Brevet FR2737016A1 — publié le 19970124

Équipement embarqué pour saisie d'informations de position d'un engin et station de contrôle associée. La présente invention concerne l'utilisation du Système de Positionnement Global, GPS, (Global Positioning System) et, plus précisément, la poursuite d'engins tels que missiles. On rappellera que le système GPS permet à tout utilisateur équipé d'un récepteur approprié de déterminer sa position en tout point du globe. Son utilisation s'étend actuellement à de nombreux domaines d'activité, en particulier le transport aérien, maritime et même terrestre. Le système GPS est constitué d'une constellation de satellites émettant des signaux de positionnement et défilant sur des orbites déterminées. A tout instant, plusieurs satellites se trouvent être en vue directe de tout récepteur GPS, qui, par comparaison des phases des porteuses des signaux reçus, est à même de calculer sa position avec une précision déterminée. Deux classes, ou services, de précision sont offertes: le Service de Positionnement Standard, SPS, (Standard Positioning Service), pour les usages civils, offre une précision d'une centaine de mètres, tandis que le Service de Positionnement Précis, PPS, (Precise Positioning Service), pour les applications militaires, offre une précision nettement meilleure. Cette dernière classe nécessite l'emploi de circuits intégrés spécifiques, à commercialisation contrôlée, qui, en outre, utilisent des signaux GPS cryptés, beaucoup moins sensibles au bruit radio. Dans le cas présent, le récepteur GPS sert à la poursuite d'engins à partir des informations de position qu'il fournit. Cette poursuite permet, par exemple, de déterminer la trajectoire d'une fusée-sonde ou encore, comme dans le cas du problème particulier que la demanderesse a cherché à résoudre, de téléguider un missile. En effet, un missile tiré en direction d'une cible doit être guidé afin de suivre les évolutions éventuelles de celle-ci et aussi de corriger ses propres erreurs de trajectoire. Pour ce guidage, on préfère souvent le téléguidage, dans lequel un opérateur humain ou un calculateur d'une station de tir acquiert en continu les positions respectives de la cible et du missile et transmet à ce dernier, par une liaison montante de téléguidage, des ordres de correction de trajectoire. On considérera un missile avec un récepteur GPS embarqué. Le téléguidage est alors effectué à partir des informations de position fournies par le récepteur GPS, par une voie descendante de la liaison. Cependant, un récepteur à usage civil est de précision insuffisante; par ailleurs, un récepteur pour applications militaires accroit le coût du missile avec le risque, inacceptable, de voir ses circuits de décryptage tomber entre des mains ennemies, en cas de non explosion du missile. Pour déterminer avec précision la position du missile, une solution connue est d'utiliser en différentiel deux récepteurs GPS de classe civile, l'un étant embarqué et l'autre associé à la station de tir et occupant une position bien déterminée. Par comparaison de celle-ci à la position fournie par le récepteur GPS associé à la station, cette dernière détermine l'erreur, ou biais, dont sont entachées les informations GPS, erreur qui est considérée comme étant sensiblement constante dans toute la région considérée. La station corrige alors d'autant la position fournie par le récepteur GPS embarqué. Si cette solution dite "GPS différentiel" améliore effectivement la précision de détermination de la position du missile, l'utilisation de signaux GPS de classe civile laisse cependant à désirer pour ce qui concerne la protection du récepteur contre le bruit radio, qui fausse la phase des signaux, qui peuvent même être masqués. En outre, le coût en matériel, en particulier embarqué, reste élevé. La demanderesse s'est alors posé le problème global d'améliorer la résistance au bruit radio des circuits de réception GPS et de limiter le coût du matériel embarqué, sans pour autant négliger ni la précision ni la confidentialité. Une solution connue consistait à retransmettre tels quels, du missile vers la station, les signaux GPS, par une liaison radio large bande, afin de les y traiter dans un récepteur de classe militaire. Cette solution n'est cependant valable que pour de très courtes portées de tir car, au-delà, la puissance du signal reçu par la station est insuffisante pour maintenir le bruit radio en-dessous d'un niveau relatif acceptable. Or, comme la bande-passante nécessaire est très large, le bruit associé présente une énergie élevée. La demanderesse a alors eu l'idée d'exploiter la largeur de la bandepassante qu'offrait une fibre optique de téléguidage reliant la station au missile. Comme la bande-passante offerte était d'un ordre de grandeur supérieur aux besoins des ordres de téléguidage, la demanderesse a songé à l'utiliser pour déporter les signaux GPS détectés dans le missile, afin de les traiter dans des circuits PPS, de type militaire, de la station. L'invention de la présente demande concerne tout d'abord un équipement destiné à être embarqué à bord d'un engin pour recueillir des informations sur sa position et les transmettre à une station de contrôle, ledit équipement comportant des moyens de réception de signaux GPS et des moyens d'émission pour retransmettre les signaux GPS vers la station de contrôle, caractérisé par le fait que les moyens d'émission comprennent un émetteur optique