Brevet FR2609225A1 — publié le 19880701

1-f 2609225 DISPOSITIF DE COMPENSATION DANS UN RECEPTEUR RADIOFREQUENCE DE L'EFFET DOPPLER PRODUIT PAR LE MOUVEMENT RELATIF D'UN RECEPTEUR PAR RAPPORT A UN EMETTEUR ACCORDES SUR LA MEME FREQUENCE La présente invention concerne un dispositif de compensation dans un récepteur radiofréquence de l'effet Doppler produit par le mouvement relatif d'un récepteur par rapport à un émetteur accordé sur la même fréquence. Elle s'adresse plus particulièrement à la réali- sation de récepteurs de communication par satellite embarqué sur des véhicules terrestres ou des aéronefs. Ce type de récepteur comporte classiquement une ehaine de transposition, un filtre passe-bande de prédé- tection en fréquence intermédiaire, une boucle à ver- rouillage de phase composée d'un filtre de boucle et d'un oscillateur accordable en tension. Dans certaines réali- sations il est tenu compte de l'effet Doppler produit par les déplacements relatifs du satellite et du récepteur en élargissant la bande passante des filtres de pré- détection. Cette dernière est calibrée pour tenir compte à la fois de la bande de réception du signal et du déca- lage en fréquence produit par l'effet Doppler. Cependant en élargissant la bande passante des filtres de pré- détection la puissance de bruit à la sortie des filtres est augmentée et le rapport signal à bruit est diminué. Pour éviter cet inconvénient, une deuxième solu- tion mise en oeuvre dans d'autres réalisations consiste à réaliser une compensation globale en amont de la chaîne de démodulation, cette compensation étant limitée à la bande passante du récepteur de mesure. Cependant, si la bande passante du récepteur de mesure est large la compensation obtenue est affectée par le bruit et ne permet pas un asservissement correct de la boucle à ver- rouillage de phase. A contrario, si la bande passante est étroite, l'asservissement de la boucle à verrouillage de phase peut être plus précis à condition que les décalages soient lents pour tenir compte des inerties liées à l'étroitesse de la bande passante. Toutefois cet asser- vissement ne peut être réalisé que dans la bande limitée du récepteur et pour éviter de travailler en dehors de celle-ci les décalages autoritaires de fréquence doivent être exécutés chaque fois qu'il est nécessaire pour garder à l'asservissement une énergie suffisante, ce qui provoque toujours dans ce type de réalisation une coupure momentanée de la liaison. Le but de l'invention est de pallier les incon- vénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet, un dispo- sitif de compensation dans un récepteur radiofréquence de l'effet Doppler produit par le mouvement relatif d'un récepteur par rapport à un émetteur accordés sur la même fréquence, le récepteur comprenant, d'une part, une chaîne de démodulation constituée par un premier filtre passe bande de prédétection en fréquence intermédiaire, des moyens de transposition formés par un mélangeur de fréquence et un oscillateur local à fréquence ajustable pour transposer les signaux radioélectriques dans la bande de fréquence du filtre passe bande à fréquence intermédiaire et une boucle à verrouillage de porteuse couplée à la sortie du filtre passe bande à fréquence intermédiaire et constituée par un oscillateur à fré- quence ajustable, un comparateur de phase et un deuxième filtre de boucle pour commander la fréquence de l'oscil- lateur en fonction de l'écart de phase fourni par le comparateur et d'autre part, un dispositif de détection de la fréquence Doppler produite par le mouvement relatif de l'émetteur et du récepteur caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour ajouter la fréquence Doppler détectée à la fréquence d'accord de chacun des oscil- lateurs ainsi qu'un troisième filtre identique au premier filtre et couplé entre l'oscillateur et le comparateur pour compenser le retard introduit par le premier filtre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront ci-après à l'aide de la des- cription qui va suivre faite en regard des dessins an- nexés qui représentent: La figure 1, le principe d'une communication entre un satellite et un récepteur embarqué sur un engin terrestre ou un aéronef selon l'invention. Les figures 2 et 3 un mode de filtrage adapté