Brevet FR2834563A1 — publié le 20030711

PROCEDE DE SUPPRESSION DE SIGNAUX RADIOELECTRIQUES PULSES ET DISPOSITIF DE MISE EN _UVRE DU PROCEDE L'invention concerne un procédé permettant de supprimer dans un signal radioélectrique reçu par un récepteur, des signaux puisés, notamment ceux émis par des équipements civils de mesure de distance, "Distance s Measuring Equipment ou DME " en langue anglaise, entre un avion et une balise au sol. L'utilisation de la bande de fréquences radioélectrique L5 pour le système mondial de radiorepérage ou GPS (dénomination anglaise pour " Navstar Global Positioning System ") dans le domaine civil ou, de la bande o E5 pour le système européen GALILEO pose le problème de compatibilité avec les signaux émis par les DME. En effet, un des problèmes posés par la transmission de données par signaux radioélectriques à spectre étalé, comme ceux des signaux GPS ou ceux de GALILEO, est la sensibilité des récepteurs aux brouilleurs compte tenu des faibles puissances mises en jeu et des distances importantes séparant les émetteurs et les récepteurs. Le signal dans les bandes de fréquence pour le GPS lil civil est obtenu par la modulation d'une porteuse par un premier signal, a voie pilote ", produisant un spectre de modulation d'une largeur de l'ordre de 20MHz et par un deuxième signal en quadrature modulé par le message de navigation, " voie donnée ", produisant un second spectre de modulation de MHz. La figure 1 représente un exemple de signal puisé émis par un équipement de mesure de distance (DME) entre une balise au sol et un 2s aéronef. Nous appellerons par la suite ce signal, signal DME. Les figures 2a et 2b représentent respectivement l'aspect fréquentiel d'une impuision et d'une paire d'impuisions. Le signal DME comporte deux impuisions espacées d'un temps t0 prédéterminé dépendant du mode (standard ARINC 709 A). Par exemple, dans le mode X des balises au sol, ce temps t0 d'espacement entre les impuisions est de l'ordre de 121lS. La paire d'impuisions est répétée avec j une fréquence de l'ordre de 2700 paires d'impuisions par seconde. Chaque 2 2834563 impuision a une enveloppe de forme Gaussienne et une fréquence porteuse dépendant de la balise. Chaque ba!ise au sol est reconnue par l'aéronef interrogeant la balise par la fréquence du canal d'émission des impuisions. Une base de données dans l'aéronef permet d'obtenir la position et la fréquence de chaque balise. Les canaux d'émission des DME pour les différentes balises sont au pas de 1 MHz. Du fait de sa couverture importante, le récepteur GPS peut recevoir dans sa bande de fréquence une multitude de signaux puisés DME provenant de plusieurs balises situées au sol. Ces signaux émis à des instants aléatoires et à des fréquences espacées de 1 MHz, provoquent une dégradation du rapport signal à bruit du récepteur GPS et, par conséquent, des erreurs de mesure. Dans le cas général, les effets des interférences des signaux puisées sur les récepteurs dépendent de nombreux facteurs parmi lesquels on peut citer, la puissance crête, le rapport cyclique, la largeur de l'impuision. Les récepteurs GPS en particulier travaillent avec des niveaux de signaux utiles très bas de l'ordre de -130dBm, du niveau du plancher de bruit du récepteur. Le type de modulation numérique codée utilisse dans les récepteurs GPS permet une extraction du signal utile pour ces faibles niveaux de réception. Dans ces conditions, de très faible puissance de signal utile reçue, une impuision de faible niveau à l'entrée du récepteur GPS, de l'ordre de 10 dB au-dessus du plancher du bruit, peut produire la saturation des étages d'entrée radiofréquence et la saturation du convertisseur analogique-numérique du récepteur. Des solutions analogiques peuvent être développées pour éviter ces saturations. Pour pouvoir développer une solution numérique, les étages d'entrée radiofréquence et le convertisseur analogique numérique doivent être dimensionner afin d'éviter cette saturation en tenant compte de l'environnement d'interférences. Pour éviter ce type de perturbations par les DME une solution simple consisterait à réaffecter les fréquences des DME, mais si cette solution est possible aux Etats Unis d'Amérique, elle n'est pas possible en Europe ou au Japon du fait de la haute densité de balises radioélectriques. Il existe actuellement des nombreux dispositifs et méthodes utilisant des traitements anti-interférences permettant de détecter et 3 2834563 d'éli miner d' un sig nal reçu, des interférences de ma n i ère à récu pérer en sortie du récepteur un signal épuré utilisable par un récepteur GPS