Brevet FR2967850A1 — publié le 20120525

Domaine technique Le domaine de l'invention est celui des systèmes de localisation par satellite, tels que le système GPS (« Global Positioning System »). L'invention se rapporte à l'acquisition des signaux issus de satellites d'un tel système de localisation, notamment les signaux militaires cryptés du type du signal de code P(Y) qui permettent de fournir une localisation précise (on parle alors de service PPS : « Precise Positioning Service »). Contexte de l'invention Les satellites GPS émettent au minimum sur deux porteuses L1 = 1575,42 MHz et L2 = 1227,6 MHz. Ces porteuses sont modulées par commutation de 180° de la phase (BPSK) à partir de la somme d'un code d'étalement propre à chaque satellite et du message de navigation. La porteuse L1 est modulée par un premier code dit C/A (« Coarse Acquisition » pour Acquisition grossière) et le message de navigation et en quadrature, par un second code crypté dit P(Y) et le message de navigation. La porteuse L2 est modulée par le code P(Y) et le message de navigation. L'acquisition des signaux d'un système global de navigation par satellites consiste à aligner sur le signal satellite reçu une réplique du signal recherché. La réplique est générée localement par un canal du récepteur GPS (typiquement, un récepteur GPS contient 12 canaux qui lui permettent de poursuivre simultanément douze satellites différents). On considère cet alignement réalisé lorsque le résultat de l'opération de corrélation entre le signal reçu et le signal généré, qui est intégré sur une durée plus ou moins longue suivant la puissance des interférences reçues ou pressenties, dépasse un seuil de détection. Etat de la technique Dans les premiers récepteurs militaires, l'acquisition du signal P(Y) permettant d'accéder au service de positionnement précis PPS passait par l'acquisition préalable du signal C/A. En effet, en l'absence d'information précise sur le temps d'émission du signal GPS, il suffit de tester 2046 hypothèses de code en C/A (en considérant une recherche du signal par pas de un demi-moment de code et une estimation correcte de la fréquence de la porteuse), contre 1013 pour le code P(Y), puisque le code C/A a un débit de 1,023 Mbit/s et une période de 1 ms, tandis que le code P(Y) a un débit de 10,23 Mbit/s et une période de plusieurs jours. Une fois le signal C/A accroché puis poursuivi, les informations décodées du message de navigation (le « Hand Over Word » ou HOW) permettent de reconstituer le temps d'émission du signal par rapport au début de la semaine GPS ; de cette manière, il est possible de générer une réplique locale du signal de code P(Y) suffisamment proche du signal reçu par le récepteur pour que le nombre d'hypothèses de code à tester soit limité et que l'acquisition du signal P(Y) soit possible. Dans ces premiers récepteurs militaires, l'accès au service PPS était 20 donc vulnérable : aux interférences et/ou brouilleurs interdisant l'acquisition du signal C/A; aux signaux de leurre C/A. L'augmentation de la puissance de calcul des récepteurs permet 25 aujourd'hui de tester simultanément un grand nombre d'hypothèses de code. Ceci permet de s'affranchir de l'acquisition préalable du code C/A, pour autant que l'on puisse disposer d'une estimation du temps suffisamment précise. Le document « Fast "direct-P(Y) " GPS Signal Acquisition using a 30 special portable clock » de H. Fruehauf, Proc 33rd Ann. Precise Time and Time Interval (PTTI) Meeting, 359-369, 2001 fournit un exemple de fourniture d'une telle référence de temps pour l'acquisition directe du signal P(Y), sans acquisition préalable du signal C/A. D'une manière générale, cette estimation du temps peut être obtenue par différents moyens : transfert d'informations de temps depuis un autre récepteur GPS (précisions typiques comprises entre 100 bas et 10 ms, suivant le protocole de transfert mis en oeuvre) ; entretien précis du temps sur alimentation auxiliaire (précisions typiques comprises entre 1 ms et 1 seconde, suivant la durée de la mise hors tension du récepteur et la qualité de l'horloge) ; transfert d'informations peu précises de temps depuis un autre système ou par un opérateur (précisions typiques comprises entre 1 et 10 secondes