Brevet FR2999298A1 — publié le 20140613

DOMAINE DE L'INVENTION Le domaine de l'invention est celui des récepteurs de positionnement par satellites GNSS (« Global Navigation Satellite System »). L'invention vise plus précisément à réduire l'erreur pouvant affecter l'information de position délivrée par un tel récepteur en venant évaluer le temps de propagation des signaux satellite au sein du récepteur, et en particulier au sein du filtre de canal d'un tel récepteur. L'invention est notamment applicable aux récepteurs des signaux transmis par les systèmes GPS (« Global Positioning System »), Glonass, Galileo et autres systèmes analogues de positionnement par satellites. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Un récepteur de positionnement par satellites utilise les signaux émis par une pluralité de satellites en orbite autour de la terre. C'est notamment au travers d'une pluralité de canaux, chacun associé à un satellite que la poursuite d'un satellite (poursuite d'un signal d'un satellite) va être mise en place. Chacun des satellites émet sur une ou plusieurs fréquences données un signal modulé en phase par la combinaison d'un code d'étalement pseudo- aléatoire et d'un message de navigation contenant entre autres les éphémérides des satellites (c'est-à-dire les éléments définissant leur orbite et leurs variations en fonction du temps). Le positionnement par satellites consiste à mesurer le temps de propagation du signal radiofréquence émis par chacun des satellites. Ces temps de propagation multipliés par la vitesse de transmission du signal donnent les distances satellite-récepteur (plus connues par l'homme du métier sous le nom de «pseudo-distances»). Celles-ci associées à la position des satellites calculée grâce aux éphémérides, permettent de calculer la position du récepteur et le décalage de son horloge par rapport à celles des satellites. La vitesse de propagation du signal radiofréquence n'étant pas constante tout le long du trajet parcouru, en particulier dans l'ionosphère, les distances calculées sont faussées en raison de l'allongement du temps de propagation. Pour réduire sensiblement les erreurs affectant les temps de propagation, une correction appelée bi-fréquence doit être effectuée. Celle-ci met à profit la différence des temps de propagation de deux signaux émis par chaque satellite dans deux bandes de fréquence différentes. La différence des temps de propagation mesurés comprend aussi celle des temps de propagation dans le récepteur qui n'est pas nulle en raison du traitement des deux signaux dans deux voies séparées. L'incertitude sur la différence des temps de propagation liés au récepteur, bien que limitée à quelques nanosecondes, se traduit après correction bi-fréquence par des erreurs de localisation de plusieurs mètres. L'incertitude sur cette différence des temps de propagation est liée au fait que ceux-ci ne sont pas constants d'un récepteur à un autre, qu'ils sont dépendants de la température et en outre affectés par le vieillissement du récepteur. Le contributeur prépondérant au temps de propagation d'un récepteur GNSS, et donc à l'incertitude sur la différence des temps de propagation, est le filtre de canal. Il s'agit d'un élément indispensable à un récepteur radio pour atténuer fortement tous les signaux parasites hors bande pouvant saturer ce récepteur. Ce filtre est presque toujours un filtre à ondes acoustiques de surface (FOS ou SAVV pour « Surface Acoustic Waves ») en raison de ses nombreux avantages : sélectivité, linéarité de phase, encombrement, poids, etc. Après correction bi-fréquence, l'erreur de position d'un récepteur GNSS utilisant des filtres SAW, peut être significativement réduite si on a une connaissance précise de leurs TP (valeur nominale, évolution en température et vieillissement). La solution utilisée actuellement consiste à : - réduire la dispersion du temps de propagation en triant les filtres SAW issus d'un même substrat (« wafer »), - à compenser la dérive du temps de propagation en vieillissement par un nouveau calibrage lors d'une phase de maintien en conditions opérationnelles 5 (MCO). Toutefois malgré le tri en production, il reste nécessaire de prévoir un budget d'erreur significatif (de l'ordre de grandeur de la précision du système GNSS lui-même) afin de pouvoir suivre le comportement en température et dans le temps des filtres SAW. 10 EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour objectif d'augmenter la précision d'un récepteur GNSS grâce à une meilleure connaissance du temps de propagation du filtre de canal du récepteur. 