standard. Parmi ces méthodes, on peut citer celle consistant à modifier le diagramme de rayonnement de l'antenne de réception pour créer un creux de réception (ou un zéro) dans la direction des perturdateurs, technique connue sous la dénomination en langue anglaise de " Controled Reception Pattern Antenna " ou en abrégé CRPA. D'autres methodes sont basées sur des estimations qui sont d'autant plus précises qu'elles sont réalisées sur des durées relativement longues pendant lesquelles les interférences sont présentes. Ces méthodes présentent des inconvénients majeurs, d'une part, elles sont mal adaptées aux interférences intermittentes et, d'autre part, elies nécessitent pour fonctionner, dans ce dernier cas de figure, que l'interférence soit observée sur un intervalle de temps suffisamment long, donc en particulier, qu'elle soit géographiquement stable ce qui n'est pas le cas pour les interférences puisées. D'autres méthodes comme le " filtrage adaptatif dans le domaine fréquence " ou celle consistant à détecter l'impuision et à couper le récepteur pendant la durée de l'impuision (" puise blanking " en langue anglaise) sont des solutions potentielles. L'inconvénient de la première solution basée sur des techniques numériques de filtrage est lié au fait de la nécessité d'une trop grande puissance de calcul. Dans la méthode de " puise blanking ", consistant à couper ie récepteur pendant la durée des impuisions DME lorsqu'elles sont détectées dans le signal reçu, I'impuision d'interférence est facilement détectable par le fait que le signal normalement reçu par le récepteur GPS se situe au niveau du bruit thermiqu e. Par exempl e, la d étection de l' i mp u i si on peut être effectuée par la mesure relative analogique de puissance du signal radioélectrique ou, plus simplement, lorsque le signal reçu est numérisé par un converti sseur analog ique-numéri que, par u ne anal yse de l'histogram me des niveaux numériques en temps réel. Dans ce dernier cas, la suppression des d'impuisions s'effectue en mettant à zéro, au moment des l'impuisions, la sortie numérique du convertisseur. La méthode de " blanking " est une technique simple mais qui comporte un inconvénient majeur, en effet, elle produit une dégradation 4 2834563 importante du rapport signal à bruit du récepteur du fait que, pendant toute la durée des l'impuisions, le signal utile est totalement coupé. Dans le cas des récepteurs de type GPS ou GALILEO, les coupures de signal utile peuvent être nombreuses à haute altitude du fait du grand nombre de balises DME au sol en vue des aéronefs et de la fréquence de répétition des impuisions DME. Les mêmes problèmes se posent pour les récepteurs à bande étalée recevant des impuisions utiliséss dans le domaine militaire, telles que celles des équipements tactiques de navigation aérienne " Tactical Air Navigation ou TACAN >> en langue anglaise Afin de pallier les inconvénients des dispositifs anti-interférences de l'art antérieur dans des récepteurs radicélectriques notamment ceux des GPS lil ou de GALILEO, I'invention propose un procédé de suppression de signaux puisés notamment de type DME ou TACAN présents dans les 1s signaux radioélectriques reçus par un récepteur radiofréquences, caractérisé en ce que la bande de fréquences de réception du récepteur est découpée en sous-bandes de fréquences correspondant aux canaux d'émission des signaux puisés, en ce que l'on détecte la présence des signaux puisés et le canal d'émission desdits signaux puisés dans les sous-bandes de fréquences, et en ce que l'on filtre, pendant la durée du signal puisé, la sous bande de fréquence comportant les signaux puisés détectés, pour éliminer lesdits signaux puisés. Cette invention peut utiliser la connaissance des interférences à traiter. Les DME sont modulées par une fréquence de nombre entier 2s espacés par pas de 1MHz: par exemple,1174 MHz, 1175 MHz, 1176MHz Le nombre de canaux DME pouvant être considérés comme gênants dans la bande L5 est au maximum de vingt. Il est possible de considérer moins de canaux: la perturbation des fréquences centrales du signal étalé de radionavigation a beaucoup plus de conséquences que la perturbation des fréquences latérales. Vingt canaux seront pris pour exemple. La figure 3 montre un synoptique de l'invention. La première opération du procédé est de déterminer les paramètres inconnus des signaux puisés puis de les éliminer. L' invention concerne aussi un dispositif de mise en _uvre du as procéde selon l'invention. 