Brevet FR2772928A1 — publié le 19990625

STATION EMETTRI DE SI(JNAUX DE CORRECTION VERS UN REoePTEPR DE NAVIGATION L'invention est relative à une station d'émission de signaux de correction vers un mobile équipé d'un récepteur de détermination de position de type différentiel. Les systèmes de positionnement, notamment pour la navigation de mobiles terrestres, aériens ou maritimes, font appel, en général, à une constellation de satellites ou balises émettant des signaux qui permettent à un utilisateur de déterminer, en temps réel, sa position et, éventuellement, sa vitesse. Le système de positionnement le plus courant est le système GPS ("Global Positioninq System") auquel on fera principalement référence ci-après sans que l'invention soit limitée à cette application. Le récepteur GPS de l'utilisateur calcule la distance qui le sépare d'au moins quatre satellites émettant des messages à des instants connus, ces instants d'émission étant inclus dans le message émis par chaque satellite. La distance du récepteur à chaque satellite est déterminée par le produit de la vitesse de la lumière par la durée mise par le signal pour parcourir cette distance. Cette durée est égale à la différence entre l'instant de réception et l'instant d'émission. La vitesse est déterminée par effet Doppler, c'est-à-dire grâce à la mesure de l'écart entre la fréquence reçue et la fréquence d'émission de la porteuse du signal GPS. La précision des mesures de position obtenues avec un récepteur GPS est limitée par le bruit affectant les mesures de distances aux différents satellites en raison, d'une part, de retards de propagation, et, d'autre part, surtout, d'un brouillage volontaire. Ainsi, la précision sur la position est de 100 mètres dans un plan horizontal et de 150 mètres en direction verticale. Cette précision est, en général, insuffisante, notamment quand il s'agit de guider un mobile tel qu'un aéronef en procédure d'atterrissage ou un véhicule terrestre, par exemple sur route. Mais les bruits affectant les mesures sont des bruits observables et de faible dynamique qui peuvent être corrigés. C'est pourquoi on utilise un système GPS différentiel faisant appel à une station fixe, notamment au sol, émettant des signaux de correction vers l'utilisateur. Un tel système différentiel tire avantage du fait que, d'une part, la position de la station fixe est connue avec précision et, d'autre part, à chaque instant, la distance de la station fixe à chaque satellite est également connue avec précision. Dans la station au sol, proche du mobile, un récepteur spécialisé mesure la distance de cette station à chaque satellite, et cette station émet, vers le mobile, un signal correcteur qui est constitué, pour chaque satellite, par ld différence entre la distance connue et la distance mesurée. Le récepteur différentiel du mobile peut ainsi corriger, pour chaque satellite, les mesures qu'il effectue en ajoutant à chaque mesure la correction qui lui a été transmise. Avec ces corrections, la précision de positionnement d'un mobile est d'environ 2 mètres en direction horizontale et de 3 mètres en direction verticale. Dans une station au sol, la réception peut être cependant perturbée par des bruits supplémentaires qui ne sont pas observables par un moyen de mesure unique. Ces bruits sont attribuables aux multi-trajets, c'est-à-dire à des réflexions du signal reçu (provenant du satellite). En effet, le signal reçu peut se réfléchir sur le sol, sur le relief ou sur des irtrneubles. C'est pourquoi une station au sol comporte, en général, plusieurs récepteurs spécialisés et des moyens pour identifier la (ou les) réception (s) affectée(s) de multi-trajet(s). L'identification de la réception défectueuse est obtenue grâce à une comparaison entre les signaux de correction fournis par les divers récepteurs spécialisés. Ces derniers sont, bien entendu, disposés en des emplacements choisis pour minimiser la probabilité que ces récepteurs soient affectés simultanément d'erreurs de multi-trajets. L'identification des récepteurs recevant des signaux affectés de multi-trajets s'appuie sur le fait que, les récepteurs au sol étant à proximité les uns des autres, en l'absence de multi-trajets, les corrections fournies par chaque récepteur sont les mêmes et que si l'un des récepteurs reçoit un signal "multi-trajet", la correction calculée par ce récepteur est différente des corrections calculées par les autres récepteurs, non affectés d'erreurs de multi-trajet. Les corrections calculées par les récepteurs sont donc comparées deux à deux et si la différence entre deux corrections dépasse un seuil prédéterminé, aucune des deux corrections correspondantes n'est transmise Par contre, si la différence entre les corrections ne dépasse pas le seuil, la correction transmise au mobile est l'une des corrections ou la moyenne des corrections mesurées. Ce type d'identification des multi-trajets est difficile à ajuster. En particulier, la détermination du seuil est le résultat d'un compromis entre des exigences contradictoires si le seuil est trop élevé, les corrections envoyées au mobile ne seront pas toujours correctes, et si le seuil est d'un niveau trop faible, la station risquera d'éliminer trop souvent l'émission de signaux de correction envoyés vers le mobile. En outre, les comparaisons entre corrections sont toutes effectuées par rapport au même seuil, c'est-à-dire que toutes les directions sont affectées du même poids, alors que certaines pourraient nécessiter une précision supérieure à d'autres. Par "direction", on entend ici la direction de la droite joignant la station à un satellite. Enfin, chaque signal de correction étant fonction de la base de temps du récepteur spécialisé correspondant, la comparaison entre les signaux de correction simultanés peut être altérée par des défauts de synchronisme entre ces bases de temps. