnique de Paris, préparé à l’Institut Polytechnique de Paris Télécom SudParis en :
Réseaux, Informations et Communications
« NAvigation G.n.s.s collAborative REsiliente (NAGARE) »
le MARDI 20 OCTOBRE 2026 à 14h00
à
Amphithéâtre 7
Télécom SudParis
19 place Marguerite Perey, 91120 Palaiseau
Membres du jury :
M. ALEXANDRE VERVISCH-PICOIS, Directeur d’études, Institut Polytechnique de Paris Télécom SudParis, FRANCE – Directeur de thèse
Mme Ni ZHU, Chargée de recherche, Université Gustave Eiffel, FRANCE – Examinateur
M. Pascal CHEVALIER, Professeur, Conservatoire Nationnal des Arts et Métier (CNAM), FRANCE – Examinateur
M. Jose Manuel RUBIO HERNAN, Maître de conférences, Institut Polytechnique de Paris, Telecom SudParis, FRANCE – Co-encadrant de thèse
Mme Juliette MARAIS, Directrice de recherche, Université Gustave Eiffel, FRANCE – Rapporteur
M. Rene jr. LANDRY, Professeur, Ecole de technologie Supérieure de Montréal, CANADA – Rapporteur
Invités :
M. Dominique HEURGUIER, Ingénieur, Thalès, FRANCE
M. Nel SAMAMA, Professeur, Institut Polytechnique de Paris Télécom SudParis, FRANCE
« NAvigation G.n.s.s collAborative REsiliente (NAGARE) »
présenté par Monsieur Victor VINCE
Résumé :
Ces travaux de thèse s’inscrivent dans le contexte de la guerre de la navigation, avec l’objectif de positionner de manière collaborative et résiliente un essaim de drones bas coût reposant principalement sur la navigation GNSS. La vulnérabilité du GNSS au brouillage et au leurrage, qui concerne les systèmes de navigation en général, est en effet de plus en plus prégnante dans les zones de conflit. L’enjeu est donc de sécuriser la navigation pour des applications critiques, dans un contexte d’essor des essaims de drones civils et militaires. Pour répondre à cet enjeu, plusieurs méthodologies ont été étudiées : des solutions de surveillance d’intégrité collaborative, permettant de mesurer en temps réel « l’état de santé » du GNSS ; des solutions d’antibrouillage collaboratif ; et enfin des solutions de positionnement alternatives au GNSS, destinées aux situations où les signaux GNSS deviennent inutilisables. L’objectif sous-jacent est de répondre à un constat bien identifié : comment résister collectivement à une menace, là où une réponse individuelle échoue ? Il existe certes diverses solutions permettant de s’affranchir du GNSS, mais celles-ci sont généralement coûteuses, peu adaptées à la collaboration, encombrantes, et donc peu compatibles avec les contraintes des drones bas coût. Ces recherches ont pour objectif de combler plusieurs lacunes identifiées dans la littérature. La première contribution porte sur la collaboration au service de l’intégrité du GNSS, à travers une nouvelle méthode d’estimation des matrices de covariance du CERIM (une méthode de calcul d’intégrité basée sur la mise en commun des résidus de pseudodistances de plusieurs récepteurs) ayant fait l’objet d’un brevet et d’une publication, ainsi que l’ajout d’une surveillance de la puissance du signal mesuré par les différentes plateformes. Cet ajout permet de combler certaines limites du CERIM, qui repose classiquement, dans la littérature, sur les seuls résidus de positionnement; nous avons dans cette thèse étendu cette approche à la surveillance des résidus de vitesse obtenus par effet Doppler également brevetée et publiée. La deuxième contribution majeure a consisté à développer une solution d’antibrouillage collaboratif brevetée, en mettant en relation les observations des antennes portées par les drones de l’essaim, de manière à former une antenne multi-capteur virtuelle. Cette approche permet d’antibrouiller dans différentes directions grâce à la méthode d’inversion de puissance, et ainsi de s’affranchir de l’influence de brouilleurs qui empêcheraient, en temps normal et de manière individuelle, la récupération de l’information portée par les signaux GNSS. Enfin, une troisième contribution porte sur une solution de localisation alternative au GNSS particulièrement prometteuse, fondée sur l’émission d’un peigne de fréquences radio permettant, en théorie, une localisation d’ordre métrique. Notre contribution a consisté à évaluer les limites de cette solution, développée par l’entreprise Wheere, et à proposer, à partir des simulations réalisées, plusieurs pistes d’amélioration. Les résultats obtenus montrent de bonnes performances du CERIM sur de longues distances, et le contrôle d’intégrité collaboratif général à montré une détection efficace des attaques de leurrage simulées ainsi que des données réelles de brouillage. Les performances de la solution d’antibrouillage collaboratif sont elles aussi encourageantes, avec un taux de restitution de la position de 80 % à ce stade. Les essais réels restent néanmoins encore insuffisamment nombreux, et de nouvelles campagnes de test sont prévues afin de poursuivre le développement de cette solution prometteuse, d’autant qu’elle bénéficie d’un financement interne permettant de prolonger les recherches sur ce point.
Abstract :
This thesis is set within the context of navigation warfare, with the aim of achieving collaborative and resilient positioning for a low-cost drone swarm relying primarily on GNSS navigation. The vulnerability of GNSS to jamming and spoofing — a concern shared by navigation systems in general — is indeed becoming increasingly prominent in conflict zones. The challenge is therefore to secure navigation for critical applications, in a context marked by the growing use of both civilian and military drone swarms. To address this challenge, several methodologies were investigated: collaborative integrity monitoring solutions, enabling real-time assessment of GNSS « health status »; collaborative anti-jamming solutions; and alternative positioning solutions to GNSS, intended for situations where GNSS signals become unusable. The underlying objective is to address a well-identified observation: how can a threat be collectively withstood where an individual response fails? Various solutions do exist to operate independently of GNSS, but these are generally costly, poorly suited to collaboration, bulky, and therefore ill-adapted to the constraints of low-cost drones. These research efforts aim to address several gaps identified in the literature. The first contribution concerns collaboration in support of GNSS integrity, through a new covariance matrix estimation method for CERIM (an integrity computation method based on pooling pseudorange residuals from multiple receivers), which has been the subject of both a patent and a publication, together with the addition of signal power monitoring across the different platforms. This addition helps overcome certain limitations of CERIM, which conventionally relies, in the literature, solely on positioning residuals; in this thesis, we extended this approach to the monitoring of velocity residuals obtained via the Doppler effect, likewise patented and published. The second major contribution consisted in developing a patented collaborative anti-jamming solution, by combining the antenna observations carried by the drones of the swarm so as to form a virtual multi-sensor antenna. This approach enables jamming mitigation in multiple directions through the power inversion method, thereby overcoming the influence of jammers that would otherwise, under normal conditions and on an individual basis, prevent the recovery of information carried by GNSS signals. Finally, a third contribution concerns a particularly promising alternative positioning solution to GNSS, based on the emission of a radio-frequency comb enabling, in theory, metric-level localization. Our contribution consisted in evaluating the limitations of this solution, developed by the company Wheere, and in proposing, based on the simulations carried out, several avenues for improvement. The results obtained show strong CERIM performance over long distances, and the overall collaborative integrity control demonstrated effective detection of both simulated spoofing attacks and real jamming data. The performance of the collaborative anti-jamming solution is likewise encouraging, with a position restitution rate of 80% achieved at this stage. Real-world trials nevertheless remain insufficiently numerous, and further test campaigns are planned to continue developing this promising solution — particularly as it benefits from internal funding allowing this research to be extended further.