suivant la source et le protocole de transfert utilisés). Pour une milliseconde d'incertitude sur le temps d'émission du signal satellite, il faut tester jusqu'à 20 460 hypothèses de code P(Y) pour réussir l'alignement de la réplique avec le signal reçu. Pour fixer des ordres de grandeur, on peut considérer : une architecture de récepteur avec multicorrélation : il est alors possible de tester plusieurs hypothèses simultanément, suivant le nombre de corrélateurs du récepteur (typiquement 1000 corrélateurs) ; un récepteur dans un environnement brouillé : le temps nécessaire pour déterminer si la réplique est bien alignée sur le signal reçu est de l'ordre de 100 ms. On obtient alors par milliseconde d'incertitude un temps de recherche du signal P(Y) d'environ 2 secondes. Dans la mesure où l'incertitude peut aller bien au-delà d'une milliseconde (voir ci-dessus), le temps de recherche du signal peut alors atteindre plusieurs minutes. À titre de comparaison, l'acquisition du signal C/A dans un environnement non brouillé est au moins cent fois plus rapide (10 fois moins d'hypothèses de code à tester et temps nécessaire à la détection au moins dix fois plus faible), et ce quelle que soit l'incertitude de temps (puisque la période du code C/A est de une milliseconde). Problème technique On voit donc que dans un récepteur PPS, le temps pour obtenir une première position - TTFF ou « Time To First Fix » - peut être sensiblement allongé dès lors qu'on s'interdit l'utilisation des signaux civils. Vu par l'utilisateur d'un tel récepteur PPS mais coutumier des TTFF d'un récepteur civil, ce retard peut sembler rédhibitoire, surtout en l'absence de leurrage ou de brouillage. L'invention a pour objectif de réduire les TTFF d'un récepteur PPS en 15 l'absence de brouillage. A cet effet, l'invention prévoit selon un premier aspect une méthode d'acquisition directe d'un signal crypté issu d'un satellite par un récepteur d'un système de localisation par satellite, l'acquisition mettant en oeuvre une intégration de résultats de corrélation entre un signal reçu du satellite 20 et un signal de réplique généré par le récepteur, caractérisée en ce qu'elle comprend: - une première tentative d'acquisition directe du signal crypté mise en ceuvre sur une première durée d'intégration ; et, - une seconde tentative d'acquisition directe du signal crypté 25 mise en ceuvre en cas d'échec de la première tentative sur une seconde durée d'intégration supérieure à la première durée. Certains aspects préférés mais non limitatifs de cette méthode sont les suivants : - la première durée d'intégration correspond à une hypothèse d'absence 30 de brouilleurs dans l'environnement du récepteur, et la seconde durée d'intégration correspond à une hypothèse de présence de brouilleurs dans l'environnement du récepteur ; - l'hypothèse d'absence de brouilleurs prend en compte un niveau civil d'interférences tel que spécifié par exemple par des normes telle que la 5 norme RTCA/DO-229 ; - la première durée d'intégration est 10 à 15 fois plus courte que la seconde durée d'intégration ; - le récepteur exploite une estimation de temps pour initialiser l'acquisition directe du signal crypté ; 10 - la seconde tentative d'acquisition est automatiquement mise en oeuvre en cas d'échec de la première tentative d'acquisition ; - l'échec de la première tentative l'acquisition est signalé à l'utilisateur du récepteur ; - l'échec de la première tentative d'acquisition est déterminé par 15 l'absence de détection du signal crypté après avoir testé un ensemble d'hypothèses de code sur une plage temporelle de recherche couvrant l'incertitude sur le temps d'émission du signal reçu. Selon un second aspect, l'invention concerne un récepteur d'un système de localisation par satellite, comprenant un module de 20 supervision réalisant une acquisition directe d'un signal crypté issu d'un satellite, caractérisé en ce que le module de supervision est configuré pour mettre en oeuvre la méthode selon le premier aspect de l'invention. La mise en oeuvre de l'invention diminue le temps d'acquisition du signal P(Y) en l'absence de brouillage sans pour autant altérer la capacité 25 du récepteur à acquérir directement le signal P(Y) en environnement brouillé. De plus, en