Brevet FR2716977A1 — publié le 19950908

Système de positionnement global différentiel La présente invention concerne un système de radionaviga- tion appelé "système de positionnement global", ou "système GPS" (de "Global Positioning System"), dans lequel des signaux de radionavigation émis par un certain nombre de satellites ar- tificiels de la Terre sont reçus par une station mobile et uti- lisés pour calculer la position de la station mobile. Le "Department of Defense" des Etats-Unis (équivalent amé- ricain du Ministère de la Défense Nationale) a fait réaliser un système GPS appelé également NAVSTAR (de "navigation system using time and ranging") qui assure une couverture mondiale et est mis à la disposition des utilisateurs civils en plus des utilisateurs militaires autorisés. Les utilisateurs militaires autorisés ont le plein accès au système et peuvent, par consé- quent, obtenir un service appelé "Service de positionnement précis" ou "service PPS" (de "Precise Positioning Service"). Les autres utilisateurs ont un accès de niveau inférieur don- nant un service appelé "Service de positionnement standard" ou "service SPS" (de "Standard Positioning Service") dont la pré- cision est moins grande. Pour permettre cette distinction entre les utilisateurs, le système utilise un procédé de cryptage (ou chiffrement) également appelé "anti-écoute" et les utilisateurs du service de précision PPS doivent connaitre la clé du code, ou clé de décryptage, pour y accéder. En outre, tant le code du service de précision PPS connu des utilisateurs autorisés que le code du service standard SPS, ou code de positionnement grossier, connu des utilisateurs civils et autres, sont dégra- dés par l'application d'un traitement dit de disponibilité sé- lective, ou traitement SA (de "Selective Availability") appli- qué aux signaux des satellites pour réduire la précision des mesures de distance. "L'agitation" ("dither") introduite par le traitement SA peut être éliminée par les utilisateurs autorisés du code du service de précision PPS. Il existe un procédé utilisable pour améliorer la préci- sion du Service de positionnement standard SPS connu sous le nom de "procédé de correction différentielle". Dans un système GPS différentiel, une station de référence fixe de position connue compare les informations fournies par le système GPS aux données connues et produit des termes de correction pour émis- sion à destination de la station mobile, qui les utilise pour corriger la position calculée de la station mobile. Normale- ment, les messages émis par la station de référence à destina- tion de la station mobile comprennent des termes de correction pour la distance et la vitesse de variation de la distance, des données relatives à l'altitude de la constellation de satel- lites, et les paramètres de la station de référence. Si un tel procédé de correction différentielle était ap- pliqué à un système utilisant le Service de positionnement pré- cis SPS, les messages émis par la station de référence à desti- nation de la station mobile contiendraient des informations de positionnement précis résultant de l'élimination des termes de disponibilité sélective SA ou "agitation" au niveau de la sta- tion de référence et devraient, par conséquent, être protégés par un cryptage supplémentaire. Selon la présente invention, il est prévu un système de positionnement global (GPS) différentiel dans lequel des si- gnaux de radionavigation émis par une pluralité de satellites sont reçus par une station de référence et une station mobile, et des termes d'erreur représentant la différence entre la dis- tance calculée de la station de référence à un satellite et la distance effective sont appliqués pour corriger la distance calculée de la station mobile au satellite, les signaux de na- vigation émis par les satellites comprenant un code de position précise contenant des termes de disponibilité sélective SA, et au moins la station mobile ayant des moyens pour obtenir le code de position précise débarrassé des termes SA, caractérisé en ce que les signaux de distance sont calculés au niveau de la station de référence sans élimination des termes SA et émis à destination de la station mobile avec des informations d'heure de mesure et, au niveau de la station mobile, les termes SA pour l'heure à laquelle les mesures ont été effectuées sont éliminés du signal de distance, la distance effective de la station de référence est calculée en utilisant des éphémérides corrigées pour tenir compte