2834563 Dans une mise en _uvre du procédé de suppression des signaux puisés, le découpage de la bande de fréquence de réception en vingt sous- bandes est effectué par une batterie de filtres de détection FD1, FD2,.... FD20 adaptés à la forme d'onde. Par exemple, cette batterie de filtres de détection peut être aussi une batterie de filtres passe-bande si aucune connaissance n'est utilisée a priori sur la forme de l'interférence ou une batterie de filtres à réponse impuisionnelle adaptée à la forme de l'interférence dans chaque bande, ce qui revient à faire une intercorrélation. Le signal Ue à traiter entre dans cette batterie de filtres par une entrée commune E1, il en ressort aux respectives sorties S1, S2, S20 des filtres, vingt signaux de bande passante environ 0.3MHz. Chaque signal en sortie du filtre passe bande FD1, FD2,....FD20, attaque un respectif dispositif de détection DD1, DD2,.... DD20 pour chaque sousbande. Le dispositif de détection peut être basé sur une simple mesure de puissance du signal en sortie du filtre de détection. Cette mesure de puissance est filtrée puis comparée à un seuil pour chaque sous-bande. La décision du dispositif de détection est déterminée pour chaque sous-bande. Avantageusement, le dispositif de détection peut être adapté à la forme du sign al afi n d'a m él iorer les performances de détecti on. A parti r des informations issues des dispositifs de détection DD1, DD2,.... DD20 on effectue un calcul Cg de gabarit de fréquences à éliminer et un calcul Cf du filtre rejecteur à utiliser. Les signaux reçus Ue, après avoir subi un retard Tr, sont traités par un filtre adaptatif Fa de paramètres issus du calcul Cf du filtre rejecteur. 2s L' i nvention sera m ieux co mprise à l' aide d'exemp l es de réalisations de dispositifs de suppression de signaux radioélectriques puisés selon i'invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1, déjà décrite, représente un exemple de signal puisé; - les figures 2a et 2b, déjà décrites, représentent respectivement I'aspect fréquentiel d'une impuision et d'une paire d'impuisions. - la figure 3, déjà décrite, montre un synoptique de l'invention; - la figure 4 représente une réalisation possible de l'invention; - la figure 5 constitue une première variante du dispositif de la figure 4; 6 2834563 - la figure 6 constitue une deuxième variante du dispositif de ia figure 4. La figure 4 représente une réalisation possible de l'invention. La batterie de filtres de détection FD1, FD2... FD20 comporte une entrée commune E1 attaquée par le signal reçu Ue, de bande passante 20MHz, brouillé par les DME. Aux sorties S1, S2,...S20 des filtres de détection, on trouve les canaux contenant le signal utile, le bruit thermique et les interférences DME éventuelles. Chaque sortie S1, S2,... S20 de canal attaque son respectif dispositif de détection DD1, DD2,, DD20. Chaque dispositif de détection DD1, DD2,, DD20 permet de mesurer et de filtrer la puissance des signaux sur chaque canal. La comparaison par rapport à un seuil permet de déterminer la présence ou non d'interférence DME dans les vingt canaux observés. Les décisions du dispositif de détection permettent de déterminer les sorties des filtres d'isolation Fl1, Fl2,....FI20 respectif à chaque canal à utiliser dans le résultat du filtrage au travers des respectifs interrupteurs 11,..., 120 commandés par leurs respectifs dispositifs de détection DD1, DD2,..., DD20. Le signal d'entree Ue est retardé par le retard Tr avant d'attaquer les fi ltres d' isol ati on. Le résultat de l'isolation Fl1, Fl2,....FI20 est la somme, par le sommateur zo Sm. des signaux en sortie des filtres d'isolation. Les filtres d'isolation Fl1, Fl2,....FI20 appliqués au signal Ue à traiter sont une batterie de 20 filtres d'isolation passe-bande. Le gabarit des filtres d'isolation est adapté au spectre du signal à éliminer. Les décisions des dispositifs de détection permettent de déterminer l'utilisation ou non de la sortie de chaque filtre d'isolation. Si le signal utile n'est pas perturbé, le résultat de l'isolation est la somme des signaux en sortie des filtres d' isolation. Si le dispositif de détection a vu une ou plusieurs fréquences perturbées dans le signal utile, le résultat de l'isolation est la somme des filtres d' isol ation d es sous-bandes non pertu rbées. Afin de ne pa s détéri ore r le signal en absence d'interférences, la somme des sorties de tous les filtres (signal Us) est égale au signal d'entrée Ue. Les fonctions de transfert des filtres d'isolation doivent, pour cela, être complémentaires. L'ensemble des dispositifs FD1, FD2,..., FD20 de la figure 3 est une batterie de vingt filtres, chaque filtre ayant une bande passante Bs s5 adaptée au