Brevet FR2869741A1 — publié le 20051104

PROCEDE DE TRANSMISSION D'UN SIGNAL DE RADIONAVIGATION QUI COMPREND DEUX VOIES L'invention concerne la transmission d'un signal de radionavigation. La radionavigation par satellites permet d'obtenir la position d'un 5 récepteur à partir de signaux émis par des satellites. Dans les systèmes de radionavigation actuels tels que les systèmes GPS (acronyme de l'expression anglo-saxonne Global Positionning System ) ou GLONASS, les satellites émettent un seul signal par fréquence, constitué d'une porteuse modulée par un code d'étalement connu, à haute fréquence (quelques MHz), et par des données a priori inconnues, à basse fréquence (50 Hz typiquement). Pour des raisons de robustesse et d'intégrité de la restitution des données reçues, les futurs systèmes de radionavigation tels que le GPS perfectionné ou le système GALILEO, utiliseront pour un signal de radionavigation, deux voies l'une appelée voie données, l'autre voie pilote: - la voie données correspond au signal traditionnel constitué d'une porteuse modulée par un code d'étalement connu et par des données, la voie pilote est un signal produit comme le signal traditionnel constitué d'une porteuse de même fréquence que celle de la voie données, modulée par un code d'étalement connu mais non modulée par des données. On choisit généralement un code dont la période est longue. Cela permet de diminuer les intercorrélations entre les codes d'un satellite à l'autre et donc de mieux différencier les satellites entre eux. Cela présente en outre l'avantage de mieux lutter contre les interférences à bande étroite. Dans la pratique, le code est le produit d'un code primaire par un code secondaire notamment pour la raison suivante. La durée d'acquisition du signal à la réception est proportionnelle à la longueur du code: lorsque le code est le produit d'un code primaire par un code secondaire, l'acquisition peut être réalisée à partir du seul code primaire, ce qui réduit considérablement la durée d'acquisition. Pour distinguer les deux voies, une solution consiste à utiliser des codes d'étalement primaire et secondaire de la voie donnée décorrélés par rapport à ceux de la voie pilote. 2869741 2 A la réception, un récepteur est ainsi capable d'isoler les deux voies d'un signal de radionavigation, ce qui permet de réaliser au moyen de corrélateurs les deux opérations indépendantes suivantes: - réaliser une mesure précise et robuste de la phase de la 5 porteuse sur la voie pilote sans être gêné par les données, - connaissant la phase, démoduler les données de manière non ambiguë sur la voie données. L'inconvénient de cette technique utilisant deux voies est qu'elle nécessite plus de composants dans l'émetteur et dans le récepteur, 1 o notamment plus de corrélateurs, d'où un coût plus élevé. En outre l'utilisation combinée des deux voies pour la recherche d'énergie lors de la phase d'acquisition nécessite une sommation non cohérente des énergies recueillies sur chacune des voies: cela provoque une perte de 3 dB du rapport signal sur bruit, par rapport au cas où l'on aurait toute l'énergie sur une seule voie. Cette perte induit un temps d'acquisition plus long et un seuil d'acquisition dégradé. Un but important de l'invention est donc d'améliorer les futurs systèmes de radionavigation utilisant deux voies, en réduisant leur coût et en 20 augmentant leurs performances lors de la phase d'acquisition. Pour atteindre ce but, l'invention propose un procédé de transmission d'un signal de radionavigation qui comprend deux voies, chacune de ces voies comportant une porteuse de même fréquence modulée par un code primaire et un code secondaire, principalement caractérisé en ce que le code primaire est commun aux deux voies, et le code secondaire d'une voie est décorrélé du code secondaire de l'autre voie. De préférence, une voie est modulée par des données et l'autre voie n'est pas