à la récupération de la fréquence Doppler et des infor- mations transmises par le satellite. La figure 4 un mode de réalisation d'un dispo- sitif de compensation selon l'invention couplé à une chaîne de réception. La figure 5 une variante de réalisation d'une ehaîne de réception d'un récepteur selon l'invention. Le dispositif de communication qui est repré- senté à la figure 1 comprend un satellite 1 qui transmet des informations à destination d'un récepteur 2 fixé sur un véhicule terrestre ou un aéronef non représentés. Le récepteur 2 qui est représenté à l'intérieur d'une ligne en pointillé comprend un récepteur de réfé- rence 3 couplé à un récepteur d'accueil 4 au travers d'un dispositif de conversion de fréquence 5. Le satellite 1 transmet par son émetteur un premier signal de fréquence F1 à destination du récepteur de fréquence 3 et des signaux d'information sur une fréquence porteuse F2 à destination du récepteur d'accueil 4 lorsque le récepteur 2 et le satellite 1 sont en déplacement relatif l'un par rapport à l'autre. Le récepteur de référence 3 reçoit une fréquence F1 + AF1 et le récepteur d'accueil reçoit une fréquence porteuse égale à F2 + AF2, AF1 et AF2 corres- pondant à la vitesse de défilement relative du satellite 1 par rapport au dispositif de réception 2. La variation de fréquence AF1 est détectée par le récepteur de réfé- rence 3 et est transmise au dispositif de conversion 5 qui la transforme en une fréquence AF2 = F2x AF1 et le résultat obtenu AF2 est appliqué au récepteur d'accueil 4 ce qui permet, après soustraction de la fréquence reçue F2 + AF2, de restituer la fréquence porteuse F2 telle qu'elle est émise par le satellite 1. La détection du décalage de fréquence AF1 a lieu suivant le diagramme de la figure 2 et la compensation par le décalage AF2 a lieu de la façon représentée à la figure 3. Sur le diagramme de la figure 2 la bande pas- sante du filtre de prédétection du récepteur de référence 3 est élargie pour permettre la récupération de l'infor- mation transportée par le signal radioélectrique émit à la fréquence F1 par le satellite 1. L'onde porteuse de fréquence FC et les bandes latérales I1, 12 de la modu- lation reçue sont continuellement déplacées par rapport à la fréquence centrale FI du filtre de prédétection. L'écart de fréquence mesuré entre les deux fréquences FC et FI déterminent l'écart de fréquence AF1 dû à l'effet Doppler. Sur le diagramme de la figure 2, l'action du décalage de fréquence AF2 sur le récepteur d'accueil 4 permet de recentrer l'ensemble constitué par la fréquence de l'onde porteuse FC et les deux bandes latérales I1 et I2 qui transportent la modulation sur la fréquence cen- trale F1 du filtre de fréquence intermédiaire du récepteur d'accueil. On réduit ainsi la bande passante du filtre à ee qui est strictement nécessaire pour récu- pérer les informations. Dans l'exemple qui vient d'être décrit, la fré- quence F1 de référence issue du satellite est supposée être diffusée en permanence. Cette solution convient plus particulièrement au cas o le satellite est géosynchrone et à faible inclinaison. Dans ce cas, l'effet Doppler obtenu est dû au mouvement radial de la source d'émission des ondes électromagnétiques. Ce mouvement est relati- -1 vement lent et n'excède pas 5 m.s. Cependant pour les satellites à défilement pour lesquels l'effet Doppler est plus important on peut pré- férer, plut8t que de faire émettre le satellite sur une fréquence fixe, faire une estimation à l'aide d'un cal- culateur du décalage de fréquence dû à l'effet Doppler. Cette estimé peut, par exemple, être obtenue à tout instant à partir des informations de vitesse et de position du satellite fournie par le système de télé- mesure des engins sur lesquels le récepteur est embarqué et des éphémérides connues du satellite. Cette solution peut également convenir au cas o le véhicule porteur du récepteur est équipé d'une centrale inertielle, cette dernière pouvant fournir au caleulateur les informations de vitesse et d'accélération du véhicule. Naturellement, suivant les types de réalisation envisagés une combinaison des deux méthodes précédentes reste encore possible. Lorsque la mesure du décalage de fréquence AF2 est obtenue suivant l'une quelconque des méthodes