Brevet FR2694096A1 — publié le 19940128

L'invention concerne un procédé de radionavigation, notamment pour la radiolocalisation de bateaux, à partir de signaux de radionavigation émis par un certain nombre de satellites faisant partie d'un système de radionavigation tels que du système dénommé GPS, et émettant des signaux contenant des erreurs suceptibles d'occasionner des erreurs de positionnement des bateaux utilisateurs et d'au moins un signal en provenance d'une station fixe telle qu'une station à terre, adaptée pour établir des données de correction desdites erreurs, ces données étant transmises sous forme numérique par modulation d'une porteuse radio-électrique émise par ladite station. Un procédé de ce type est déjà connu. Ce procédé présente l'inconvénient que la bande de signaux radio-électriques nécessaire pour la transmission des données de correction est relativement large. Or une gamme de fréquences très propice pour la transmission des signaux radio-électriques permettant une propagation des signaux sur eau de mer avec une atténuation relativement faible, et dans lequel le bruit atmosphérique est nettement moins élevé que pour d'autres fréquences est déjà affectée aux utilisateurs maritimes, comme la bande s'étendant de 283,5 KHz à 315 KHz. Cette bande de fréquences favorable est interdite aux systèmes de données de correction en raison de leurs larges bandes nécessaires pour la transmission de ces données. Devant être ainsi travaillées dans des zones du spectre de fréquences moins favorables, les stations fixes doivent émettre à une puissance comparitivement très importante. Cette interdiction a encore pour autre conséquence que le procédé connu ne permet pas d'utiliser les équipements des stations fixes déjà installées et adaptées pour fonctionner dans la gamme de fréquences susmentionnée affectée aux utilisateurs maritimes. La présente invention a pour but de proposer un procédé qui permet une transmission des données de correction à l'intérieur de la bande susmentionnée favorable. Pour atteindre ce but, on maintient étroite la largeur de la bande de modulation en transmettant avec un message de la totalité des informations de données de correction seulement les données relatives aux écarts de distance relativement faibles et seulement une partie des informations relatives aux écarts importants et en transmettant les autres parties de ces informations d'écarts importants successivement avec les messages suivants, de façon qu'après un nombre de messages prédéterminés formant un cycle que l'on répète, la totalité des données de correction aient été transmise, le nombre desdits messages de chaque cycle étant choisi de façon à pouvoir limiter la largeur de la bande de modulation à une valeur permettant de la placer dans les espaces disponibles dans une bande de fréquence où les signaux radio-électriques se propagent sur eau de mer avec une atténuation relativement faible et d'un faible niveau de bruit atmosphèrique, tel que la bande de fréquence radio-électrique de 285,3 à 285,7 KHz attribué au service public de la radionavigation. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention on transmet avec chaque message les données de correction relatives aux écarts des distances faibles de tous les satellites dont les signaux de radionavigation sont reçus par le bateau et les données de correction relatives aux écarts des distances relativement importantes d'au moins un desdits satellites. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque message comprend les données de correction relatives aux écarts des distances importantes de l'un desdits satellites, le nombre de messages de chaque cycle étant identique au nombre de satellites utilisés. Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention, chaque message dont les données sont transmises sous forme numérique comporte les poids faibles des données de correction des écarts des distances de l'ensemble des satellites et les poids forts des données de correction des écarts des distances de l'un desdits satellites. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 illustre le spectre de fréquences utilisé dans un mode de réalisation préféré du procédé selon la présente invention; et - la figure 2 illustre sous forme d'un schéma bloc la modulation en phase du signal porteur des données de correction d'un poste fixe, selon le procédé de l'invention. Le procédé de radionavigation qui est notamment conçu pour des utilisateurs maritimes tels que des bateaux, permet d'établir la position d'unutilisateur, à partir des signaux radio-électriques émis par un certain nombre de satellites d'un système de radionavigation tel que du système GPS (Global Position System) qui comporte 18 (ou 21) satellites et à partir des signaux spécifiques en provenance d'une station émettrice fixe, par exemple une station à terre. Etant donné que les signaux de radionavigation émis par les satellites sont susceptibles de comporter des erreurs qui occasionnent des erreurs de positionnement de l'utilisateur, ladite station fixe est adaptée pour relever les écarts des distances appelés pseudo-distances produite par les erreurs susmentionnées dont sont affectés les signaux de radionavigation, entre chaque satellite et la position de la station.En effet, du fait que la station connaît précisément la trajectoire de chaque satellite, elle est en mesure d'établir pour chaque satellite les erreurs de distance qu'impliquent le signal émis par le satellite, par rapport à la position exacte de celui-ci. La station fixe communique à l'utilisateur les erreurs de distance comme données de correction. Comme il sera décrit plus en détail ci-après, le procédé selon l'invention est conçu pour être mis en oeuvre sur des installations de stations émettrices existantes, avantageusement par le système de radionavigation de 18 émetteurs, connus sous le nom "RANA". Le système RANA utilise une bande de 400 Hz s'étendant entre 285,3 et 285,7 KHz. Cette bande étroite fait partie de la gamme de fréquences particulièrement affectée aux utilisateurs maritimes comprise entre 283,5 KHz et 315 KHz, qui présente des propriétés particulièrement favorables dans la mesure où dans cette gamme le signal radio-électrique se propage sur eau de mer avec une atténuation par rapport à l'inverse de la distance, qui est faible (7 db à 500 km), le bruit atmosphérique étant relativement faible. Dans le système RANA, dans la bande de 400 Hz sus-mentionnée, chacun des émetteurs émet pendant 30secondes, toutes les 10 minutes des signaux séquentiels FO, F1 de respectivement 285,400 KHz et de 285,600 KHz et de façon continue une fréquence permanente. Les stations de la chaîne RANA sont numérotées de 1 à 19 et la fréquence permanente respectivement émise est égale à 285,400 + (numéro de station + 6) x 6, 25 Hz. La figure 1 montre le spectre de fréquences utilisé dans la bande attribuée. Le bloc hachuré A illustre les fréquences permanentes des stations portant les numéros 1 à 9, tandis que le bloc hachuré B représente les stations portant les numéros 1 1 à 19. La ligne Fc entre les deux blocs A et B représente la fréquence centrale qui n'est pas utilisée. La fréquence centrale est de 285,500 KHz et les fréquences permanentes s'étendent entre 285,440 et 285,560 KHz. Le procédé selon l'invention utilise les signaux permanents de fréquence proche de la fréquence centrale de 285,500 KHz pour transmettre les données de correction à l'utilisateur, c'est-à-dire au bateau qui souhaite déterminer sa position. Ces données sont transmises sous forme numérique. A cette fin, on module avantageusement en phase le signal permanent d'un émetteur RANA de numéro proche de la fréquence centrale non utilisée, par un signal basse fréquence de 150 Hz. On module par opposition de phase (bi-phase) le signal 150 Hz par le message numérique binaire à transmettre. La figure 2 illustre schématiquement cette modulation. Dans l'exemple représente on utilise comme fréquence porteuse celle de la station numéro 9 émettant le signal permanent de 285493,75 Hz. Le signal est modulé en phase en 1 par le signal de 150 Hz produit par un générateur 2 sur lequel agit un modulateur 3 de Oln; qui reçoit les données numériques binaires. L'indice de modulation de phase est fixé à + 450 (m = 0,78), ce qui créé deux raies latérales au signal de la porteuse, qui présentent une amplitude relative de 0,4. Comme le montre la figure 1, les fréquences de ces deux raies latérales, portant les références RL sont centrées dans les bandes libres d'émission s'étendant respectivement de 285,300 à 285,400 et de 285,600 à 285,700 KHz. Les raies latérales d'ordre 2, inhérante à la modulation de phase, sont suffisamment faibles pour être négligées. Ainsi pour une installation typique utilisant un émetteur de puissance de 20 W, avec un rendement d'antenne de 15 %, on obtient pour une raie centrale de 3W, des raies latérales à 150 Hz de à 0,5 W x 2, les raies latérales d'ordre supérieur étant inférieures à 50 mW. La fréquence de modulation bi-phase maximum est choisie à 2,5 Hz, ce qui permet, d'une part, de