modulée par des données. L'invention concerne également un émetteur d'un signal de radionavigation qui comporte un premier générateur de code primaire, un premier générateur de code secondaire et un générateur de données, destinés à générer un premier signal modulé par des données et un deuxième générateur de code primaire et un deuxième générateur de code secondaire, destinés à générer un deuxième signal. Le premier générateur de code primaire est identique au deuxième générateur de code primaire et 2869741 3 le premier générateur de code secondaire est distinct du deuxième générateur de code secondaire de manière à ce que les codes secondaires générés soient décorrélés entre eux. Le générateur de code primaire est de préférence commun aux 5 deux voies, ce qui réduit le nombre de composants par rapport à l'émetteur de l'art antérieur et diminue donc le coût de l'émetteur. L'invention a aussi pour objet un récepteur d'au moins un signal de radionavigation, qui comprend un canal de réception pour chaque signal de radionavigation, le récepteur comportant pour chaque canal de réception, au moins un générateur de code primaire, des générateurs de code secondaire, ces générateurs étant destinés à démoduler par ces codes primaire et secondaire le signal reçu, caractérisé en ce que pour chaque canal de réception, les générateurs de code primaire sont identiques entre eux et les générateurs de code secondaire sont distincts entre eux de manière à ce que les codes secondaires générés soient décorrélés entre eux. Le générateur de code primaire est de préférence commun aux deux voies, ce qui réduit le nombre de composants et diminue donc le coût du récepteur. De plus la sommation des signaux sur les deux voies est une sommation cohérente puisque déjà faite au travers de la corrélation par le code commun local. Cela permet ainsi d'éviter la perte de 3 dB due à une sommation non cohérente, de réduire à la réception le temps d'acquisition et d'obtenir un meilleur seuil d'acquisition. Selon une caractéristique de l'invention, les générateurs de code primaire d'un canal de réception sont respectivement distincts des générateurs de code primaire d'un autre canal de réception de manière à ce que les codes primaires générés pour un canal de réception soient décorrélés des codes primaires générés pour un autre canal de réception. De préférence, les générateurs de code secondaire d'un canal de réception sont respectivement identiques aux générateurs de code secondaire d'un autre canal de réception. 2869741 4 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels: les figures 1 a et 1 b représentent schématiquement des exemples 5 de codes primaires et secondaires respectivement utilisés pour une voie pilote et une voie données, les figures 2a et 2b représentent respectivement les signaux sp et sd avant modulation par les porteuses P, de même fréquence pour les deux voies, et les signaux Sd et Sp des voies données et pilote modulés par la porteuse P et qui vont être transmis, la figure 3 représente schématiquement les principaux composants d'un émetteur d'une voie pilote et d'une voie données, selon l'art antérieur, la figure 4 représente schématiquement un exemple de récepteur 15 selon l'art antérieur, la figure 5a illustre schématiquement un intervalle d'intégration, la figure 5b illustre schématiquement la fonction d'autocorrélation d'un code primaire, la figure 6 représente schématiquement les principaux 20 composants d'un émetteur d'une voie pilote et d'une voie données, selon l'invention, la figure 7 représente schématiquement un exemple de récepteur selon l'invention. Les exemples des figures 1 a et 1 b illustrent une solution connue pour distinguer les deux voies, qui consiste à utiliser des codes d'étalement primaire et secondaire de la voie donnée respectivement décorrélés par rapport à ceux de la voie pilote. Le code de la voie pilote est le produit d'un