précé- dentes, l'information Doppler est délivrée de la façon décrite précédemment, pour centrer le spectre de bande du signal reçu au milieu de la bande passante du filtre du récepteur d'accueil. Un mode de réalisation analogique d'un récepteur d'accueil est représenté à la figure 4. Il comprend un dispositif de transposition de fréquence 6, un synthé- tiseur de fréquence 7 représenté à l'intérieur d'une ligne en pointillés; une boucle à verrouillage de porteuse 8 également représentée à l'intérieur d'une ligne en pointillés et un filtre 9 à fréquence inter- médiaire FI pour coupler la sortie du dispositif de transposition de fréquence F6 à une entrée 10 de la bouele à verrouillage de porteuse 8. L'oscillateur local 7 comprend de façon connue un oscillateur commandable numériquement ou en tension 11 et un synthétiseur 12 pour ajuster la fréquence de l'oscillateur 11 a une valeur de consigne. La valeur de consigne est appliquée sur une pre- mière entrée 13 du synthétiseur 12. La boucle à verrouillage de porteuse 8 comprend également de façon connue un filtre de boucle 15 couplé entre la sortie d'un comparateur de phase 16 et un oscil- lateur commandable numériquement ou en tension 17.La fréquence de sortie de l'oscillateur 17 est appliquée sur une première entrée du comparateur 16 au travers d'un filtre 18 dont les caractéristiques de filtrage sont identiques à celles du filtre à fréquence intermédiaire 9. Le comparateur 16 possède une deuxième entrée qui est reliée à la sortie du filtre à fréquence intermédiaire 9. Le décalage en fréquence AF est appliqué sous la forme d'une tension sur des entrées de commande en tensions, notées respectivement 19 et 20 sur les entrées de com- mande des oscillateurs 11 et 17. En désignant par: F0 la fréquence du canal de transmission reliant le satellite au récepteur d'accueil, FI la fréquence intermédaire sur lequel est calé le filtre 9, et par FP la fréquence de l'onde porteuse du signal radiofréquence reçue, on obtient à la sortie du transposeur de fréquence 6 deux signaux de fréquence Fl et F2 tels que: F1 = FP - (F0 - FI + AF) (1) et F2 = FP + (F0 - FI + AF) (2) seule la fréquence F1 est restituée à la sortie du filtre 9 et si AF mesuré est égal strictement à la différence FC - F0 la fréquence porteuse transposée du signal reçu est rigoureusement égale à la fréquence centrale FI du filtre à fréquence intermédiaire 9. Comme la fréquence de la bouele à verrouillage de porteuse 8 s'asservit sur la fréquence F1 on obtient comme fréquence pour l'oscil- lateur 17 F= F1-AF. Par contre si AF est légèrement différente de FP - F0, la fréquence F1 obtenue est distante de + c de la fréquence centrale FI du filtre 9. Dans ces conditions la fréquence de l'oscillateur 17 est égale à FI - AF + c. Pour rendre minimal le régime transitoire des deux boucles 7 et 8 lorsque l'écart de fréquence AF varie, les deux oscillateurs de fréquence 17 et 19 sont construits de façon à avoir indépendamment l'un de l'autre le même comportement transitoire et dans ce cas les deux filtres 9 et 18 ont les mêmes caractéristiques de bande passante et de temps de propagation de groupe. L'avantage de cette solution est qu'elle permet un fonctionnement autonome des récepteurs lorsque la phase d'acquisition du canal a été préalablement réa- lisée, c'est-à-dire lorsque le dispositif de la figure 4 est en phase de poursuite Doppler. Dans ce cas les com- mandes du synthétiseur 7 peuvent être bloquées et l'as- servissement suit la fréquence reçue au moyen de la boucle à verrouillage de porteuse 8. Dans ce mode de fonctionnement une vérification de la position de la porteuse à l'intérieur de la bande passante du filtre de prédétection en fréquence intermédiaire 9 peut être contrôlée à tout instant. Dès que l'effet Doppler tant à trop éloigner la fréquence porteuse du centre de la bande du filtre de fréquence intermédiaire 9, un dispositif externe, non représenté, pourra effectuer un décalage autoritaire.Ce dispositif sera éventuellement constitué par un processeur de signal qui pourra introduire le décalage de fréquence Doppler AF mesuré sur les deux oscillateurs 17 et 19 pour replacer la fréquence porteuse du signal à une valeur voisine du centre de la bande passante du filtre de fréquence intermédiaire 9 et per- mettre