l'absence de brouillage et même dans un environnement bruité, l'acquisition, si elle est possible, se fait dans un temps optimal. En outre, l'échec de la tentative d'acquisition rapide constitue un 30 indicateur qualitatif de la présence de brouillage, indicateur utile pour prévenir l'utilisateur de la présence probable de brouilleurs, ainsi que pour l'avertir d'un temps d'acquisition plus long que celui observable sur un récepteur SPS (« Standard Positioning Service » mettant en oeuvre l'acquisition et la poursuite du signal C/A). Description des dessins D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention en référence à la figure 1 annexée qui représente un schéma de principe d'une acquisition directe de code P(Y) conforme à l'invention. Description détaillée La figure 1 représente l'acquisition directe du signal P(Y) selon l'invention, sans acquisition préalable du signal C/A. Cette acquisition est mise en oeuvre au sein d'un module de supervision d'un récepteur de positionnement par satellites, tels qu'un récepteur GPS PPS. La méthode d'acquisition directe du signal P(Y) selon le premier aspect de l'invention est plus particulièrement adaptée pour être mise en oeuvre lorsqu'une estimation du temps relativement précise est disponible, de préférence par la présence d'une horloge précise interne au récepteur et alimentée par une alimentation auxiliaire, afin que la durée d'acquisition ne soit pas trop longue. En effet, une incertitude sur le temps définie plus haut peut alors être estimée, notamment en prenant en compte la précision de l'horloge du récepteur GPS ainsi que son vieillissement, et cette incertitude sur le temps va alors déterminer le temps nécessaire pour réussir l'alignement de la réplique sur le signal reçu en venant pour cela tester différentes hypothèses de codes. Lorsque les conditions sont réunies pour lancer une acquisition directe du signal P(Y) (i.e. lorsque une estimation du temps relativement précise est disponible), le module de supervision du récepteur lance d'abord une première tentative d'acquisition du signal P(Y) (étape 101 sur la figure 1) en venant intégrer sur une première durée d'intégration les résultats de corrélation entre le signal reçu d'un satellite et un signal de réplique généré par le récepteur. Cette première tentative d'acquisition est une tentative rapide, par exemple réalisée sur une première durée d'intégration correspondant à une hypothèse d'absence de brouilleurs dans l'environnement du récepteur. Cette hypothèse d'absence de brouilleurs peut prendre en compte un niveau d'interférences « standards » tel que les niveaux d'interférences spécifiés dans des normes civiles (pour un récepteur aéronautique, on pourra par exemple considérer les niveaux spécifiés dans la norme RTCNDO-229). De cette manière, la première durée d'intégration est dix à quinze fois plus courte que la durée d'intégration devant être observée pour 15 détecter le signal avec un fort niveau de brouillage. L'étape 101 se poursuit jusqu'à son terme 102, qui peut être l'acquisition directe du signal P(Y), auquel cas le récepteur désormais en poursuite 103 des signaux GPS peut remplir sa fonction de détermination de la position et stoppe la recherche d'acquisition. Le terme 102 peut 20 également être le constat de l'échec de la première tentative d'acquisition directe du code P(Y), typiquement après avoir testé l'ensemble des hypothèses de code sur une plage temporelle de recherche couvrant l'incertitude sur le temps d'émission du signal satellite reçu, sans pour autant réussir à aligner la réplique sur le signal reçu. 25 Si le signal P(Y) n'a pu être acquis, le récepteur PPS pourra alors avertir (étape 104) l'utilisateur de la présence d'interférences empêchant une acquisition rapide du signal. L'utilisateur est ainsi prévenu que le TTFF sera plus long que celui classiquement attendu pour un récepteur de positionnement standard SPS (Standard Positioning Service). En outre, 30 la possibilité d'un brouillage ainsi révélée peut être souhaitable par l'information qu'elle procure sur l'environnement du récepteur. Le module de supervision du récepteur lance alors une seconde tentative d'acquisition du signal P(Y) (étape 105) en utilisant une durée d'intégration