code primaire CPp de période Tpp par un code secondaire CSp de période Tsp et est désigné sp. Le code de la voie données est le produit d'un autre code primaire CPd de période Tpd par un code secondaire CSd de période Tsd. Ce code est lui- même multiplié par des données D constituées d'une suite de symboles, de durée Dd; le signal obtenu est désigné sd. 2869741 5 Ces signaux sp et sd sont respectivement représentés figures 2a et 2b ainsi que les porteuses P, de même fréquence pour les deux voies, et qui dans l'exemple de la figure sont en quadrature de phase (l'une est en sinus, l'autre en cosinus) de façon à ce que la somme des énergies des voies données et pilote présente une enveloppe constante. Enfin on a représenté sur ces figures, les signaux Sd et Sp des voies données et pilote modulés par la porteuse P et qui vont être transmis après amplification. Ces signaux sont de la forme: Sp = Ap. sin(wt) . CPp (t) . CSp (t), Sd = Ad. cos(wt) . CPd (t) . CSd (t) . D(t) Sémis = Sp + Sd Ap et Ad étant les coefficients d'amplification d'amplificateurs Ap et Ad 15 représentés figure 3. On a représenté figure 3, les principaux composants d'un émetteur d'une voie pilote et d'une voie données. Il comprend pour la voie pilote, un générateur Gp de porteuse P, un générateur Gcpp de code primaire, un générateur Gcsp de code secondaire, des multiplicateurs M et un amplificateur Ap, qui produisent un signal pilote Sp; il comprend pour la voie données, un générateur Gp de porteuse de même fréquence que celle de la voie pilote, un générateur Gcpd de code primaire, un générateur Gcsd de code secondaire, des multiplicateurs M et un amplificateur Ad, qui produisent un signal données Sd. Un sommateur E permet d'effectuer une sommation de ces signaux Sp+Sd avant qu'ils ne soient émis. Dans la suite, on considèrera pour simplifier le cas particulier où Ap=Ad=1. A la réception, un récepteur est capable d'isoler les deux voies. 30 Un exemple de récepteur est représenté figure 4. Le signal reçu est amplifié et échantillonné ; il est de la forme Sreçu(t) = Sémis(t) + Sperturbations(t) Un multiplicateur complexe Mp permet alors d'éliminer la porteuse en multipliant le signal échantillonné par le signal complexe e-i('t+l') issu d'une boucle d'asservissement de la porteuse qui comprend notamment de 2869741 6 manière classique un intégrateur NCO (acronyme de l'expression anglo-saxonne Numerically Controlled Oscillator ). Le signal obtenu est alors corrélé d'une part à un code primaire local de la voie pilote, et d'autre part à un code primaire local de la voie données, au moyen d'un ou deux multiplicateurs complexes (voire plus) par voie, chaque multiplicateur complexe étant associé à un intégrateur complexe I; les multiplicateurs sont respectivement désignés Mcpp et Mcpd. Sur la figure on a représenté deux multiplicateur-intégrateurs par voie, car chaque voie qui est elle-même divisée en deux sous-voies, est basée soit sur un mode de corrélation dit Avance-Retard , soit sur un mode de corrélation dit Ponctuel-Delta . Pour chaque voie, chacun des signaux obtenus est intégré par intervalles au moyen des intégrateurs I. Les codes primaires sont respectivement issus d'une boucle d'asservissement de code qui comprend notamment un générateur Gcpp de code primaire local pour la voie pilote, un générateur Gcpd de code primaire local pour la voie données et un intégrateur NCO. On rappelle que les intégrateurs NCO fournissent à partir des commandes de vitesse mises à jour par la boucle d'asservissement à une fréquence inférieure à 1 KHz, la phase de la porteuse ou du code produite à la fréquence d'échantillonnage, soit quelques MHz. On obtient en sortie des intégrateurs I, le signal zp pour la voie pilote et le signal Zd pour la voie données: zp(n) = 1/T 1 [nT, (n+1)T] Sreçu(t) . CPp (t+i) dt Zd(n) = 1/T 1 [nT, (n+1)T] Sreçu(t) . el(wt+p) CPd (t+T) dt L'intervalle d'intégration correspond