destiné à être relié à une extrémité d'une fibre optique reliant l'engin à la station et les moyens de réception comprennent une tête radio de réception de signaux GPS directement reliée à l'émetteur optique. L'un des mérites de la demanderesse est de s'être posé le problème global indiqué ci-dessus alors que, a priori, les différentes exigences étaient inconciliables. Un autre mérite est d'avoir songé à exploiter la grande largeur de bande-passante de la fibre optique pour interposer celle-ci entre la tête radio et les moyens de traitement, donc maintenus dans la station de contrôle, et ainsi trouver un bon compromis évitant tout aussi bien la retransmission telle quelle des signaux GPS que l'embarquement des circuits de décryptage. On bénéficie ainsi, avec un équipement embarqué restreint, de la précision et de l'immunité au bruit des signaux GPS de classe militaire. En outre, la fibre assure la conservation de l'immunité des informations transmises vis-à-vis du bruit. Avantageusement, une horloge d'échantillonnage est embarquée à bord de l'engin et associée à la tête radio et à l'émetteur optique. L'invention concerne aussi une station de contrôle pour le suivi de la trajectoire d'un engin, comprenant des moyens de réception pour recevoir, d'un équipement embarqué dans l'engin, des informations GPS et les transmettre à des moyens de traitement agencés pour en déterminer une position de l'engin, station caractérisée par le fait que les moyens de réception comprennent un récepteur optique qui est destiné à être relié à une extrémité d'une fibre optique reliant la station à l'engin et qui est relié aux moyens de traitement. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une forme de réalisation préférée de l'équipement de l'invention et d'une station de contrôle associée, en référence au dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 représente schématiquement la station et un missile portant l'équipement, et - la figure 2 est un.schéma par blocs de l'équipement de l'invention et des circuits de traitement associés de la station. La station de contrôle 1, ici au sol et fixe, assure dans cet exemple la poursuite et aussi le téléguidage d'un missile 10 au travers d'une liaison 2. Un équipement 11 est embarqué dans le missile 10 pour recueillir des informations GPS de position de celui-ci et les transmettre à la station 1 par la liaison 2. La liaison 2 permet une transmission bidirectionnelle de signaux pour, dans le sens descendant, transmettre à la station 1 les informations de position du missile 10 et, dans le sens montant, transmettre des ordres de téléguidage du missile 10 vers une cible 20 dont la position est relevée en permanence par un radar 21 associé à la station 1. Dans cet exemple, la liaison 2 est de type filaire, insensible au bruit radio, et comporte un câble à fibre optique qui se déroule librement du missile 10 à mesure que celui-ci s'éloigne de la station 1. Pour fournir les informations de position, l'équipement 11 comporte, comme le montre la figure 2, une tête 12 de réception RF et de changement de fréquence de signaux GPS (entre 1 et 2 gigahertz) dans laquelle, par battement avec un signal d'horloge analogique produit par un oscillateur à fréquence locale d'une base de temps locale 13, la fréquence du spectre des signaux radio GPS reçus par l'antenne de la tête 12 est abaissée. Ceux-ci sont ensuite enchantillonnés cycliquement sous la commande de signaux d'horloge numériques issus de la base de temps 13 et sont convertis sous forme numérique dans un convertisseur analogique/numérique 14 pour être émis sur la fibre 2 à travers une interface optique 15 d'émission-réception. Un émetteur optique de l'interface 15 émet les signaux numériques au rythme d'un signal d'horloge issu de la base de temps 13. Les circuits 12-14 constituent ainsi un ensemble formant tête radio à sortie numérique qui sélectionne, dans les signaux GPS, les informations de position qu'ils contiennent et les transmet directement à l'émetteur de l'interface 15, o ils sont retransmis à la station 1 pour traitement. Dans cet exemple, il est aussi prévu, dans l'équipement 11, une centrale inertielle 16 reliée à l'interface 15 pour fournir, à la station 1, les position, vitesse et attitude du missile 10. Dans la station 1, une interface optique 3, semblable à l'interface 15, est reliée à la fibre 2 et comporte un récepteur retransmettant les informations GPS, provenant de l'équipement 11, à une unité de traitement de signal 4 associée à une unité de décryptage 5 de signaux GPS de classe militaire PPS, par opposition à la classe civile SPS. L'unité de décryptage 5 comporte, de façon connue, des circuits ayant en mémoire une clé de décryptage des signaux PPS reçus, afin de les restituer en clair. Les signaux décryptés sont transmis à un bloc de calcul 6 qui les exploite par un traitement logique, c'est-à-dire détermine la position et la vitesse du missile 10 en fonction du temps. Un calculateur 7 reçoit du bloc de calcul 6 ces dernières informations et les compare à celles fournies par le radar 21 pour élaborer les ordres de téléguidage du missile 10 afin de poursuivre la cible 20 et corriger les écarts de trajectoire du missile 10. Les informations de la centrale 16 servent en -_ 7 particulier à masquer les absences éventuelles de réception des signaux GPS par la tête 12 et à fournir l'attitude du missile 10. Le calculateur 7 envoie alors des ordres de téléguidage