des termes SA et la position connue de la station de référence, et des termes d'erreur sont calcu- lés et appliqués pour corriger la distance calculée de la sta- tion mobile. Les informations relatives à la position effective de la station de référence peuvent être mémorisées au niveau de la station mobile ou émises par la station de référence. Les signaux de navigation émis par les satellites compren- nent en outre normalement un code "d'acquisition" grossière pour le Service de positionnement standard SPS, qui contient également des termes SA. Les signaux de distance et de vitesse de variation de la distance calculés au niveau de la station de référence peuvent être obtenus à partir soit du code de posi- tionnement précis, soit du code d'acquisition grossière. De préférence, les signaux calculés au niveau de la sta- tion de référence incluent la vitesse de variation de la diffé- rence entre la distance calculée et la distance effective, et la station mobile élimine les termes SA de ces signaux de vi- tesse de variation de la distance avant qu'ils soient utilisés dans la correction de la distance calculée de la station mo- bile. De préférence, l'émission des signaux par la station de référence à destination de la station mobile est effectuée au moyen d'une liaison radio HF (au sens anglo-saxon, c'est-à-dire une liaison en ondes décamétriques). L'invention est décrite ci-après en détail à l'aide d'un exemple représenté sur les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma synoptique de l'équipement de la station mobile d'un système GPS selon l'invention; et - la figure 2 est un schémi synoptique du traitement de correc- tion différentielle exécuté par le dispositif de la figure 1. Dans le système selon l'invention, la station de référence sert d'installation de mesure de distance, dont la seule fonc- tion est de faire des mesures instantanées de distance à des instants connus avec précision. Aucune activité de correction n'a lieu au niveau de la station de référence. Dans l'exemple qui sera décrit, les informations émises par la station de ré- férence à destination de la station mobile comprennent l'iden- tité de la station de référence, le satellite suivi, une esti- mation de pseudo-distance, une estimation de pseudo-vitesse de variation de la distance et l'heure de la mesure. Les signaux de distance et de vitesse de variation de la distance sont des estimations parce qu'ils sont calculés à partir des signaux de radionavigation et ne reposent pas sur la position réelle de la station de référence. Ils sont en outre "pseudo" parce qu'ils ne sont pas corrigés et comprennent tous les termes SA. Les in- formations sont reçues au niveau de la station mobile (figure 1) par un module de télécommunications HF 10 qui comprend deux unités de récepteur-démodulateur 11 et 12 fonctionnant respec- tivement à 1,6 MHz et 3,2 MHz sous la commande d'une unité de supervision des télécommunications 13. La station mobile a son propre sous-système classique d'antenne GPS 14 fournissant les signaux d'entrée Ll et L2 à un module à radiofréquence 15 qui, à son tour, fournit des données au moyen d'un module de processeur de signaux 16 à un module de processeur de commande 17. Le module de processeur de commande 17 reçoit en outre, par l'intermédiaire d'un module d'interface 18, les informations issues de la station de référence et re- çues par le module de télécommunications 10. Un autre module d'interface 19 fournit au module de processeur 17 la clé de cryptage variable introduite à partir d'un module de rem- plissage KYK13 20. Cela permet à la station mobile d'avoir accès aux données précises PPS et à la fonction de correction des termes SA. En référence maintenant à la figure 2, le module de pro- cesseur de commande 17 effectue les calculs successifs indiqués sur ce schéma synoptique. Les informations relatives à l'em- placement de la station de référence sont fournies soit par des messages RTCM du type 3, qui est un "protocole" de l'industrie des systèmes de radionavigation établi pour le système GPS dif- férentiel, soit à partir d'une table de données 21, et fournis- sent la base utilisée pour l'almanach 22 de la station de réfé- rence. Les données différentielles issues de la station de ré- férence sont utilisées au pavé 23 pour calculer la pseudo-dis- tance et la pseudo-vitesse de variation de la distance pour la station de référence. Elles sont ensuite combinées aux informa- tions de position effective et de temps pour effectuer le