15 A cet effet, l'invention propose selon un premier aspect un récepteur d'un système de localisation par satellites, comprenant : - un filtre de canal comprenant un transducteur d'entrée et un transducteur de sortie, dans lequel la propagation d'un signal émis par un satellite et reçu par le récepteur s'opère selon un trajet direct correspondant à une 20 traversée directe entre les transducteurs d'entrée et de sortie et selon des trajets indirects correspondant à 2n+1 fois le trajet direct du fait de réflexions multiples sur les transducteurs d'entrée et de sortie, n étant un entier supérieur ou égal à 1 ; - en aval du filtre de canal, une boucle de poursuite pilotée au moyen d'un 25 corrélateur de pilotage centré sur un pic de corrélation entre un code d'étalement du signal émis par le satellite et une réplique locale dudit code générée par le récepteur, le récepteur étant caractérisé en ce qu'il comporte : - un registre à décalage configuré pour générer plusieurs répliques locales dudit code d'étalement décalées les unes des autres de manière à couvrir une fenêtre temporelle correspondant à deux fois l'incertitude sur une estimation du temps de propagation en traversée directe du filtre de canal, un second corrélateur décalé du corrélateur de pilotage d'un temps correspondant à deux fois ladite estimation du temps de propagation en traversée directe du filtre de canal, ledit second corrélateur étant configuré pour réaliser la corrélation du code d'étalement du signal émis par le satellite avec lesdites répliques locales générées par le registre à décalage et détecter un pic de corrélation, ledit pic de corrélation correspondant à l'acquisition du signal émis par le satellite soumis à une propagation dans le filtre de canal selon un trajet indirect triple. Certains aspects préférés, mais non limitatifs, de ce récepteur sont les suivants : - il comporte en outre un calculateur configuré pour calculer une pseudodistance au satellite à partir du pic de corrélation du corrélateur de pilotage et une pseudo-distance au satellite à partir du pic de corrélation du second corrélateur, ledit calculateur étant en outre configuré pour calculer le temps de propagation en traversée directe du filtre de canal en divisant par deux la différence entre lesdites pseudo-distances. - le corrélateur de pilotage et le second corrélateur intègrent les résultats de corrélation sur une durée d'intégration, la durée d'intégration du second corrélateur étant supérieure à la durée d'intégration du corrélateur de pilotage. Selon un second aspect, l'invention concerne un procédé de détermination du temps de propagation d'un signal émis par un satellite dans un récepteur d'un système de localisation par satellites, le récepteur comprenant : - un filtre de canal comprenant un transducteur d'entrée et un transducteur de sortie, dans lequel la propagation d'un signal émis par un satellite et reçu par le récepteur s'opère selon un trajet direct correspondant à une traversée directe entre les transducteurs d'entrée et de sortie et selon des trajets indirects correspondant à 2n+1 fois le trajet direct du fait de réflexions multiples sur les transducteurs d'entrée et de sortie, n étant un entier supérieur ou égal à 1 ; - en aval du filtre de canal, une boucle de poursuite pilotée au moyen d'un corrélateur de pilotage centré sur un pic de corrélation entre un code d'étalement du signal émis par le satellite et une réplique locale dudit code générée par le récepteur, le procédé étant caractérisé par la mise en oeuvre des étapes suivantes : génération de plusieurs répliques locales dudit code d'étalement décalées les unes des autres de manière à couvrir une fenêtre temporelle correspondant à deux fois l'incertitude sur une estimation du temps de propagation en traversée directe du filtre de canal, - corrélation, au moyen d'un second corrélateur décalé du corrélateur de pilotage d'un temps correspondant à deux fois ladite estimation du temps de propagation en traversée directe du filtre de canal, du code d'étalement du signal émis par le satellite avec lesdites répliques locales générées par le registre à décalage et détection d'un pic de corrélation, ledit pic de corrélation correspondant à l'acquisition du signal émis par le satellite soumis à une propagation dans le filtre de canal selon un trajet indirect triple. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est un schéma simplifié d'un filtre à ondes acoustiques de surface ; - la figure 2 illustre la propagation d'un signal selon des trajets simple et triple au sein d'un filtre selon la figure 1 ; - la figure 3 est un schéma illustrant un récepteur GNSS conforme à l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention concerne selon son premier aspect un récepteur GNSS de positionnement par satellites. En référence aux figures 1 et 2, un tel récepteur comporte de manière conventionnelle un filtre de canal, typiquement un filtre à ondes acoustiques de surface SAW (dont auquel il sera par la suite fait référence, à titre d'exemple non limitatif) qui permet de transmettre de manière sélective une onde acoustique entre deux transducteurs TE, Ts gravés sur un substrat de quartz. La conversion électrique-acoustique et vice-versa est obtenue grâce à l'effet piézo-électrique localisé au niveau de transducteurs d'entrée et de sortie TE, Ts. Comme les transducteurs ne sont pas parfaits, plusieurs trajets de propagation T1-T3 des ondes acoustiques s'établissent. Ainsi un signal E émis par un satellite et reçu par le récepteur se propage au sein du filtre SAW selon un trajet direct Ti correspondant à une traversée directe entre les transducteurs d'entrée et de sortie TE, Ts, pour fournir un signal de sortie Si. Du fait de réflexions multiples R1, R2 sur les transducteurs d'entrée et de sortie TE, Ts (défaut d'adaptation), le signal E se propage selon des trajets indirects correspondant à 2n+1 fois le trajet direct n étant un entier supérieur ou égal à 1. Un trajet triple correspondant à la somme des trajets Ti, T2 et T3 fournit un signal de sortie S3, dont le niveau est plus faible que celui du signal Si du trajet direct d'un niveau typiquement de l'ordre de 30 dB. L'invention propose de combiner les capacités de mesure temporelle des signaux GNSS avec ce défaut des filtres SAVV de formation de signaux issus de trajets indirects afin d'en déterminer le temps de propagation. Comme cela sera décrit plus en détail ci-après, l'invention propose plus précisément une fois un signal satellite poursuivi de déterminer les pseudo-distances de son trajet simple et de son trajet triple, puis de déduire le temps de propagation du filtre SAVV en effectuant la différence de ces pseudo-distances et en divisant le résultat par deux. La différence de ces pseudo-distances correspond effectivement au trajet supplémentaire parcouru par le signal S3 du trajet triple, soit T2+T3 comme représenté sur la figure 2. Par conception, la forme d'onde des signaux GNSS permet une mesure de leurs temps de propagation entre les satellites qui les émettent et le récepteur qui les reçoit. La porteuse d'un signal satellite GNSS, étalée spectralement par une séquence binaire pseudo-aléatoire, peut être détectée à condition d'effectuer une corrélation avec un signal local à la même fréquence et étalé par la même séquence. De plus, la séquence d'étalement du signal local doit être synchrone de celle du signal satellite reçu. Ces conditions étant réunies, la position du code du signal local, couramment appelée pseudo- distance, est l'image du temps de propagation. En se servant des informations du message de navigation d'au minimum quatre satellites, la position du récepteur peut être déterminée à partir des ces pseudo-distances. En référence à la figure 3, le récepteur GNSS comprend de manière conventionnelle en aval du filtre SAVV du filtre de canal, une pluralité de canaux de poursuite chacun associé à un satellite, et dans chaque canal une boucle de poursuite pilotée au moyen d'un corrélateur de pilotage Cl centré sur un pic de corrélation entre un code d'étalement du signal émis SsAT par le satellite et une réplique locale dudit code SRI générée au moyen d'un générateur G1 de signal de réplique intégré dans le récepteur. En réalité, tel que connu, chaque canal de poursuite comprend trois corrélateurs, alimentés par une réplique ponctuelle du code d'étalement (corrélateur dit « Prompt »), décalée en avance de D/2 "chip" (anglais pour bribe) du code d'étalement (corrélateur dit « Early ») et décalée de D/2 "chip" (ou bribe) en retard (corrélateur