Brevet FR2833714A1 — publié le 20030620

La présente invention se rapporte aux procédés de traitement des signaux de navigation lorsque ceux ci comportent en outre une ou des modulations supplémentaires permettant de transmettre des données qui viennent compléter les informations intrinsèquement contenues dans le signal élémentaire. Elle s'applique plus particulièrement au traitement des signaux de navigation émis par les satellites. La radio navigation par satellite utilise actuellement essentiellement les signaux émis par le système GPS, et accessoirement ceux du système GLONASS. Elle utilisera dans l'avenir les signaux du système GALILEO. Cette radio navigation permet d'obtenir la position du récepteur en traitant les signaux émis par au moins trois satellites et en effectuant des mesures de phase et des mesures de code sur ces signaux. Les mesures de code sont peu précises mais non ambiguës, alors que les mesures de phase sont beaucoup plus précises mais ambiguës. Les signaux émis par les satellites contiennent des bits de données qui permettent de transmettre des messages de navigation. Ces messages sont utilisés dans les algorithmes de calcul pour déterminer la position, la vitesse et le temps du récepteur. Dans les systèmes actuellement utilisés, du type GPS, on utilise un débit de donnée de l'ordre de 50 Bauds, ceci permet d'une part d'extraire sans trop de difficulté ces données du signal reçus, dont le niveau est très faible, et d'autre part de ne pas perturber le signal principal de navigation. Par ailleurs, compte tenu de l'optimisation ainsi choisie, il n'est pas nécessaire d'utiliser un système correcteur d'erreurs et en conséquence chaque bit transmis correspond à un bit utile. Dans les futurs systèmes actuellement à l'étude, du Type GALILEO, on souhaiterait transmettre beaucoup plus de données, ce qui implique d'utiliser un débit numérique d'environ 1000 Bauds. Dans ces conditions le taux d'erreurs augmente considérablement, ce qui nécessite d'utiliser un code de correcteur d'erreur. Il est donc prévu d'utiliser un système du type dit"Forward Error Corrector", comportant une redondance de niveau 2 et une convolution de niveau 7. La correction d'erreur se ferait alors avec par exemple un algorithme de type Viterbi, dont on sait que pour fonctionner correctement il nécessite que les erreurs soient décorrelées. Pour démoduler alors le signal reçu afin que le débit de données ne perturbe pas trop la démodulation du signal de navigation, on est amené à utiliser un discriminateur différentiel du type connu sous le nom de DBPSK. Un tel discriminateur utilise pour démoduler l'information correspondant à un bit l'information correspondant à la démodulation du bit précédent, d'où le qualificatif de "différentiel". Dans ces conditions, la phase reçue tourne et il est alors nécessaire d'utiliser un système d'intégration, qui permet d'obtenir un asservissement réactif sur cette phase. Par ailleurs dans un démodulateur différentiel de type DBPSK on utilise la différence de signes d'un échantillon au suivant pour déterminer la valeur du bit de donnée reçu. Comme le signal est bruité ceci entraîne que l'erreur sur un bit dépend de la valeur de 2 échantillons successifs. Dans ces conditions l'erreur n'est plus décorrélée et l'algorithme de Viterbi ne fonctionne pas. Pour pouvoir néanmoins obtenir les données avec un taux d'erreur suffisamment faible, tout en gardant une réception correcte des signaux de navigation, l'invention propose un procédé de traitement d'un signal de navigation contenant des données, dans lequel on utilise une première bande de porteuse de type DBPSK pour démoduler les signaux de navigation, et dans lequel on utilise en outre une deuxième boucle de type BPSK pour identifier les tests de données. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante, présentée en regard des figures annexées qui représentent : - la figure 1, un schéma d'ensemble de l'architecture des boucles utilisées dans le procédé selon l'invention ; - la figure 2 un schéma du discriminateur de porteuse ; et - la figure 3, un schéma du discriminateur de codes. Dans le schéma du décodeur représenté sur la figure 1, les oscillateurs de code 101 et de porteuse 102 sont commandés par les signaux d'erreur qui sont décrits plus loin. Ils permettent d'obtenir respectivement un code ponctuel et un code L1 dans un générateur 103 et des signaux sin. et cos. dans des déphaseurs 104 et 105. Les signaux ponctuel, A, cos. et sin. sont appliqués à un corrélateur 106 qui permet à partir du signal reçu d'obtenir les signaux Ip, IA, Qp et QA de manière classique à l'aide d'un ensemble de multiplicateurs 107 et d'échantillonneurs bloqueurs 108. Pour la suite du traitement ces signaux sont échantillonnés à une fréquence de donnée. Selon l'invention, pour pouvoir simultanément maintenir les performances des boucles de démodulation aussi bien en dynamique qu'en robustesse et décoder correctement les signaux de données en laissant fonctionner l'algorithme de viterbi, on utilise deux démodulateurs, un premier démodulateur du type DBPSK pour la porteuse et un deuxième démodulateur du type DBPSK pour les données. Dans la première boucle les signaux échantillonnés en sortie du corrélateur 106 sont multipliés entre eux dans un module 109 pour obtenir des