cal- cul de l'erreur au pavé 24. La station mobile, par l'intermédiaire de ses modules GPS, a accès à toutes les données de précision PPS nécessaires pour calculer une position et une vitesse et peut, par conséquent, effectuer la mesure de pseudo-distance et la mesure de pseudo- vitesse de variation de la distance au pavé 25 pour la station mobile. Ces estimations sont ensuite soumises à une correction d'erreur différentielle au pavé 26 par application de la cor- rection de distance obtenue au pavé 24. La correction à appli- quer est obtenue à l'aide de la formule: RCOR = RREF - RRT - RRSA, o RCOR = correction de distance à la station de référence; RREF = mesure de distance de la station de référence; RRT = distance effective de la station de référence; RRSA = correction d'agitation SA à la station de référence. La distance effective RRT est calculée en utilisant les éphémérides reçues par la station mobile et corrigée des termes SA pour donner la position effective du satellite. Le terme RRSA est donné par la correction des termes SA effectuée au pavé 28 pour l'heure à laquelle les mesures de la station de référence ont été faites. Cela tient compte du retard de me- sure, de calcul et de transmission des informations de réfé- rence à la station mobile. La correction des termes SA effec- tuée au pavé 28 est également appliquée aux mesures de distance et de vitesse de variation de la distance de la station. mobile effectuées au pavé 25. Après la correction d'erreur différentielle effectuée au pavé 26, les informations corrigées de distance et de vitesse de variation de la distance sont traitées par un filtre de Kal- man au pavé 27 et utilisées pour déterminer la position, la vi- tesse, etc. de la manière classique. Spécifiquement, les infor- mations obtenues peuvent être utilisées pour déterminer la po- sition de n'importe quel objet mobile, qu'il s'agisse d'un aé- ronef ou d'une embarcation, d'un véhicule spatial ou terrestre, et pour la navigation, y compris l'avertissement de la présence d'obstacles. L'état de la technique afférant à la présente invention est décrit dans le brevet US 4 751 512 qui esquisse le système NAVSTAR. Le brevet US 4 751 512 fait également référence à divers documents antérieurs sous l'intitulé "Références citées" et l'attention est attirée particulièrement sur l'article de Denaro dans "Microwave Systems News", Nov. 1984. Revendications 1. Système de positionnement global (GPS) différentiel, dans lequel des signaux de radionavigation émis par une pluralité de satellites sont reçus par une station de référence et une sta- tion mobile, et des termes d'erreur représentant la différence entre la distance calculée de la station de référence à un sa- tellite et la distance effective sont appliqués pour corriger la distance calculée de la station mobile au satellite, les si- gnaux de navigation émis par les satellites comprenant un code de position précise contenant des termes de disponibilité sé- lective (SA), et au moins la station mobile ayant des moyens pour obtenir le code de position précise, débarrassé des termes SA, caractérisé en ce que les signaux de distance sont calculés au niveau de la station de référence sans éliminer les termes SA et sont émis à destination de la station mobile avec des in- formations d'heure de mesure et, au niveau de la station mo- bile, les termes SA pour l'heure à laquelle les mesures ont été effectuées sont éliminés du signal de distance, la distance ef- fective de la station de référence est calculée en utilisant les éphémérides corrigées des termes SA et la position connue de la station de référence, et des termes de correction d'erreur sont calculés et appliqués pour corriger la distance calculée de la station mobile. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel la station mobile a des informations mémorisées sur l'emplacement effectif de la station de référence. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les si- gnaux calculés au niveau de la station de référence comprennent la vitesse de variation de la différence entre la distance cal- culée et la distance effective, et la station mobile élimine les termes SA de ces signaux de vitesse de variation de la dis- tance avant qu'ils soient utilisés dans la correction de la distance calculée de la station mobile. 4. Système selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, comprenant une liaison de télécommunications HF pour transmettre des signaux de la station de référence à la station mobile.