dit « Late »). La boucle de poursuite du code maintient en permanence le corrélateur « Prompt » sur le pic de corrélation en asservissant la génération de la réplique du code sur le « zéro >> de la fonction caractéristique « Early » moins « Late ». Dans le cadre de la présente description, le corrélateur «Prompt » est désigné par le terme de corrélateur de pilotage. La boucle de poursuite d'un canal permet ainsi de poursuivre le signal du trajet simple et de déduire, au moyen d'un calculateur C ici représenté comme également chargé d'assurer le pilotage de la boucle de poursuite, la pseudo- distance au satellite correspondant à son trajet simple dans le filtre SAW. Selon l'invention, lors de la poursuite du signal satellite (trajet simple), le récepteur GNSS selon l'invention, via un allocateur de canal, positionne un deuxième canal à la même fréquence que le canal de poursuite afin de trouver le signal du trajet triple. Le récepteur GNSS selon l'invention comporte plus précisément un second générateur de réplique G2 alimentant un registre à décalage RD configuré pour générer plusieurs répliques locales dudit code d'étalement décalées les unes des autres de manière à couvrir une fenêtre temporelle correspondant à deux fois l'incertitude, typiquement de l'ordre de +/- 10 ns, sur une estimation du temps de propagation en traversée directe du filtre de canal. Le récepteur GNSS comporte en outre un second corrélateur C2 décalé du corrélateur de pilotage d'un temps correspondant à deux fois ladite estimation du temps de propagation en traversée directe du filtre de canal, ledit second corrélateur étant configuré pour réaliser la corrélation du code d'étalement du signal émis par le satellite avec lesdites répliques locales générées par le registre à décalage et détecter un pic de corrélation, ledit pic de corrélation correspondant à l'acquisition du signal émis par le satellite soumis à une propagation dans le filtre de canal selon un trajet indirect triple. Ainsi, pour trouver le signal du trajet triple, on vient explorer les cases temporelles adjacentes au décalage du second corrélateur C2 (décalé du corrélateur de pilotage Cl d'un temps correspondant à une estimation de deux fois le temps de propagation en traversée directe), ces cases temporelles couvrant deux fois l'incertitude sur cette estimation. Le calculateur C est également configuré pour calculer la pseudo-distance au satellite correspondant à son trajet triple dans le filtre SAVV à partir du pic de corrélation du second corrélateur C2. Le calculateur C est en outre configuré pour calculer le temps de propagation en traversée directe du filtre de canal en divisant par deux la différence entre la pseudo-distance au satellite correspondant à son trajet simple et la pseudo-distance au satellite correspondant à son trajet triple. La connaissance précise de ce temps de propagation permet d'améliorer significativement la précision en temps et position d'un récepteur GNSS. Une précision métrique est ainsi atteignable en code P bi-fréquence. De manière connue, le corrélateur de pilotage Cl et le second corrélateur C2 intègrent les résultats de corrélation sur une durée d'intégration. Pour permettre une détection adéquate du signal du trajet triple qui est de puissance plus faible que le signal du trajet simple, la durée d'intégration du second corrélateur est supérieure à la durée d'intégration du corrélateur de pilotage. A titre d'exemple la durée d'intégration du second corrélateur est de l'ordre de la seconde lorsque celle du corrélateur de pilotage est de l'ordre de la milliseconde. On a décrit dans ce qui précède la réalisation d'une mesure du temps de propagation du filtre SAW pour un canal de poursuite associé à un satellite. Cette mesure peut bien entendu être utilisée pour les différents canaux de poursuite alimentés par le même filtre SAW. On notera que dans le cas d'une réception multi-constellations, cette mesure est à effectuer pour chacune des bandes GNSS utilisées (L1, L2, L5 en GPS ; El, E5, E5 en GALILEO). On notera que dans le cas d'une réception sur plusieurs antennes, cette mesure est à effectuer pour chaque chaîne de réception associée à une antenne. L'invention permet ainsi de réaliser la poursuite d'un signal satellite d'une antenne à l'autre de manière continue. La poursuite du signal satellite peut en outre être commutée d'une antenne