transmettre un signal logique à 5 bits par seconde, et, d'autre part, de rendre négligeable l'interférence de la modulation bi-phase sur les raies de fréquences porteuses permanentes voisines, et sur les raies de fréquences séquentielles 285,400 KHz et 285,600 KHz. Pour rendre le procédé impliquant la transmission des données de correction suffisamment efficace, il s'est avéré que la correction doit être transmise au rythme minimum de 1 message par 10 secondes. Le procédé selon l'invention permet d'atteindre cet objectif en transmettant au rythme de 5 bits par seconde, un message se composant de 50 bits. A cette fin chaque message de 50 bits transmis toutes les 10 secondes présente la structure suivante pour un procédé utilisant 5 satellites et impliquant la présence de cinq canaux récepteurs dans le dispositif récepteur du bateau: - bit 1: il indique le signe bi-phase. La phase du signal bi-phase reçu au début des 10 secondes GPS du satellite reçu par le bateau suffit pour servir de référence. - bit 2 à 7 : poids faibles des corrections pour le canal n0 1. - bit 8 à 13 : poids faibles des corrections pour le canal n" 2. - bit 14 à 19 : poids faibles des corrections pour le canal n" 3. - bit 20 à 25 : poids faibles des corrections pour le canal n" 4. - bit 26 à 31: poids faibles des corrections pour le canal n" 5. - bit 32 à 36 : santé des transmissions pour les 5 satellites indiquant si le signal du satellite correspondant peut être retenu ou non. L'état de chacun des bits est une indication individuelle de la présence ou de l'absence du satellite en question. I1 sera considéré comme étant absent par exemple si le rapport signalîbruit est inférieur à une valeur de référence. Les états logiques 1 et 2 par exemple pour le bit 32 indiquent si des données de corrections du satellites 1 ont été transmises ou non. - bit 37 à 41: numéro de l'un des satellites, c'est-à-dire du satellite dont les poids forts de la correction de distance sont transmis dans le message. - bit 42 à 45 : poids forts de la correction de distance du satellite portant le numéro transmis. - bit 46 à 50 : contrôles des parités. Comme il ressort de ce qui précède, avec chaque message d'une durée de 10 secondes, la station fixe transmet à l'utilisateur les poids faibles des corrections pour les 5 satellites ainsi qu'un message individuel de présence/absence et les poids forts de la correction de distance d'un des 5 satellites, identifié par le numéro également transmis dans le message. En transmettant avec les messages successifs les poids forts d"un satellite, l'utilisateur reçoit toutes les 50 secondes les poids forts de corrections des 5 satellites. Ce mode de transmission assure une quantification de la distance d'une valeur de 0,51 m pour une valeur maximale de la correction de distance de + 260 m.On obtient une vitesse de correction de 16 m/10 secondes, un contrôle de parités de 5 bits pour 45 bits de message et un temps de première acquisition de 60 secondes pour un nombre de corrections satellites égal à 5. Le récepteur est en mesure d'établir la correspondance entre les différents satellites et les canaux de réception, à partir de l'association du satellite dont le numéro et les poids forts de la correction de distance sont transmis au canal réservé aux informations concernant ce satellite. A cette fin à chaque période de 10 secondes d'un message est attribuée un canal de réception. Ainsi le message reçu par exemple dans la troisième période de temps, par exemple entre la 21 ème et la 30 ème secondes d'une heure, les informations du satellite dont le numéro et les poids forts sont transmis sont reçus dans le canal n" 3 et la structure des messages est organisée de telle façon que le 3ème segment des poids faibles de correction du message concerne ce satellite. Le procédé selon l'invention permet donc au récepteur d'établir l'attribution des canaux aux satellites et de reconstituer l'ensemble des informations de correction pour chaque satellite en associant correctement les poids faibles et les poids forts. Le procédé selon l'invention présente les avantages considérables que grâce à la bande de modulation étroite la transmission des données peut être effectuée dans la bande radio-électrique de 285,3 KHz à 285,7 KHz qui est utilisée par le système de radionavigation RANA. Dans cette bande les signaux se transmettent avec une faible atténuation sur eau de mer et le bruit atmosphérique reste nettement inférieur à celui relevé pour les fréquences plus basses. De plus, l'invention permet d'utiliser un