à des actionneurs 18 à bord du missile 10, à travers l'interface 3, la fibre 2, l'interface 15 et un récepteur 17 de l'équipement 11, assurant la mise en forme des ordres. Les ensembles 12-14 et 4-6 sont les constituants usuels d'un récepteur GPS de type militaire et ne sont donc pas décrits plus avant. La liaison optique 2 a une bande-passante, sur la liaison descendante, d'environ 200 mégabits/s pour transmettre les diverses informations de position. La liaison montante ne nécessite qu'une bande-passante bien plus restreinte. Elle transmet aussi des ordres de sélection des informations contenues dans les signaux GPS reçus, par exemple le choix des signaux sur une ou deux des fréquences porteuses provenant des satellites. De façon connue, la fibre 2 est une fibre monomode associée à des diodes d'émission à effet laser, à travers un multiplexeur / démultiplexeur de longueurs d'onde assurant, dans chaque interface 3 et 15, le couplage à la fibre 2 de la diode laser et du récepteur associé. La synchronisation physique (bit) de chaque récepteur optique sur les données reçues et la synchronisation logique (trame) sur les messages d'information de position ou d'ordres de téléguidage est effectuée de façon connue, respectivement par détection des fronts d'impulsions optiques et détection de motifs logiques de synchronisation. Dans cet exemple, les signaux GPS issus de la tête de réception 12 sont numérisés (14), afin d'assurer un très haut niveau d'immunité au bruit de transmission. Cependant, une simple "amplification" (électrique / optique) du signal analogique issu de la tête de réception 12 aurait pu être prévue. Dans le même ordre d'idées, la base de temps 13 aurait pu être située dans la station 1. En variante, l'émetteur de l'interface 15 peut comporter, en entrée, un séquenceur pour stocker temporairement, dans une mémoire RAM tampon fonctionnant en FIFO (premier entré / premier sorti), les informations issues du convertisseur 14, avant de les lire pour les émettre sur la liaison 2, à débit réduit. Dans ce cas, on n'exploite les signaux GPS reçus que pendant des fenêtres temporelles se répétant cycliquement avec un facteur de forme temporel donné dans chaque période de répétition, ce qui permet de réduire d'autant le débit sur la liaison 2, dans le sens descendant. I1 peut en outre être prévu que la base de temps 13 fournisse cycliquement un message d'indication de temps absolu, qui est associé aux informations provenant des signaux GPS reçus à cet instant par la tête 12, ce qui constitue une étiquette électronique permettant aux circuits de traitement 4-7 d'associer avec précision les informations de position au temps, indépendamment du retard logique dans les circuits de l'équipement 11 et du retard analogique, variable, dans la fibre 2. Pour améliorer encore la précision de détermination de la position du missile 10, il peut être prévu que les moyens de traitement 4-6 de la station 1 coopèrent avec un autre récepteur GPS, de position connue, pour fonctionner en mode différentiel et déterminer une correction à appliquer à la position du missile 10 déterminée d'après les informations GPS fournies par l'équipement 11. Par ailleurs, on comprendra que la station aurait pu être mobile et en particulier embarquée à bord d'un aéronef et que l'engin portant l'équipement peut tout aussi bien être terrestre ou marin. REVENDICATIONS 1. Équipement destiné à être embarqué à bord d'un engin (10) pour recueillir des informations sur sa position et les transmettre à une station de contrôle (1), ledit équipement comportant des moyens de réception de signaux GPS et des moyens d'émission pour retransmettre les signaux GPS vers la station de contrôle (1), caractérisé par le fait que les moyens d'émission comprennent un émetteur optique (15) destiné à être relié à une extrémité d'une fibre optique (2) reliant l'engin (10) à la station (1) et les moyens de réception comprennent une tête radio (12) de réception de signaux GPS directement reliée à l'émetteur optique (15). 2. Équipement selon la revendication 1, dans lequel une horloge d'échantillonnage (13) est embarquée à bord de l'engin (10) et associée à la tête radio (12) et à l'émetteur optique (15). 3. Équipement selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel il est prévu une centrale inertielle (16) reliée aux moyens d'émission (15). 4. Équipement selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel il est prévu des moyens séquenceurs pour stocker les informations extraites dans une mémoire tampon avant de les émettre sur la liaison (2) à un débit réduit. 5. Station de contrôle pour le suivi de la trajectoire d'un engin (10), comprenant des moyens de réception (3) pour recevoir, d'un équipement (11) embarqué dans l'engin (10), des informations GPS et les transmettre à des moyens de traitement (4-6) agencés pour en déterminer une position de l'engin (10), station (1) caractérisée par le fait que les moyens de réception comprennent un récepteur optique (3) qui est destiné à être relié à une extrémité d'une fibre optique (2) reliant la station (1) à l'engin (10) et qui est relié aux moyens de traitement (4-6). 6. Station de contrôle selon la revendication 5, dans laquelle les moyens de traitement (4-6) coopèrent avec un autre récepteur GPS, de position connue, pour déterminer une correction à appliquer à la position de l'engin (10) déterminée d'après les informations GPS fournies par l'équipement (11).