une démodulation des signaux reçus dans de bonnes conditions après un régime transitoire de durée très réduite. Un autre avantage obtenu par cette solution est que les perturbations sur les informations sont limitées du fait que les durées des régimes transitoires sont réduites. Cela permet de réduire la redondance des infor- mations transmises ou la capacité de correction d'erreur des dispositifs de réception qu'il faut mettre pour as- surer une transmission correcte des informations. Une réalisation correspondant à ce dernier mode de fonctionnement est représentée à la figure 5. Sur cette figure les éléments homologues à ceux de la figure 4 sont représentés avec les mêmes références. En contraste avec le dispositif de compensation qui est représenté à la figure 4, le dispositif de la figure 5 comprend à la place du filtre de boucle 15 et du compa- rateur 16 un processeur de signal 21 qui traite les si- gnaux fournis respectivement par les filtres de fréquence intermédiaire 9 et 18 pour générer les signaux de com- mande à l'oscillateur 17 ainsi qu'un organe de gestion 22. Les décalages en fréquence produits à l'intérieur des filtres de fréquence intermédiaire 9 et 18 sont mesurés par le processeur 21 qui transmet corrélativement des signaux de commande à un organe de gestion 22 pour ap- pliquer, chaque fois que cela est nécessaire, les écarts de fréquence AF pour recaler le synthétiseur 7 et la boucle à verrouillage de porteuse 8. Bien évidemment, la portée de l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit, qui concerne plus principalement des communi- cations satellites. On concevra que ce procédé peut également être utilisé pour améliorer d'autres types de transmission notamment des transmissions numériques entre éronefs rapides, par exemple, pour lesquels dans les gammmes de fréquence HF, VHF ou UHF la dérive en fréquence peut être notable par rapport à la fréquence émise. REVENDICATIONS 1. Dispositif de compensation, dans un récepteur radiofréquence, de l'effet Doppler produit par le mouve- ment relatif du récepteur (2, 4) par rapport à un émet- teur accordés sur la même fréquence (1), le récepteur comprenant, d'une part, une chaîne de démodulation cons- tituée par un premier filtre (9) passe bande de prédé- tection en fréquence intermédiaire, des moyens de trans- position (6) formés par un mélangeur de fréquence et un oscillateur local (7) à fréquence aJustable pour trans- poser les signaux radio électriques dans la bande de fréquence du filtre passe bande à fréquence intermédiaire et une boucle à verrouillage de porteuse (8) couplée à la sortie du filtre passe bande à fréquence intermédiaire (9) et constituée par un oscillateur à fréquence ajus- table (17), un comparateur de phase (16) et un deuxième filtre de boucle (15) pour commander la fréquence de l'oscillateur (17) en fonction de l'écart de phase fourni par le discriminateur (16), et d'autre part, un dispo- sitif de détection (3) de la fréquence Doppler produite par le mouvement relatif de l'émetteur et de récepteur, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (12,17) pour ajouter la fréquence Doppler détectée à la fréquence d'accord de chacun des oscillateurs (11, 12), ainsi qu'un troisième filtre (18) identique au premier filtre (9) et couplé entre l'oscillateur à fréquence aJustable (17) et le comparateur (16) pour compenser le retard introduit par le premier filtre (9). 2. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les temps de réponse des deux oscil- lateurs (11,17) sont les mêmes. 3. Dispositif selon l'une queleonque des reven- dications 1 et 2,.earactérisé en ce que le filtre de boucle (15) et le comparateur de phase (16) sont réalisés à l'aide d'un processeur de signal (21). 4. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que l'écart de fréquence Doppler est appliquée simultanément aux deux oscillateurs (11, 17) chaque fois que cela est nécessaire pour recaler la fréquence démodulée au milieu de la bande passante du filtre de fréquence intermédiaire (9). 5. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que les deux oscil- lateurs (11, 17) sont commandés en tension. 6. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que les deux oscil- lateurs (11,17) sont commandés numériquement.