Brevet FR2905010A1 — publié le 20080222

P-CNES-002B/FR 1 Domaine technique La présente invention concerne un procédé de réception, respectivement un récepteur pour un signal de radionavigation modulé par une forme d'onde d'étalement CBOC. Etat de la technique Les systèmes de positionnement par satellite comme GPS (Global Positioning System), Galileo, GLONASS, QZSS et autres utilisent des signaux de navigation modulés appelés en spectre étalé . Ces signaux véhiculent essentiellement des codes pseudo-aléatoires formés de séquences numériques 10 se répétant périodiquement, dont la fonction principale est de permettre un Accès Multiple à Répartition de Code (AMRC) et la fourniture d'une mesure précise du temps de propagation du signal émis par le satellite. Accessoirement, les signaux de positionnement par satellites peuvent aussi transporter des données utiles. 15 _ Dans le cas de GPS, les signaux de navigation sont transmis dans les bandes de fréquences L1, centrée sur 1575,42 MHz et L2, centrée sur 1227,6 MHz. Au cours de la modernisation de GPS, la bande L5, centrée sur 1176,45 MHz sera ajoutée. Les satellites de la constellation Galileo transmettront dans la bandes E2-L1-E1 (la portion de bande médiane L1 étant 20 la même que celle du GPS), E5a (qui, selon la nomenclature Galileo, représente la bande L5 prévue pour le GPS), E5b (centrée sur 1207,14 MHz) et E6 (centrée sur 1278,75 MHz). Les signaux de navigation sont formés par modulation des fréquences centrales (porteuses). Différents schémas de modulation sont déjà 25 implantés pour réaliser les signaux de navigation ou du moins envisagés. Pour assurer l'interopérabilité et la compatibilité entre les systèmes GPS et Galileo, les Etats-Unis d'Amérique et l'Union Européenne se sont mis d'accord sur certains points concernant les schémas de modulation des signaux dans la bande L1, utilisée par les deux systèmes. Plus de détails sur les schémas de 30 modulation proposés peuvent être tirés de la publication MBOC : The New 2905010 P-CNES-002B/FR 2 Optimized Spreading Modulation Recommended for GALILEO L1 OS and GPS L1 C , Hein et al., InsideGNSS, mai/juin 2006, pp. 57-65. L'un des schémas de modulation retenu comme candidat pour la modulation du signal Galileo OS L1 est connu sous la désignation modulation CBOC (de Composite Binary Offset Carrier ). La forme d'onde d'étalement CBOC modulant la porteuse est une combinaison linéaire d'une forme d'onde BOC(1,1) et d'une deuxième forme d'onde BOC(m,1). BOC est l'abréviation de Binary Offset Carrier . De manière générale, BOC(n,m) est une fonction du temps t définie par : BOC(n, m)(t) = C,,,(t) • sign[sin(2szfsxt)] , où Cm(t) est un code pseudo-aléatoire à rythrne de bribes (chip rate) m x 1,023 Mcps prenant les valeurs +1 ou -1 et fsc la fréquence n x 1,023 MHz. Une condition sur n et m est que le rapport 2n/m soit entier. Dans le cas du service ouvert OS (Open Service) de Galileo, le rythme de bribes est fixé à 1,023 Mcps (méga-chips per second). Une forme d'onde CBOC peut s'écrire, dans ce cas: CBOC(n1,1)(t) = V BOC(1,1)(t) + W • BOC(n1,1)(t) , où V et W sont des coefficients réels définissant la pondération relative des composantes BOC(1,1) et BOC(m,1). Dans le cas d'une forme d'onde CBOC, 20 les deux composantes BOC portent le même code pseudo-aléatoire. Une forme d'onde CBOC peut être considérée comme membre particulier d'une famille de formes d'onde composites décrite, par exemple dans la demande de brevet européenne 05 290 083.4. Le même document décrit également des procédés de réception d'un signal modulé par une forme d'onde 25 composite. Selon le premier procédé décrit, on opère la corrélation du signal entrant modulé par une forme d'onde CBOC et d'une réplique locale de cette forme d'onde CBOC. Cette solution implique, au niveau du récepteur, la génération d'une réplique CBOC. Il est donc