à l'autre, une telle commutation trouvant notamment application pour les porteurs tournants (fusée, missile par exemple). On relèvera que l'invention s'avère également avantageuse en ce que la mesure de trajet triple se fait dans des conditions identiques à celles du besoin opérationnel (antenne connectée, visibilité des satellites...). Elle ne nécessite aucun moyen de mesure externe, et permet en outre de s'affranchir de la contrainte d'un retour en usine pour calibrage périodique. L'invention permet par ailleurs une mesure en continu et en temps réel du temps de propagation du filtre de canal, permettant ainsi une correction en temps réel des mesures de pseudo-distances qui sont entachées d'erreurs liées à l'incertitude sur le temps de propagation au sein du filtre de canal. La mesure en continu permet en particulier de prendre en compte les dérives de température, par exemple lorsque le récepteur démarre à froid puis s'échauffe. La réalisation en temps réel de la mesure permet de ne pas avoir à interrompre la réception des signaux GNSS. On aura compris que l'invention n'est pas limitée à un récepteur GNSS, mais s'étend également à un procédé de détermination du temps de propagation d'un signal émis par un satellite dans un récepteur d'un système de localisation par satellites, le récepteur comprenant : - un filtre de canal comprenant un transducteur d'entrée et un transducteur de sortie, dans lequel la propagation d'un signal émis par un satellite et reçu par le récepteur s'opère selon un trajet direct correspondant à une traversée directe entre les transducteurs d'entrée et de sortie et selon des trajets indirects correspondant à 2n+1 fois le trajet direct du fait de réflexions multiples sur les transducteurs d'entrée et de sortie, n étant un entier supérieur ou égal à 1 ; en aval du filtre de canal, une boucle de poursuite pilotée au moyen d'un corrélateur de pilotage centré sur un pic de corrélation entre un code d'étalement du signal émis par le satellite et une réplique locale (SRI) dudit code générée par le récepteur, le procédé étant caractérisé par la mise en oeuvre des étapes suivantes : génération de plusieurs répliques locales dudit code d'étalement décalées les unes des autres de manière à couvrir une fenêtre temporelle correspondant à deux fois l'incertitude sur une estimation du temps de propagation en traversée directe du filtre de canal, corrélation, au moyen d'un second corrélateur décalé du corrélateur de pilotage d'un temps correspondant à deux fois ladite estimation du temps de propagation en traversée directe du filtre de canal, du code d'étalement du signal émis par le satellite avec lesdites répliques locales générées par le registre à décalage et détection d'un pic de corrélation, ledit pic de corrélation correspondant à l'acquisition du signal émis par le satellite soumis à une propagation dans le filtre de canal selon un trajet indirect triple. Ce procédé met typiquement en oeuvre une étape de calcul en continu et en temps réel d'une pseudo-distance au satellite à partir du pic de corrélation du corrélateur de pilotage, d'une pseudo-distance au satellite à partir du pic de corrélation du second corrélateur, et du temps de propagation en traversée directe du filtre de canal par division par deux de la différence entre lesdites pseudo-distances. Il peut par ailleurs comprendre une étape de correction de ladite pseudo- distance au satellite calculée à partir du pic de corrélation du corrélateur de pilotage prenant en compte ledit temps de propagation en traversée directe du filtre de canal. REVENDICATIONS1. Récepteur d'un système de localisation par satellites, comprenant : - un filtre de canal (SAW) comprenant un transducteur d'entrée (TE) et un transducteur de sortie (Ts), dans lequel la propagation d'un signal émis par un satellite et reçu par le récepteur s'opère selon un trajet direct correspondant à une traversée directe entre les transducteurs d'entrée et de sortie et selon des trajets indirects correspondant à 2n+1 fois le trajet direct du fait de réflexions multiples sur les transducteurs d'entrée et de sortie, n étant un entier supérieur ou égal à 1 ; - en aval du filtre de canal, une boucle de poursuite pilotée au moyen d'un corrélateur de pilotage (Cl) centré sur un pic de corrélation entre un code d'étalement du signal émis par le satellite et une réplique locale (SRI) dudit