système d'émetteurs déjà installé, c'est-à-dire le système RANA. L'utilisation de ces émetteurs ne nécessite aucune modification de la structure de ces émetteurs. I1 faut seulement ajouter un simple module susceptible d'exécuter l'opération de modulation indiquée par le schéma de la figure 2. La mise en oeuvre du procédé selon l'invention présente aussi l'avantage que la puissance émise peut être relativement faible, d'autant plus que l'étroitesse de la bande utilisée favorise l'extraction du signal dans le brut. L'invention qui procure les nombreux et importants avantages qui viennent d'être indiqués est basée sur la constatation qu'il suffit pour des exigences de précision des utilisateurs maritimes de ne transmettre avec un message seulement les données de correction (poids faibles des corrections pour l'ensemble des satellites et poids forts des corrections pour un seul satellite), ce qui permet de détecter pendant chaque phase de transmission de 10 secondes les faibles variations, et de transmettre les données relatives aux variations de position plus importantes seulement toutes les 50 secondes. REVENDICATIONS 1. Procédé de radionavigation, notamment pour la radiolocalisation de bateaux, à partir de signaux de radionavigation émis par un certain nombre de satellites faisant partie d'un système de radionavigation tel que des systèmes dénommés GPS et émettant des signaux pouvant contenir des erreurs susceptibles d'occasionner des erreurs de positionnement des bateaux utilisateurs, et d'au moins un signal en provenance d'une station fixe telle qu'une station à terre, adaptée pour établir des données de correction desdites erreurs, ces données étant transmises par ledit signal sous forme numérique par modulation d'une porteuse radio-électrique émise par ladite station, caractérisé en ce que l'on maintient étroite la largeur de la bande de modulation de ladite porteuse en transmettant avec un message de la totalité des informations de données de correction seulement les données relatives aux écarts de distance relativement faibles et seulement une partie des informations relatives aux écarts importants et en transmettant les autres parties de ces informations d'écarts importants successivement avec les messages suivants, de façon qu'après un nombre de messages prédéterminés formant un cycle que l'on répète, la totalité des données de correction ait été transmise, le nombre des bits de chaque message étant choisi de façon à pouvoir limiter la largeur de la bande de modulation à une valeur permettant de la placer dans les espaces disponibles dans une bande de fréquence où les signaux radio-électriques se propagent sur eau de mer avec une atténuation relativement faible et d'un faible niveau de bruit atmosphèrique, tel que la bande de fréquence radio-électrique de 285,3 à 285,7 KHz attribué au service public de la radionavigation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on transmet avec chaque message les données de correction relatives aux écarts des distances faibles de tous les satellites dont les signaux de radionavigation sont reçus par le bateau et les données de correction relatives aux écarts de distance relativement importantes d'au moins un desdits satellites. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque message comprend les données de correction relatives aux écarts des distances importantes de l'un desdits satellites, le nombre de message de chaque cycle étant identique au nombre de satellites utilisés. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque message dont les données sont transmises sous forme numérique comportent les poids faibles des données de correction des écarts de distance de l'ensemble des satellites et les poids forts de données de correction des écarts de distance de l'un desdits satellites. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque message comporte en outre un bit de référence, pour chaque satellite un bit indiquant si le signal émis par ce satellite peut être utilisé, le numéro du satellite dont les poids forts de la correction de distance sont transmis dans le message et des bits de contrôle de parité. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le message est transmis au signal porteur par modulation en phase par une faible fréquence telle qu'une fréquence de 150 Hz modulée par opposition de phase par le message numérique selon une fréquence telle qu'une fréquence de 2,5 Hz. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque message comporte 50 bits et est transmis pendant 10 secondes.