signal DMEITACAN sensiblement égale à 0.3MHz. 7 2834563 La figure 5 constitue une première variante du dispositif de la figure 4. Dans cette première variante, les dispositifs de détection servent aussi à l'isolation. Dans ce cas, ce dispositif est de type blanking. Dans la variante de la figure 5, le signal d'entrée Ue étant appliqué I'ensemble des filtres de détection FD1, FD2,..., FD20, chaque sortie S1, S2,... S20 des filtres attaquent d'une part, un respectif dispositif de détection et d'isolation DDI1, DDI2,....DDI20 et, d'autre part, les respectives entrées es1, es2,...es20 d'un sommateur Sm à travers le retard Tr et un respectif interrupteur 11, 12,..., 120 commandé par le dispositif de détection et d'isolation associé DDI1, DDI2,..., DDI20. La figure 6 constitue une deuxième variante du dispositif de la figure 4. Le banc de filtres d'isolation est remplacé par un filtre adaptatif convolutionnel Fad de type RIF dont la réponse impulsionnelle est la somme des réponses impuisionnelles correspondant à chaque bande de fréquence, sauf celles perturbées. Dans la réalisation de la deuxième variante, montrée à la figure 6, chaque sortie S1, S2,...S20 de chaque filtre de détection FD1, FD2,.... FD20 attaque son respectif dispositif de détection DD1, DD2,..., DD20. Le signal d'entrée Ue est appliqué d'une part aux entrées des filtres de détection et, d'autre part, à l'entrce du filtre Fad adaptatif convolutionnel de type RIF à travers le retard Tr. Chaque réponse impuisionnelle Rl1, R12,....RI20, correspondant à chaque bande de canal, est appliquée à travers son respectif interrupteur 11, 12,..., 120 commandé par son respectif dispositif de détection DD1, DD2,..., DD20 à un sommateur Sp effectuant la somme des réponses impuisionnelles correspondant à chaque bande de fréquence, sauf celles perturbées, la réponse impuisionnelle du filtre Fad étant celle fournie par le sommateur Sp. Le procédé de suppression d'interférences selon l'invention est optimisé du fait de la prise en compte des caractéristiques des DME/TACAN. Un des avantages du procèd!é et des dispositifs de mise en _uvre du procédé selon l'invention réside dans le fait qu'une faible partie de la bande reçue est supprimée en présence des impuisions, de l'ordre de 1 MHz (canal DME) sur les 20 MHz de bande passante du signal reçu et seulement pendant des tem ps très courts correspo nd ant aux du rées de l' i mpu i si on 3s DMElrACAN (quelques microsecondes), le signal reçu dans la sousbande 8 2834563 considérée entre deux d'impuisions consécutives n'étant pas coupé. De cette façon, le signal est reçu par le récepteur entre les impuisions donc pendant la quasi-totalité du temps. Avec un code aléatoire de modulation tel qu'utilisé dans les récepteurs de type GPS ou GALILEO, ces trous dans la bande de réception de courte durée ne produisant pratiquement pas d'erreur de mesure dans le récepteur. La probabilité de bloquer complètement le signal reçu est quasiment nulle par rapport au dispositif de " puise blanking " de l'art antérieur qui supprime la totalité du signal reçu par le récepteur pendant la lo durée des signaux puisés. 9 2834563 REVENDICATIONS 1. Procédé de suppression de signaux puisés notamment de type DME ou TACAN présents dans les signaux radioélectriques reçus (Ue) par un récepteur radiofréquences, caractérisé en ce que la bande de fréquences de réception du récepteur est découpée en sous-bandes de fréquences correspondant aux canaux d'émission des signaux puisés, en ce que l'on o détecte la présence des signaux puisés et le canal d'émission desdits signaux puisés dans les sous-bandes de fréquences, et en ce que l'on filtre, pendant la durce du signal puisé, la sous-bande de fréquence comportant les signaux puisés détectés, pour éliminer lesdits signaux puisés. 2. Procédé de suppression de signaux puisés selon la revendication 1, caractérisé en ce que le découpage de la bande de fréquence de réception est effectué par une batterie de filtres de détection (FD1, FD2,....FD20) adaptés à la forme d'onde. zo 3. Procédé de suppression de signaux puisés selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque signal en sortie du filtre de détection (FD1, FD2,....FD20), attaque un respectif dispositif de détection (DD1, DD2,.... DD20) pour chaque sous-bande. 4. Procédé de suppression de signaux puisés selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la batterie de filtres de détection (FD1, FD2,....FD20) est une batterie de filtres passe-bande. 