nécessaire d'implémenter une quantification à quatre niveaux à l'entrée du corrélateur, ce qui nécessite au 30 moins une architecture à 2 bits. Selon le deuxième procédé décrit, on opère les 2905010 P-CNES-0028/FR 3 corrélations entre le signal entrant et une réplique locale de la première composante BOC, respectivement entre le signal entrant et une réplique locale de la deuxième composante BOC. Ensuite, les résultats des deux corrélations sont combinés. Dans cette solution, les répliques locales sont à un bit ce qui 5 peut être considéré comme avantageux par rapport à la première solution. Le prix à payer est un nombre d'opérations de corrélation doublé vis-à-vis de la première solution, toutes choses égales par ailleurs Objet de l'invention Un objectif de la présente invention est de proposer un nouveau 10 procédé de réception d'un signal de radionavigation modulé par une forme d'onde d'étalement composite. Description générale de l'invention Pour recevoir un signal de radionavigation modulé par une forme 15 d'onde composite, la forme d'onde composite comprenant une combinaison linéaire à coefficients réels d'une composante BOC(ni,m) et d'une composante BOC(n2,m), ni étant distinct de n2, il est proposé d'opérer une corrélation entre une forme d'onde locale et la forme d'onde composite sur un intervalle de temps de durée T. Selon un aspect important de l'invention, la forme d'onde locale est une forme d'onde binaire, formée sur ledit intervalle de temps d'une succession alternante comprenant au moins un segment de forme d'onde BOC(n1,m) et au moins un segment de forme d'onde BOC(n2,m), l'au moins un segment BOC(n1,m) ayant une durée totale de aT, a étant strictement compris entre 0 et 1, l'au moins un segment BOC(n2,m) ayant une durée totale (1-a)T. Contrairement aux procédés de réception discutés plus haut, le procédé selon l'invention n'implique pas de forme d'onde à plus de deux niveaux et ne nécessite pas un nornbre plus élevé de corrélateurs. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les composantes BOC(ni,m) et BOC(n2,m) portent un même code pseudo-aléatoire et la forme d'onde locale porte au moins une partie prédéterminée de ce code 2905010 P-CNES-002B/FR 4 pseudo-aléatoire. Les codes pseudo-aléatoires utilisés dans la radionavigation par satellites sont soit des codes entièrement prédéterminés (dans le cas d'une voie pilote), soit des codes comprenant une partie prédéterminée et une partie données (dans le cas d'une voie de données). La partie données est 5 transmise à un rythme de symboles nettement inférieur au rythme de bribes de la partie prédéterminée. Au cas où n2=1 et m=l, la combinaison linéaire est une forme d'onde CBOC(ni,1) définie par : CBOC(n1,1) = V BOC(1,1) + W BOC(n1,1) , 10 où V et W sont des coefficients réels de pondération. En ce qui concerne le candidat CBOC pour le futur signal Galileo OS L1, il a été en plus convenu que ni=6. Dans certains cas, il pourrait s'avérer avantageux, pour la réception d'un signal CBOC(ni,1), que a soit au moins approximativement égal à la valeur de référence W/(V+W). Dans d'autres cas, a inférieur ou supérieur à cette valeur 15 de référence pourrait être plus approprié. La forme d'onde locale peut comprendre une succession alternante comprenant un unique segment de forme d'onde BOC(ni,m) et un unique segment de forme d'onde BOC(n2,m). Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la succession alternante comprend une pluralité de 20 segments de forme d'onde BOC(ni,m) d'une durée totale aT et/ou une pluralité de segments de forme d'onde BOC(n2,m) d'une durée totale (1-a)T. Pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, il est proposé un récepteur adapté pour recevoir un signal de radionavigation modulé par une forme d'onde composite, la forme d'onde composite comprenant une 25 combinaison linéaire à coefficients réels d'une composante BOC(ni,m) et d'une composante BOC(n2,m), ni étant distinct de n2, le récepteur comprenant un ensemble de générateurs de forme d'onde locale et de corrélateurs pour opérer la corrélation entre la forme d'onde locale et ladite forme d'onde composite sur un intervalle de temps de durée T. Les générateurs de forme d'onde locale.sont 30 notamment configurés pour générer une forme d'onde locale binaire, formée sur ledit intervalle de temps d'une succession alternante comprenant au moins 2905010 P-CNES-0028/FR 5 un segment de forme d'onde BOC(ni,m) et au moins un segment de forme d'onde BOC(n2,m), l'au moins un segment BOC(ni,m) ayant une durée totale de aT, a étant strictement compris entre 0 et 1, l'au moins un segment BOC(n2,m) ayant une durée totale (1-a)T. 5 Selon un mode de réalisation préféré, le récepteur comprend une unité de commande agissant sur les générateurs de forme d'onde locale de manière à influencer (a) l'ordre temporel du ou des segments BOC(ni,m) et du ou des segments BOC(n2,m) et/ou (b) la durée du ou des segments BOC(ni,m) et du ou des segments BOC(n2,m). Ce mode de réalisation est particulièrement 10 avantageux pour un récepteur adaptés aux futurs signaux Galileo OS L1 et `GPS L1 C. En effet, la modulation prévue pour ce dernier signal est une modulation BOC multiplexée dans le temps (TMBOC, Time-Multiplexed BOC) ayant une composant BOC(1,1) et une composante BOC(6,1). Si la modulation retenue pour Galileo OS L1 est une modulation CBOC(6,1), alors il sera 15 possible de recevoir les deux signaux par le même récepteur. En jouant sur l'ordre temporel des segments BOC(1,1) et BOC(6,1) et/ou sur leur durée, l'unité de commande peut optimiser la forme d'onde locale pour la réception soit du TMBOC de GPS, soit du CBOC de Galileo. Brève description des dessins 20 Un mode de réalisation préféré de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels Fig. 1: est une représentation temporelle d'une forme d'onde CBOC(6,1) ; Fig. 2: est une représentation d'une corrélation entre une forme d'onde 25 BOC(1,1) et une forme d'onde BOC(6,1) ; Fig. 3: est une représentation d'autocorrélations de deux formes d'onde CBOC(6,1) ayant des facteurs de pondération différents ; Fig. 4: est une représentation temporelle d'une forme d'onde binaire locale pouvant être utilisée dans un procédé selon l'invention ; 2905010 P-CNES-002B/FR 6 Fig. 5 : montre une comparaison entre la fonction d'autocorrélation d'un CBOC(6,1,1/11) et la fonction de corrélation entre un CBOC(6,1,1/11) et une forme d'onde locale binaire comme illustrée à la figure 4 ; Fig. 6: montre différentes fonctions de corrélation entre un 5 CBOC(6,1,2/11) et une forme d'onde locale binaire ; Fig. 7: est une représentation de la dégradation du rapport C/No en fonction du paramètre a, dans les cas des CBOC(6,1,1/11) et CBOC(6,1,2/11) ; Fig. 8 : montre une comparaison de l'enveloppe d'erreurs due aux multitrajet dans le cas où la forme d'onde locale est une forme d'onde composite 10 CBOC(6,1) et de l'enveloppe d'erreurs due aux multi-trajet dans le cas où la forme d'onde locale est une forme d'onde binaire comme illustrée à la figure 4 ; Fig. 9 : est un schéma d'un récepteur adapté à la réception d'un signal composite. Description d'une exécution préférée La figure 1 montre une forme d'onde CBOC(6,1) 10, définie par : CB'OC(6,1)(t) = V • BOC(1,1)(t) -W BOC(6,1)(t) où V et W sont les facteurs de pondération. Nous utiliserons dans la suite les notations suivantes : BOC(1,1)(t) = C p (t) • x(t) et BOC(6,1)(t) = Cp (t) • y(t) , où Cp(t) représente le code pseudo-aléatoire commun aux deux composantes. Pour le signal Galileo OS L1, on envisage différentes valeurs de V et de W, qui dépendent du schéma de multiplexage de ce signal. On trouvera plus de détails dans l'article de Hein et al. dans InsideGNSS, dont la référence 25 