à un chip (bit) de code secondaire comme illustré figure 5a. En remplaçant Sreçu par Sp + Sd+ Sperturbations, on obtient pour zp: zp(n) = 11T f [nT, (n+1)T] Sp (t) e](wt+O) CPp (t+'L) dt (1) + 1/T [nT, (n+1)T] Sd (t) . e'('+' . CPp (t+t) dt (2) +1/T J [nT, (n+i)T] Sperturbations(t) . e1(wt+p} CPp (t+'C) dt (3) (1) = 1/T l [nT, (n+1)T] . sin(wt) . CPp (t) . CSp (t) . ei(wt+o CPp (t+z) dt (2) = 11T! [nT, (n+1)T] COS(wt) . CPd (t) . CSp (t) . CPp(t+z) dt (3) = bruit Concernant le terme (1), on désigne: Rp(ti) = 1/T f [nT, (n+1) T] CPpilote(t) É CPpilote(t+i) dt Rp(i) est utilisé pour l'asservissement du code. Le code est parfaitement asservi lorsque Rp(T=0) =1, comme indiqué figure 5b. Le terme (2) est nul puisque les codes primaire données CPd et primaire pilote CPp sont décorrélés. En désignant nT+ la valeur suivant la transition nT (cf figure 5a), on obtient finalement: zp(n) = 1/2 e]()_'t/2) Rp(ti) CSp (nT+) + bruit On obtient de la même façon pour zd: Zd (n) = 1/2 e' Rd(ti) CSd (nT+) . D(nT+ )+ bruit On a éliminé la modulation par la porteuse et, dans la mesure où Rp(i) et Rd(r) sont des constantes, on a également éliminé la modulation par les codes primaires. On conserve la modulation par les codes secondaires venant du signal reçu, et par les données. Pour la voie pilote les signaux sont alors corrélés à un code secondaire local de la voie pilote au moyen d'un multiplicateur complexe Mcsp associé à un intégrateur complexe I; pour la voie données, les signaux sont corrélés à un code secondaire local de la voie données au moyen d'un multiplicateur complexe Mcsd associé à un intégrateur complexe I. Ces codes secondaires CSp et CSd sont issus d'une boucle d'asservissement de code qui comprend notamment un générateur Gcpp de code secondaire local pour la voie pilote et un générateur Gcsd de code secondaire local pour la voie données. On obtient: Zp (m) = 1/N E n=mN à (m+1)N Zp (n)) . CSp (nT+) Zd (m) = 1/N n=mN à (m+1)N Zd (n) . CSd (nT+) Zp (m) = e]( +'r'2) Rp(ti) + bruit Zd (m) = e''l' Rd(i). D(mNT)+ bruit 2869741 8 On a éliminé la modulation par les codes secondaires. Il reste uniquement la modulation par les données. Le procédé selon l'invention consiste à utiliser un code d'étalement primaire identique pour les deux voies pilote et données, avec deux codes d'étalement secondaires distincts et décorrélés pour distinguer les deux voies. On a représenté figure 6, les principaux composants d'un émetteur d'une voie pilote et d'une voie données, selon l'invention. Il comprend un générateur Gcp de code primaire CP identique pour les deux voies. On a donc CPp=CPd=CP. Il comprend pour la voie pilote, un générateur de porteuse Gp et un générateur Gcsp de code secondaire qui, utilisés avec le générateur Gcp de code primaire, des multiplicateurs M et un amplificateur Ap, produisent un signal pilote Sp. Il comprend pour la voie données, un générateur Gp de porteuse de même fréquence que celle de la voie pilote, et un générateur Gcsd de code secondaire qui, utilisés avec le même générateur Gcp de code primaire, des multiplicateurs M et un amplificateur Ad, produisent un signal données Sd. Un sommateur E permet d'effectuer une sommation de ces signaux Sp+Sd avant qu'ils ne soient amplifiés puis émis. Le générateur Gcp de code primaire est de préférence commun aux deux voies, ce qui divise par 2 le nombre de générateurs de code primaire par rapport à l'émetteur de l'art antérieur et diminue donc le coût de l'émetteur. Un exemple de récepteur est représenté figure 7. Le signal reçu est amplifié et échantillonné ; il est de la forme Sreçu(t) = Sémis(t) + Sperturbations(t) Un multiplicateur complexe Mp permet d'éliminer la porteuse en multipliant le signal échantillonné par le signal complexe e"'('t) issu d'une boucle d'asservissement de la porteuse qui comprend un intégrateur NCO. Le signal obtenu est alors corrélé à un code primaire CP local identique