5. Procédé de suppression de signaux puisés selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la batterie de filtres de détection (FD1, FD2,....FD20) est une batterie de filtres à réponse impuisionnelle ad aptée à la forme d e l' i nterférence dans chaque band e. 6. Procédé de suppression de signaux puisés selon l'une des s5 revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif de détection est basé sur une simple mesure de puissance du signal en sortie du filtre de détection jo 2834563 (FD1, FD2,....FD20), cette mesure de puissance étant filtrée puis comparce à un seuil pour chaque sous-bande, la décision du dispositif de détection (DD1, DD2,.... DD20) étant déterminée pour chaque sous-bande. 7. Procédé de suppression de signaux puisés selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'à partir des informations issues des dispositifs de détection (DD1, DD2,.... DD20) on effectue un calcul Cg de gabarit de fréquences à éliminer et un calcul Cf du filtre rejecteur à utiliser, les signaux reçus (Ue), après avoir subi un retard Tr, étant traités par o un filtre adaptatif (Fa) de paramètres issus du calcul Cf du filtre rejecteur. 8. Procédé de suppression de signaux puisés selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la bande de fréquences de réception du récepteur est découpée en vingt sous-bandes. 9. Dispositif de suppression de signaux puisés notamment de type DME ou TACAN présents dans les signaux radioélectriques reçus (Ue) par un récepteur radiofréquences, la bande de fréquences de réception du récepteur étant découpée en sous-bandes de fréquences correspondant aux o canaux d'émission des signaux puisés, caractérisé en ce qu'il comporte une batterie de filtres de détection (FD1, FD2... FD20) comportant une entrée commune E1 attaquée par le signal reçu (Ue) et des sorties (S1, S2, ...S20) de canal, chaque sortie de canal attaquant un respectif dispositif permettant de filtrer et de mesurer la puissance des signaux sur chaque canal, la comparaison par rapport à un seuil permet de déterminer la présence ou non d'interférence DME dans les canaux observés. 10. Dispositif de suppression de signaux puisés selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque sortie de canal (S1, S2,...S20) attaque un respectif dispositif de détection (DD1, DD2,..., DD20), les décisions du dispositif de détection permettant de déterminer les sorties de filtres d'isolation (Fl1, Fl2,....FI20) respectif à chaque canal à utiliser dans le résultat du filtrage au travers de respectifs interrupteurs (11, 12,... , 120) commandés par leur respectifs dispositifs de détection (DD1, DD2,.... DD20), le signal reçu (Ue) étant retardé par un retard Tr avant d'attaquer les ' 2834563 filtres d'isolation, le résultat de l'isolation étant la somme, par le sommateur Sm. des signaux en sortie des filtres d'isolation. 11. Procédé de suppression de signaux puisés selon la revendication 10, caractérisé en ce que les fonctions de transfert des filtres d'isolation (Fl1, Fl2,....FI20) sont complémentaires. 12. Dispositif de suppression de signaux puisés selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque sortie (S1, S2,...S20) de canal des filtres de détection attaquent d'une part, un respectif dispositif de détection et d'isolation (DDI1, DDI2,....DDI20) et, d'autre part, des respectives entrées (es1, es2,...es20) d'un sommateur Sm à travers un retard Tr et un respectif interrupteur (11, 12,..., 120) commandé par le dispositif de détection et d'isolation associé (DDI1, DDI2,..., DDI20). 13. Dispositif de suppression de signaux puisés selon la revendication 9, caractérisé en ce que la respective sortie (S1, S2,...S20) de chaque filtre de détection (FD1, FD2,..., FD20) attaque son respectif dispositif de détection (DD1, DD2,..., DD20), le signal d'entrée Ue étant appliqué d'une part aux entrées des filtres de détection et d'autre part à l'entrée d'un filtre Fad adaptatif convolutionnel de type RIF à travers le retard Tr, chaque réponse impuisionnelle (Rl1, Rl2,....RI20), correspondant à chaque bande de canal, étant appliquée à travers son respectif interrupteur (11, 12,..., 120) commandé par son respectif dispositif de détection (DD1, DD2,..., DD20), à un sommateur Sp effectuant la somme des réponses impuisionnelles, correspondant à chaque bande de fréquence, sauf celles perturbées, la reponse impuisionnelle du filtre Fad étant celle fournie par le sommateur Sp. 14. Dispositif de suppression de signaux puisés selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que l'ensemble des filtres de détection ( FD1, FD2,..., FD20) est une batterie de vingt filtres, chaque filtre ayant une bande passante Bs adaptée au signal DME/TACAN sensiblement égale à 0.3MHz..