complète est indiquée dans l'introduction. Pour introduire certaines notations et mieux expliquer les avantages de l'invention, nous discuterons dans la suite une méthode de poursuite du signal CBOC 10 dont le principe a été décrit dans la demande de 15 20 2905010 P-CNES-0028/FR 7 brevet européenne 05 290 083.4. Dans cette méthode, il y a deux corrélations à effectuer en parallèle: une avec une réplique locale BOC(1,1) et une avec une réplique locale BOC(6,1). Les répliques locales sont les suivantes (t) = Cp (t)x(t)cos(2T fot + (b) , 5 5Q1 (t) = Cp (t)x(t)sin(2nfot + , s12 (t) = Cp (t)y(t)cos(27zfot + , sQZ (t) = Cp (t) y(t)sin(2Tfot + , où les indices I et Q marquent les composantes en phase et en quadrature de phase des répliques locales, fo est la fréquence de la porteuse 10 et une phase. Comme corrélation du signal CBOC avec sil, on obtient : T Il = fsil(tù)CBOC (tù7 , 0 T = !Cp (t ù î)x(t ù î)cos(2TCfot + iCp (t ù 7){V x(t r) -- W y(t ù 7)}cos(27fot + 0)dt , 0 I E _ (VRaoc(1,1 ) ~ET )ù WRaoc(1,1)!aoc(6,I) (5 ))cos(so) , 15 où est la phase du code pseudo-aléatoire du signal réplique local, estimée de la phase i du code pseudo-aléatoire du signal reçu, la phase de la porteuse du signal réplique local, estimée de la phase 0 de la phase de la porteuse du signal reçu, T la durée de l'intervalle d'intégration, RBoc(l,1) la fonction d'autocorrélation d'une forme d'onde BOC(1,1), RBOC(1,1),BOC(6,1) la fonction de 20 corrélation entre une forme d'onde BOC(1,1) et une forme d'onde BOC(6,1), sT =ùr et so =Où. De la même façon, nous pouvons écrire : Qi = (VRBoc(i,l) (ET )ù WRaoc(I,1)/BOC(6,1) ~T ))Sin(s0) , I2 = (VRBOC(1,1)/BOC(6,1) (T ) ù WRBOC(6,1) (sT ))cos(go) , 2905010 P-CNES-002B/FR 8 Q2 =(VRBOC(i,l)/BOC(6,I)(sr)ùWRaoc(6,1 (5 ))sin(s,), où RBOC(6,l) est l'autocorrélation d'une forme d'onde BOC(6,1). En recombinant les corrélations et en utilisant le fait que la corrélation entre une forme d'onde BOC(1,1) et une forme d'onde BOC(6,1) est 5 symétrique comme montré à la figure 2, on retrouve la fonction d'autocorrélation d'une forme d'onde CBOC : I = VII ù WIZ = (V ZRaoc(i,l) (e ) + W ZRaoc(6,i) ~sr) û 2VWRaoc(i,inaoc(6,i) ( ))cos(s≠) et Q = VQ1 û WQz = (V 2RBOC(1,1) \r) + W 2RBOC(6,l) \r) û 2VWRBOC(1,1/)aoc(6,1) (ET))sin(s0) . Des autocorrélations 12, 14 de deux formes d'onde CBOC sont 10 montrées à la figure 3. Assumant que les voies de données et pilote portent chacune 50% de la puissance du signal, les indices 1/11 et 2/11 indiquent le schéma de multiplexage utilisé pour le signal de radionavigation et font référence à une certaine pondération des composantes BOC(1,1) et BOC(6,1). Pour CBOC(6,1,1/11), on a V=0,383998 et W=0,121431 ; pour CBOC(6,1,2/11), 15 on a V=0,358235 et W=0,168874. Le numéro de référence 12 marque la fonction d'autocorrélation dans le cas du CBOC(6,1,1/11) et le numéro de référence 14 marque la fonction d'autocorrélation dans le cas du CBOC(6,1,2/11). L'inconvénient de la méthode décrite ci-dessus est le nombre de 20 corrélateurs nécessaires pour sa mise en oeuvre. La présente invention propose, pour recevoir la forme d'onde CBOC(6,1) 10 définie ci-dessus, d'effectuer la corrélation du signal entrant avec un signal local multiplexé dans le temps 16 qui comprend un segment ou des segments de pur BOC(1,1) et un segment ou des segments de pur BOC(6,1). La figure 4 montre une 25 représentation temporelle d'une forme d'onde locale sLoc(t), qui présente un segment de forme d'onde BOC(6,1) 18 au début de l'intervalle d'intégration et un segment de forme d'onde BOC(1,1) 20 à la fin de l'intervalle d'intégration. La forme d'onde locale 16 n'a que deux valeurs (forme d'onde binaire) et peut donc être codée sur un bit. La forme d'onde locale 16 porte la partie connue du :30 code pseudo-aléatoire modulant le signal CBOC(6,1). On peut reconnaître des 2905010 P-CNES-0028/FR 9 transitions