pour les deux voies, au moyen d'un ou deux multiplicateurs complexes (voire plus) désignés Mcp, chaque multiplicateur complexe étant associé à un intégrateur complexe I. Sur l'exemple de la figure on a représenté deux corrélateurs 2869741 9 (c'est-à-dire deux multiplicateur-intégrateurs). Les intégrations sont réalisées par intervalles. On obtient en sortie des intégrateurs I, un signal: z(n) = 1/T J [nT, (n+ 1)T] Sreçu(t) . . CP (t+ti) dt avec CPp=CPd=CP En remplaçant Sreçu par Sp(t) + Sd(t)+Sperturbations(t), on obtient alors: z(n) = ['Ap e]('"72) CSp (nT+) + 1hAd e]'l' CSd(nT+).D(nT+) ] R(i) + bruit 10 avec R(t) = 1/T J [nT, >1)T] CP (t) . CP (t+t) dt On a ainsi éliminé la modulation par la porteuse et le code primaire. On conserve la modulation par les codes secondaires venant du 15 signal reçu, et par les données. Ce code CP est issu d'une boucle d'asservissement qui comprend notamment un générateur de code primaire local identique pour les deux voies Gcp et un intégrateur NCO. Bien sûr, le générateur Gcp de code primaire est de préférence commun aux deux voies, ce qui divise par 2 le nombre de générateurs et de corrélateurs (c'est-à-dire de multiplicateur-intégrateur) par rapport au récepteur de l'art antérieur et diminue donc le coût du récepteur. En outre après la corrélation par le code primaire identique pour les deux voies on récupère un seul signal démodulé, dont la puissance est égale à la somme des puissances des deux voies. Cela évite une sommation non cohérente des signaux après corrélation par les codes primaires et permet ainsi d'éviter la perte de 3 dB de rapport signal sur bruit à la réception. Pour la voie pilote les signaux sont alors corrélés à un code secondaire local CSp de la voie pilote au moyen d'un multiplicateur complexe Mcsp associé à un intégrateur I complexe; pour la voie données, les signaux sont corrélés à un code secondaire local CSd de la voie données au moyen d'un multiplicateur complexe Mcsd associé à un intégrateur complexe L Ces codes secondaires sont décorrélés entre eux pour dissocier les voies; ils sont respectivement issus d'une boucle d'asservissement de code qui comprend notamment un générateur Gcpp de code secondaire local pour la 2869741 10 voie pilote et un générateur Gcsd de code secondaire local pour la voie données. On obtient: Zp(m) = 1/N E n=mN à (m+1)N z(n) É CSp (nT+) Zd (m) = 1/N n=mN à (m+1)N z(n) . CSd (nT+) Comme CSp (nT+). CSp (nT+) = 1, on obtient: Zp (m) = e'4'12 R(t) + bruit Zd (m) = R(t). D(mNT) + bruit On retrouve le même résultat que dans le cas où les codes primaires sont distincts, à condition que les codes secondaires soient 15 décorrélés. On a décrit l'invention dans le cas d'un signal de radionavigation émis par un satellite. On peut l'étendre à plusieurs satellites émettant chacun un signal de radionavigation sur la même porteuse. Chaque signal est tel que décrit précédemment et comprend une contrainte supplémentaire: d'un signal à l'autre, les codes primaires sont respectivement décorrélés de façon à faciliter l'acquisition et de préférence les codes secondaires sont respectivement identiques. Cela s'applique notamment aux applications utilisant la technique CDMA (acronyme de l'expression anglo-saxonne Code Division Multiple Access ) . Dans ce cas, le récepteur comprend un canal de réception par satellite, c'est-à-dire autant de canaux de réception que de signaux de radionavigation. Pour chaque canal de réception, le récepteur comprend les éléments tels que ceux décrits en relation avec la figure 7. De manière générale le signal de radionavigation provient d'un ou 30 plusieurs satellites. Il peut aussi provenir d'un ou plusieurs pseudolites. 