produits croisés Ip. L. Ip. QA, Qp. Selon l'invention, les signaux Ip et Qp sont soumis à un traitement dit de"squaring", qui consiste à effectuer un produit complexe Ip x i Qp. Ceci élimine les données, et donc leur influence, et introduit toutefois des pertes quadratiques et multiplie par deux la dynamique du signal. Cette opération permet de lever la limitation de la bande de prédétection provenant des bits de données. Elle est effectuée dans un module de carré complexe 111 qui délivre donc les deux signaux l'p = tp-Qp et Q'p = 2 Ip x Qp. Ces signaux sont eux-mêmes intégrés dans un deuxième ensemble d'intégrateurs bloqueurs 112. Les six signaux ainsi obtenus par les opérations précédentes sont échantillonnés à une fréquence de boucles, puis ils sont combinés entre eux dans un discriminateur de code 113 pour obtenir un signal E déterminé par la formule : cette opération permet d'obtenir un gain de 3 dB sur la précision du code. Le signal 8 est alors appliqué à un correcteur de code 114 qui effectue une opération classique de filtrage. Après échantillonnage à la fréquence de boucles ce signal s filtré forme le signal d'erreur appliqué à l'entrée de l'oscillateur de code 101. Par ailleurs les signaux Ip'et Qp'provenant du"squaring"sont appliqués au discriminateur de porteuse du type DBPSK 115 qui sera décrit plus loin. Le signal (p provenant de ce discriminateur 115 est appliqué d'une part au discriminateur de code 113, et d'autre part à un correcteur de porteuse 116, qui effectue lui aussi une simple opération de filtrage connue. Le signal (p est ainsi filtré puis échantillonné à la fréquence de boucles pour former le signal d'erreur de l'oscillateur de porteuse 102. Dans un exemple de réalisation du discriminateur de porteuse de type DBPSK, dont le schéma est représenté sur la figure 2, les signaux Ip'et Qp'sont d'abord appliqués à un différentiateur 201. Dans ce différentiateur, un organe 211 effectue la transformé en Z- 1 de ces signaux Ip'et Qp'. Les deux signaux provenant de cette transformée sont appliqués, après multiplication par-1 pour l'un d'entre eux dans un multiplicateur 221, à un calculateur de produit complexe 231, qui reçoit également directement les signaux Ip'et Qp'. Les signaux en sortie de ce différentiateur sont alors appliqués à un discriminateur de type BPSK 202 qui effectue l'opération arc tangente (x, y) dans un intervalle + 71 :. La sortie de ce discriminateur 202 est ensuite appliquée à un intégrateur 203, qui fonctionne de manière classique avec un sommateur 213 et un générateur 223 de fonction en Z-1.. On mesure donc ainsi A (pn, qui est compris entre - 1t et + 7t, et A (don +1 est alors obtenu par les formules : flCPn+1 = argument (ln+1 + +iQ).-argument (ln +iQn) = argument (ln+1 + iOn+1). I (ln + iOn) (6) = argument (ln+1 + iOn+1). (In - iOn) Selon l'invention, l'identification des bits de données se fait dans un identificateur 117 à partir des signaux Ip et Qp fournis par le corrélateur 106. Cet identificateur fonctionne sur la base d'un discriminateur de type BPSK. La discrimination de phase est donc alors bornée entre-X et + TC et la constante de temps Te/K est choisie suffisamment petite pour décorréler les erreurs de bit successifs. L'inconvénient de cette méthode réside dans une moindre tenue à la dynamique, ce qui est largement compensé par le fait que l'algorithme de Viterbi peut fonctionner correctement. Dans un exemple de réalisation, représenté sur la figure 3, les signaux Ip et Qp sont appliqués à un multiplicateur complexe 301, qui reçoit également les signaux en sortie d'un module 302 qui sera décrit plus loin. Les signaux 1 et Q provenant de ce conduit complexe sont alors appliqué à un discriminateur 303 du type BPSK, qui effectue l'opération arc tangente (x, y) sur un signal borné entre-7r/2 et + vs/2. Le signal en sortie de ce discriminateur est multiplié par une constante K dans un amplificateur 304, puis il est appliqué à un intégrateur 305 dans la structure est identique à celle de l'intégrateur 203 de la figure 2. Le signal (p en sortie de cet intégrateur est appliqué au module 302 qui effectue l'opération exp pour donner les signaux prévus plus haut. Les bits de données sont alors obtenus en déterminant à l'aide d'un circuit comparateur 306 le signe du signal 1 sortant du générateur de produit complexe 301. REVENDICATIONS 1-Procédé de traitement d'un signal de navigation contenant des données, dans lequel on utilise une première boucle de porteuse (101,102, 103,104, 105,106, 113,114, 115,116) de type DBPSK pour démoduler les signaux de navigation, caractérisé en ce que l'on utilise en outre une deuxième boucle de type BPSK (117) pour identifier les bits de données. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise dans la première boucle de porteuse une technique de"squaring" (111). 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on effectue une corrélation (106) sur le signal reçu pour obtenir des signaux Ip, là, Qp et Qô, que l'on effectue sur ces signaux des produits croisés (109) définis par les formules : que la technique de"squaring"permet d'obtenir des signaux Il 2 - Qp 2 et 2 Ip. Qp, et que l'on effectue une discrimination de code (113) à partir des produits croisés et des signaux obtenus par le"squaring"en effectuant l'opération donnée par la formule :