supérieure à celle de la première tentative et cohérente avec une hypothèse de présence de brouilleurs : de cette manière, le récepteur GPS reste conforme aux exigences de tenue au brouillage exigibles en opération. Cette seconde tentative d'acquisition du signal P(Y) se poursuit en boucle jusqu'à acquisition et poursuite (étape 106). De préférence, la seconde tentative d'acquisition (sous une hypothèse d'environnement avec un niveau de brouillage élevé, et donc une durée d'intégration longue) est mise en oeuvre automatiquement en cas d'échec de la première tentative d'acquisition (hypothèse d'environnement avec un niveau de bruit minimum, sans brouillage et donc une durée d'intégration rapide), c'est-à-dire sans intervention de l'utilisateur. Ainsi, la durée d'intégration des résultats de corrélation dans l'hypothèse d'un fort niveau de brouillage peut par exemple être dix à quinze fois plus longue que dans l'hypothèse de l'absence de brouilleurs. Par conséquent, la première tentative d'acquisition 101 présente une durée beaucoup plus faible que la seconde tentative d'acquisition 105. Et même en cas d'échec d'acquisition du signal lors de la première tentative 101, la durée de cette première tentative 101 reste faible et en pratique négligeable par rapport à la durée de la seconde tentative d'acquisition 105. Ainsi, dans le cas très courant d'une absence de brouilleurs, le TTFF se trouve réduit. Et dans le cas d'un environnement brouillé où la première tentative d'acquisition a échoué, le TTFF ne se trouve rallongé que d'une durée négligeable. L'exemple du signal P(Y) du système GPS est donné à fin d'illustration et n'est pas limitatif, l'invention pouvant être mise en oeuvre avec d'autres systèmes de localisation par satellite où se posent des problèmes similaires. REVENDICATIONS1. Méthode d'acquisition directe d'un signal crypté issu d'un satellite par un récepteur d'un système de localisation par satellite, l'acquisition mettant en oeuvre une intégration de résultats de corrélation entre un signal reçu du satellite et un signal de réplique généré par le récepteur, caractérisée en ce qu'elle comprend: - une première tentative d'acquisition directe du signal crypté mise en ceuvre sur une première durée d'intégration ; et, - une seconde tentative d'acquisition directe du signal crypté mise en oeuvre en cas d'échec de la première tentative sur une seconde durée d'intégration supérieure à la première durée. 2. Méthode selon la revendication 1, dans laquelle la première durée d'intégration correspond à une hypothèse d'absence de brouilleurs dans l'environnement du récepteur, et la seconde durée d'intégration correspond à une hypothèse de présence de brouilleurs dans l'environnement du récepteur. 3. Méthode selon la revendication 2, dans laquelle l'hypothèse d'absence de brouilleurs prend en compte un niveau civil d'interférences tel que spécifié par exemple par des normes telle que la norme RTCNDO-229. 4. Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la première durée d'intégration est 10 à 15 fois plus courte que la seconde durée d'intégration. 5. Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le récepteur exploite une estimation de temps pour initialiser l'acquisition directe du signal crypté. 6. Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la seconde tentative d'acquisition est automatiquement mise en oeuvre en cas d'échec de la première tentative d'acquisition. 7. Méthode selon des revendications précédentes, dans laquelle l'échec de la première tentative l'acquisition est signalé à l'utilisateur du récepteur. 10 8. Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'échec de la première tentative d'acquisition est déterminé par l'absence d'alignement du signal de réplique sur le signal reçu après avoir testé un ensemble d'hypothèses de code sur une plage temporelle de recherche couvrant une incertitude sur le temps 15 d'émission du signal reçu. 9. Récepteur d'un système de localisation par satellite, comprenant un module de supervision réalisant une acquisition directe d'un signal crypté issu d'un satellite, caractérisé en ce que le module de 20 supervision est configuré pour mettre en ceuvre la méthode selon l'une quelconque des revendications précédentes.5