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Elle est caractérisée en ce que la station au sol comporte, à chaque emplacement de réception, d'une part, un récepteur de navigation qui mesure la position géographique de cette station, à partir de la mesure de cette distance à chaque satellite et, d'autre part, un moyen pour émettre les signaux de correction pour chaque direction, et en ce que l'identification du (ou des) récepteur (s) affecté (s) de multi-trajets est obtenue à l'aide d'un moyen comparant à un seuil, pour chaque récepteur, la distance séparant la position mesurée de la position géographique connue de la station. Ainsi, pour identifier les multi-trajets, le paramètre utilisé est un écart de position géographique et non un paramètre qui ne tient pas compte de la direction. Dans ces conditions, le seuil tient naturellement compte de l'importance accordée à chaque direction. Les rejets de corrections seront donc moins fréquellts que dans les systèmes connus sans que soit altérée la fiabilité des corrections. Par ailleurs, la station selon l'invention est peu sensible aux défauts de synchronisme entre les bases de temps des récepteurs contrairement aux stations connues, car elle ne nécessite pas de comparaison entre des données, nécessairement synchronisées, fournies par deux récepteurs. De préférence, les récepteurs de navigation qui déterminent la position sont des récepteurs de navigation de type différentiel du genre de ceux qui sont habituellement utilisés dans les mobiles. De cette manière, le coût de chaque récepteur peut être faible car il est fabriqué en grande série pour les mobiles. On peut aussi observer que, bien que le récepteur de la station au sol conforme à l'invention effectue des opérations plus complexes que les récepteurs habituellement utilisés dans de telles stations, son coût est malgré tout réduit, en raison de cette possibilité de fabrication en grandes séries. Quand on fait appel à un tel récepteur de navigation de type différentiel, les corrections reçues par chaque récepteur sont des corrections qui proviennent d'un autre récepteur de la même station au sol. Il n'est ainsi pas nécessaire de prévoir des récepteurs spécialisés pour effectuer les corrections. On peut noter qu'il est déjà connu d'utiliser un seul récepteur de navigation de type différentiel dans une station au sol. Ce récepteur permet de déterminer la position de la station et de la comparer à la position connue. Si la distance entre la position mesurée et la position connue dépasse un seuil, les corrections ne sont pas émises vers le mobile. Dans cette station connue, le récepteur de navigation unique est associé à des récepteurs spécialisés qui fournissent des signaux de correction pour chaque direction et le signal de correction utilisé par le récepteur unique de navigation différentiel est une moyenne des signaux de correction fournis par les récepteurs spécialisés, ou l'un de ces signaux. Dans cette station connue, contrairement à l'invcntion, la comparaison entre corrections est un critère utilisé pour rejeter une correction défectueuse. En outre, cette station utilise des récepteurs spécialisés et de nature différente pour le calcul des corrections et pour le calcul de la position différentielle. Enfin, si la distance entre position mesurée et position connue dépasse le seuil, c'est l'ensemble des corrections qui n'est pas émis vers le mobile et non celle des corrections qui est défectueuse. Autrement dit, cette station connue ne permet pas d'identifier la correction défectueuse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description de certains de ses modes de réa lisation, celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins ciannexés sur lesquels la figure unique est un schéma d'une station au sol pour système différentiel GPS conforme à l'invention. Dans l'exemple représenté sur la figure unique, la station au sol comporte trois équipements de réception, respectivement 10, 12 et 14, et un ensemble 16 de traitement et d'émission. L'ensemble 16 reçoit les signaux fournis par les équipements de réception 10, 12 et 14 et, à partir de ces signaux, détermine les signaux de corrections à transmettre vers le mobile équipé d'un récepteur de navigation différentiel (non représenté). De façon classique, la transmission de la station vers le mobile est effectuée par voie hertzienne dans la bande VHF. Les équipements de réception 10, 12, 14 sont identiques