code générée par le récepteur, le récepteur étant caractérisé en ce qu'il comporte : - un registre à décalage (RD) configuré pour générer plusieurs répliques locales (SR2) dudit code d'étalement décalées les unes des autres de manière à couvrir une fenêtre temporelle correspondant à deux fois l'incertitude sur une estimation du temps de propagation en traversée directe du filtre de canal, - un second corrélateur (C2) décalé du corrélateur de pilotage d'un temps correspondant à deux fois ladite estimation du temps de propagation en traversée directe du filtre de canal, ledit second corrélateur étant configuré pour réaliser la corrélation du code d'étalement du signal émis par le satellite avec lesdites répliques locales générées par le registre à décalage et détecter un pic de corrélation, ledit pic de corrélation correspondant à l'acquisition du signal émis par le satellite soumis à une propagation dans le filtre de canal selon un trajet indirect triple. 2. Récepteur selon la revendication 1, comprenant en outre un calculateur (C) configuré pour calculer une pseudo-distance au satellite à partir du pic de corrélation du corrélateur de pilotage et une pseudo-distance au satellite à partir du pic de corrélation du second corrélateur, ledit calculateur étant en outre configuré pour calculer le temps de propagation en traversée directe du filtre de canal en divisant par deux la différence entre lesdites pseudodistances. 3. Récepteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le corrélateur de pilotage (Cl) et le second corrélateur (C2) intègrent les résultats de corrélation sur une durée d'intégration, la durée d'intégration du second corrélateur étant supérieure à la durée d'intégration du corrélateur de pilotage 4. Récepteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le filtre de canal est un filtre à ondes acoustiques de surface. 5. Procédé de détermination du temps de propagation d'un signal émis par un satellite dans un récepteur d'un système de localisation par satellites, le 20 récepteur comprenant : un filtre de canal (SAW) comprenant un transducteur d'entrée et un transducteur de sortie, dans lequel la propagation d'un signal émis par un satellite et reçu par le récepteur s'opère selon un trajet direct correspondant à une traversée directe entre les transducteurs d'entrée et 25 de sortie et selon des trajets indirects correspondant à 2n+1 fois le trajet direct du fait de réflexions multiples sur les transducteurs d'entrée et de sortie, n étant un entier supérieur ou égal à 1 ; en aval du filtre de canal, une boucle de poursuite pilotée au moyen d'un corrélateur de pilotage (Cl) centré sur un pic de corrélation entre un coded'étalement du signal émis par le satellite et une réplique locale (SR1) dudit code générée par le récepteur, le procédé étant caractérisé par la mise en oeuvre des étapes suivantes : - génération de plusieurs répliques locales (SR2) dudit code d'étalement décalées les unes des autres de manière à couvrir une fenêtre temporelle correspondant à deux fois l'incertitude sur une estimation du temps de propagation en traversée directe du filtre de canal, corrélation, au moyen d'un second corrélateur (C2) décalé du corrélateur de pilotage d'un temps correspondant à deux fois ladite estimation du temps de propagation en traversée directe du filtre de canal, du code d'étalement du signal émis par le satellite avec lesdites répliques locales générées par le registre à décalage et détection d'un pic de corrélation, ledit pic de corrélation correspondant à l'acquisition du signal émis par le satellite soumis à une propagation dans le filtre de canal selon un trajet indirect triple. 6. Procédé selon la revendication précédente, comprenant en outre une étape de calcul en continu et en temps réel d'une pseudo-distance au satellite à partir du pic de corrélation du corrélateur de pilotage, d'une pseudo-distance au satellite à partir du pic de corrélation du second corrélateur, et du temps de propagation en traversée directe du filtre de canal par division par deux de la différence entre lesdites pseudo-distances. 7. Procédé selon la revendication précédente, comprenant en outre une étape de correction de ladite pseudo-distance au satellite calculée à partir du pic de corrélation du corrélateur de pilotage prenant en compte ledit temps de propagation en traversée directe du filtre de canal.