de la valeur du code pseudo-aléatoire aux abscisses 4,07 et 4,11 de la figure 4. On notera que la forme d'onde locale 16 se distingue nettement de la forme d'onde composite modulant le signal de radionavigation 10 entrant. Notons T la durée de l'intervalle d'intégration, aT la durée totale 5 du ou des segments 18 de pur BOC(6,1), avec 0 Revendications 1. Procédé de réception d'un signal de radionavigation modulé par une forme d'onde composite, la forme d'onde composite comprenant une combinaison linéaire à coefficients réels d'une composante BOC(ni,m) et d'une composante BOC(n2,m), ni étant distinct de n2; dans lequel on opère une corrélation entre une forme d'onde locale et ladite forme d'onde composite sur un intervalle de temps de durée T, caractérisé en ce que la forme d'onde locale est une forme d'onde binaire, formée sur ledit intervalle de temps d'une succession alternante comprenant au moins un segment de forme d'onde BOC(ni,m) et au moins un segment de forme d'onde BOC(n2,m), l'au moins un segment BOC(ni,m) ayant une durée totale de a T, a étant strictement compris entre 0 et 1, l'au moins un segment BOC(n2,m) ayant une durée totale (1-a)T. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les composantes BOC(ni,m) et BOC(n2,m) portent un même code pseudo-aléatoire et dans lequel la forme d'onde locale porte au moins une partie prédéterminée de ce code pseudo-aléatoire. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel n2=1 et m=1, la combinaison linéaire étant donc une forme d'onde CBOC(ni,1) définie par : CBOC(nl,1) = V • BOC(1,1) + W BOC(n1,1) , où V et W sont des coefficients réels de pondération. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel n1=6. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel a est au moins approximativement égal à W/(V+W). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel ladite forme d'onde locale est formée sur ledit intervalle de temps d'une succession alternante comprenant une pluralité de segments de forme d'onde BOC(ni,m) d'une durée totale aT et/ou une pluralité de segments de forme d'onde BOC(n2,m) d'une durée totale (1-a)T. 7. Récepteur adapté pour recevoir un signal de radionavigation modulé par une forme d'onde composite, la forme d'onde composite comprenant une 2905010 P-CNES-002B/FR 15 combinaison linéaire à coefficients réels d'une composante BOC(ni,m) et d'une composante BOC(n2,m), ni étant distinct de n2, le récepteur comprenant un ensemble de générateurs de forme d'onde locale et de corrélateurs pour opérer la corrélation entre la forme d'onde 5 locale et ladite forme d'onde composite sur un intervalle de temps de durée T, le récepteur étant caractérisé en ce que les générateurs de forme d'onde locale sont configurés pour générer une forme d'onde locale binaire, formée sur ledit intervalle de temps d'une succession alternante comprenant au 10 moins un segment de forme d'onde BOC(ni,m) et au moins un segment de forme d'onde BOC(n2,m), l'au moins un segment BOC(ni,m) ayant une durée totale de aT, a étant strictement compris entre 0 et 1, l'au moins un segment BOC(n2,m) ayant une durée totale (1-a)T. 8. Récepteur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une 15 unité de commande agissant sur les générateurs de forme d'onde locale de manière à influencer un ordre temporel du ou des segments BOC(ni,m) et du ou des segments BOC(n2,m), et/ou la durée du ou des segments BOC(ni,m) et du ou des segments 20 BOC(n2,m). 9. Récepteur selon la revendication 7 ou 8, dans lequel nl=6, n2=1 et m=1. 10. Utilisation d'un récepteur selon l'une quelconque des revendications 7 à 9 pour recevoir un signal de radionavigation modulé par une forme d'onde composite, la forme d'onde composite comprenant une combinaison 25 linéaire à coefficients réels d'une composante BOC(ni,m) et d'une composante BOC(n2,m), ni étant distinct de n2.