11 REVENDICATIONS 1. Procédé de transmission d'un signal de radionavigation qui comprend deux voies, chacune de ces voies comportant une porteuse de même fréquence modulée par un code primaire et un code secondaire, caractérisé en ce que le code primaire est commun aux deux voies, et le code secondaire d'une voie est décorrélé du code secondaire de l'autre voie. 2. Procédé de transmission d'un signal de radionavigation selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une voie est modulée par des 1 o données et l'autre voie n'est pas modulée par des données. 3. Procédé de transmission d'un signal de radionavigation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la porteuse d'une voie est en phase ou en quadrature avec la porteuse de l'autre voie. 4. Procédé de transmission d'un signal de radionavigation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal de radionavigation est émis par un satellite ou un pseudolite. 5. Procédé de transmission d'un signal de radionavigation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le signal de radionavigation est émis par plusieurs satellites ou pseudolites sur une porteuse de même fréquence et en ce que le code primaire du signal émis par un satellite ou pseudolite est décorrélé du code primaire du signal émis par un autre satellite ou pseudolite. 6. Procédé de transmission d'un signal de radionavigation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les codes secondaires de l'une et l'autre voie du signal émis par un satellite ou pseudolite sont respectivement identiques aux codes secondaires de l'une et l'autre voie du signal émis par un autre satellite ou pseudolite. 2869741 12 7. Emetteur d'un signal de radionavigation comportant un premier générateur de code primaire, un premier générateur de code secondaire et un générateur de données, destinés à générer un premier signal modulé par des données et, un deuxième générateur de code primaire et un deuxième générateur de code secondaire, destinés à générer un deuxième signal, caractérisé en ce que le premier générateur de code primaire est identique au deuxième générateur de code primaire et le premier générateur de code secondaire est distinct du deuxième générateur de code secondaire de manière à ce que les codes secondaires générés soient décorrélés entre 1 o eux. 8. Emetteur d'un signal de radionavigation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le deuxième signal n'est pas modulé par des données. 9. Récepteur d'au moins un signal de radionavigation, qui comprend un canal de réception pour chaque signal de radionavigation, le récepteur comportant pour chaque canal de réception, au moins un générateur de code primaire, des générateurs de code secondaire, ces générateurs étant destinés à démoduler par ces codes primaire et secondaire le signal reçu, caractérisé en ce que pour chaque canal de réception, les générateurs de code primaire sont identiques entre eux et les générateurs de code secondaire sont distincts entre eux de manière à ce que les codes secondaires générés soient décorrélés entre eux. 10. Récepteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les générateurs de code primaire d'un canal de réception ne forment qu'un générateur de code primaire. 11. Récepteur selon l'une des revendications 9 à 10, caractérisé en ce que les générateurs de code primaire d'un canal de réception sont respectivement distincts des générateurs de code primaire d'un autre canal de réception de manière à ce que les codes primaires générés pour un canal de réception soient décorrélés des codes primaires générés pour un autre canal de réception. 2869741 13 12. Récepteur selon l'une des revendications 9 ou 11, caractérisé en ce que les générateurs de code secondaire d'un canal de réception sont respectivement identiques aux générateurs de code secondaire d'un autre canal de réception. 13. Récepteur selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que chaque canal de réception comporte K corrélateurs de code primaire communs aux deux voies et 2K corrélateurs de code secondaire io distincts entre les deux voies, K étant un entier supérieur ou égal à 1.