entre eux. Ils sont disposés en des emplacements proches les uns des autres ; ces emplacements sont sélectionnés de façon telle que les équipements ne puissent tous être simultanément soumis à une perturbation de multi-trajets. Les équipements 10, 12 et 14 étant identiques entre eux, on se contentera de décrire l'un d'eux, à savoir celui de référence 10. L'équipement 10 comporte, d'une part, un récepteur de navigation 201 de type différentiel et, d'autre part, un circuit 221 de calcul des corrections. Le récepteur 201 est pratiquement identique à un récepteur classique qu'on installe habituellement à l'intérieur d'un mobile. Il comporte ainsi une entrée 241 pour un signal de correction et une sortie 261 délivrant, en succession, les durées (mesurées par ce récepteur) de parcours des signaux de chaque satellite vers ce récepteur. La mesure des durées de parcours consiste à déterminer l'instant d'émission du signal par le satellite - cet instant étant transmis par le satellite (c'est-àdire contenu dans le signal transmis) - et à le retrancher de l'instant de réception. Le circuit 221 de calcul de correction reçoit, par ailleurs, sur une entrée 301, une information représentant le temps mis par un signal se déplaçant à la vitesse de la lumière pour parcourir la distance séparant le satellite du récepteur au sol. Ce temps ne constitue par le résultat d'une mesure mais il est fourni par un ordinateur central (non montré) ayant en mémoire l'évolution des positions de chaque satellite en fonction du temps. Bien entendu, les données fournies sur l'entrée 301 du circuit 221 et sur l'entrée 281 (connectée à la sortie 261 du récepteur 201) sont en synchronisme et correspondent, à chaque instant, au même satellite. Le circuit 221 établit la différence entre le temps appliqué sur l'entrée 301 et le temps appliqué sur l'entrée 281 et fournit sur sa sortie 321 le signal de différence qui constitue un signal de correction. Ce signal est transmis, d'une part, au circuit 16 et, d'autre part, à l'entrée 242 du récepteur 202 de l'équipement de réception 12. L'entrée 241 du récepteur 201 est reliée à la sortie 323 du circuit de correction 223 de l'équipement 14. De façon analogue, la sortie 322 du circuit de correction 222 de l'équipement 12 est reliée à l'entrée de correction 243 du récepteur 203 de l'équipement 14. La sortie 341 du circuit 201 délivre, à chaque instant, au circuit 16, un signal représentant la position P1 du récepteur 201. Cette position est déterminée avec une précision de l'ordre de 2 mètres dans un plan horizontal et de l'ordre de 3 mètres dans un plan vertical car on a affaire à un récepteur GPS différentiel. Cette position est déterminée, de façon en soi connue, par les mesures des distances du récepteur aux satellites concernés, ces mesures étant corrigées par des signaux appliqués sur l'entrée de correction 241. Le circuit de traitement 16 comporte en mémoire la position de chaque récepteur. Ce circuit de traitement 16 détermine, pour chaque récepteur 10, 12, 14, la distance APi séparant la position mesurée de la position réelle. Ce circuit 16 compare ces distances (ou écarts) APi à un seuil s. Si tous les écarts AP1, AP2 et AP3 sont inférieurs au seuil, le circuit de traite ment 16 commande l'émission de signaux de correction (un signal de correction par direction) vers le récepteur de navigation du mobiles Chaque signal de correction est égal à la moyenne, par exemple arithmétique, des signaux de correction fournis, pour la même direction, par chacun des circuits 221, 222 et 223. En variante, le signal de correction émis vers le mobile est 1 'une des trois corrections. Bien entendu, les signaux de correction sont émis en séquence et correspondent, à chaque instant, à la correction à effectuer dans la direction d'un satellite déterminé. Si l'un des récepteurs, par exemple le récepteur 202, reçoit un signal affecté de multi-trajets, alors que les deux autres récepteurs reçoivent correctement les signaux, l'écart AP2 est supérieur au seuil E et le signal de correction sur la sortie 322 est excessif, ce qui entraîne une mesure inexacte effectuée par le récepteur 203. Dans ces conditions, l'écart de position AP3 est également supérieur au seuil. Par contre, le récepteur 203 effectue une mesure correcte. Il en résulte que le signal de correction fourni sur la sortie 323 présente une valeur correcte. Par conséquent, le signal de position fourni sur la sortie 341 du récepteur 201 est correct et, ainsi, l'écart APl est inférieur au seuil E. Ainsi, seul le récepteur 201 fournit un signal de position correct, c'est-à-dire correspondant à une position mesurée qui est séparée de la position réelle d'une distance inférieure au seuil E. On comprend qu'un récepteur fournissant une mesure correcte fournit obligatoirement un signal de correction correct et le signal de correction qu'il reçoit est également correct. Dans ces conditions, le circuit de traitement 16 commande l'émission vers le mobile d'un signal de correction correspondant soit à la moyenne des signaux de correction sur les sorties 321 et 323 soit à l'un de ces deux signaux. Si tous les récepteurs reçoivent des signaux affectés de multi-trajets, les trois signaux APi seront supérieurs au seuil. Dans ce cas, le circuit 16 interdit l'émission d'un signal de correction vers le mobile. Si le circuit de traitement 16 détecte qu'un seul écart de position APi, par exemple AP2, dépasse le seuil, alors que les deux autres écarts AP1 et AP3 sont inférieurs au seuil E, ce circuit 16 émet seulement la correction provenant du circuit 223 car le fait que la position mesurée par l'équipement 12 s'écarte trop de la position réelle signifie que le signal de correction émis sur la sortie 322 est inexact ou que le signal de correction reçu sur l'entrée 242 est inexact. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à une station au sol comportant trois équipements de réception. Elle peut en comporter davantage. Dans ce cas, les périodes pendant lesquelles aucun signal de correction n'est émis vers le mobile pourront être moins fréquentes. On peut également utiliser deux équipements de réceptions au lieu de trois. Mais, dans ce cas, les périodes de blocage, c'est-à-dire de défaut d'émission de signaux de correction, risqueront d'être plus fréquentes qu'avec trois équipements de réception comme décrit ci-dessus. Le système selon l'invention permet ainsi une discrimination des multi-trajets qui s'affranchit des défauts de synchronisme entre récepteurs car, contrairement aux systèmes antérieurement connus, on ne fait pas appel à une comparaison synchrone des corrections dans chaque direction. En outre, le critère de discrimination est lié à la précision voulue et non à la précision dans chaque direction. Autrement dit, par rapport à un système classique, l'invention présentera des périodes de blocage moins fréquentes. REVENDICATIONS 1. Station émettrice de signaux de correction vers un récepteur de navigation de type différentiel qui détermine la position d'un mobile à partir de la mesure des distances séparant le mobile d'au moins trois satellites ou balises, chaque mesure étant corrigée par un signal de correction, émis par la station, qui représente la différence entre la distance, mesurée à la station, de cette station au satellite concerné et la valeur réelle de cette même distance, la station comportant, pour la mesure des distances aux satellites, au moins deux équipements de réception disposés de façon à minimiser la probabilité que ces deux équipements reçoivent simultanément des signaux affectés de multitrajets, caractérisée en ce que chaque équipement de réception (10, 12, 14) comporte un récepteur de navigation (201, 202, 203) destiné à fournir un signal représentant la position mesurée de cet équipement, et en ce que la station comprend un moyen (16) pour comparer à un seuil la distance séparant la position mesurée de chaque équipement à la position réelle de cet équipement et pour commander l'émission des signaux de correction en fonction du résultat des comparaisons. 2. Station selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque équipement de réception (10, 12, 14) comporte un moyen (221, 222, 223) pour produire un signal de correction. 3. Station selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que chaque récepteur de navigation est du type différentiel. 4. Station selon les revendication 2 et 3, caractérisée en ce que le signal de correction produit par un équipement de réception est utilisé par le récepteur de navigation différentiel d'un autre équipement de réception de la station. 5. Station selon la revendication 4, caractérisée en ce que le moyen (16) de comparaison et de commande autorise l'émission d'une moyenne de tous les signaux de correction quand les écarts entre positions réelles et positions mesurées sont tous inférieurs au seuil. 6 Station selon la revendication 4, caractérisée en ce que le moyen de comparaison et de commande (16) autorise l'émis- sion d'un des signaux de correction quand les écarts entre positions réelles et positions mesurées sont tous inférieurs au seuil. 7. Station selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que, lorsqu'un seul des écarts entre position réelle et position mesurée est inférieur au seuil, le moyen de comparaison et commande (16) autorise l'émission d'un signal de correction vers le mobile qui correspond au signal de correction fourni par cet équipement de réception et/ou reçu par cet équipement. 8. Station selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que, lorsque l'écart entre position réelle et position mesurée dépasse le seuil pour un équipement de réception, le moyen (16) de comparaison et commande autorise l'émission d'un signal de correction qui ne tient compte ni du signal de correction fourni par cet équipement ni du signal de correction reçu par cet équipement. 9. Station selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le nombre d'équipements de réception est au moins égal à trois. 10. Station selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisée en ce que le récepteur de navigation différentiel est du même type que celui utilisé à bord du mobile. 11. Application de la station selon l'une quelconque des revendications précédentes à un système GPS de type différentiel.