Brevet FR3024551A1 — publié le 20160205

Récepteur GNSS à multiplexeur numérique DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne les récepteurs GNSS. ETAT DE LA TECHNIQUE La multiplication des constellations de radionavigation (GPS, GALILEO, GLONASS, BEIDOU) nécessite l'utilisation de systèmes de radionavigation bi ou multi-constellation adaptés pour traiter des signaux GNSS de constellations différentes. L'apparition de nouvelles constellations de radionavigation pose un nouveau problème d'adaptation des systèmes de radionavigation aux nouvelles bandes de fréquence de réception, notamment lors de la modernisation des systèmes de radionavigation, par exemple lors d'un changement d'un module GPS en un module GPS-GLONASS ou GPS-GALILEO. On connait des systèmes de radionavigation bi ou multi-constellation adaptés pour traiter des signaux GNSS de constellations différentes. Les systèmes de radionavigation bi ou multi-constellation de l'art antérieur intègrent les récepteurs des différentes constellations en parallèle, c'est-à-dire qu'ils comportent une voie analogique par bande de fréquence et par signal. Dans ces systèmes de radionavigation, en référence à la figure 1, les signaux GNSS reçus sont séparés en fonction de leur longueur d'onde par un multiplexeur analogique 9. Chaque voie analogique 3 est constituée d'un étage radiofréquence RF 38, et d'un étage de transposition à une fréquence intermédiaire FI 39. L'étage 38 et l'étage 39 comportent chacun des amplificateurs 31, et des filtres 32. En sortie de l'étage 38, un mélangeur 33 et une boucle à verrouillage de phase 78 (ou PLL pour « Phaselocked Loop ») génèrent l'oscillateur qui opère la transposition de fréquence à la fréquence FI. En sortie de l'étage 39, un convertisseur analogique numérique 41 et une boucle à verrouillage de phase 79 qui génère la fréquence d'échantillonnage, opèrent la transposition de fréquence et l'échantillonnage numérique des signaux. Un module de traitement numérique 5 comportant au moins autant de canaux de corrélation numérique 51 qu'il y a de satellites corrèle les signaux avec une réplique du code des satellites, générée par horloge interne du récepteur, et mesure les temps de propagation des signaux GNSS reçus. L'inconvénient d'une telle solution est qu'elle nécessite un étage de transposition à une fréquence intermédiaire FI pour chaque voie et présente donc un encombrement important. Une autre solution connue, illustrée en figure 2, est de réaliser une numérisation 10 directement aux radiofréquences, sans avoir à effectuer de transposition de fréquence radiofréquence « RF » vers la fréquence intermédiaire « FI ». Dans ces systèmes de radionavigation, en référence à la figure 2, chaque voie analogique 3 n'est constituée que d'un étage 38 comportant des amplificateurs 31, et des filtres 32, d'un convertisseur analogique numérique radiofréquence 42, d'une 15 boucle à verrouillage de phase PLL 79 générant l'oscillateur qui opère la transposition de fréquence et d'un module de traitement numérique comportant les canaux de corrélation numériques 51. Dans ce cas, les convertisseurs analogique numérique radiofréquence 42 réalisent la numérisation par sous-échantillonnage, ce qui permet de réaliser en 20 même temps la transposition de fréquence vers une fréquence intermédiaire. Il n'y a donc ni mélangeur ni boucles à verrouillage de phase PLL générant les fréquences intermédiaires analogiques. Cette architecture est connue sous le nom de radio logicielle car la configuration des fréquences de réception est faite sur un circuit logique programmable FPGA ou bien un circuit intégré propre à une application 25 ASIC. L'inconvénient d'une telle solution est qu'elle nécessite un convertisseur analogique numérique radiofréquence 42 par bande de fréquence de réception. Or, les convertisseurs analogique numérique radiofréquence sont moins intégrés que leurs équivalents basse fréquence et consomment beaucoup plus d'énergie (de 30 l'ordre de 2W contre 100 mW pour un convertisseur analogique numérique basses fréquences). EXPOSE DE L'INVENTION L'invention permet de pallier au moins un des inconvénients précités en proposant un récepteur multi-constellation reconfigurable plus compact que l'art 5 antérieur et ne nécessitant qu'un seul convertisseur analogique numérique radiofréquence. A cet effet, l'invention propose un récepteur GNSS comportant au moins une entrée radiofréquence adaptée pour recevoir des signaux GNSS dans plusieurs bandes de fréquences de réception, au moins une voie analogique, un module de traitement 10 numérique adapté pour mesurer le temps de propagation des signaux GNSS reçus, le récepteur GNSS étant caractérisé en ce que il comporte : un unique convertisseur analogique numérique adapté pour numériser les signaux GNSS reçus ; un multiplexeur numérique entre le convertisseur analogique numérique et le 15 module de traitement numérique adapté pour séparer les signaux numérisés en fonction de leur fréquence ; et en ce que le module de traitement numérique comporte un corrélateur adapté pour mesurer le temps de propagation des signaux GNSS dans chacune des bandes de fréquence de réception 20 Un des avantages du récepteur GNSS selon l'invention est qu'il peut être facilement configuré pour fonctionner à diverses bandes de fréquence. Le récepteur GNSS selon l'invention ne nécessite en outre qu'un seul convertisseur analogique numérique radiofréquence. Le récepteur GNSS selon l'invention est en outre optimisé en termes 25 d'encombrement car il ne nécessite pas d'étage de transposition à une fréquence intermédiaire. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises individuellement ou en l'une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles. 30 Le récepteur GNSS comporte une unique voie analogique entre l'entrée radiofréquence et le convertisseur analogique numérique, l'unique voie analogique comportant au moins un amplificateur et un filtre adapté pour filtrer dans toutes les bandes de fréquences du récepteur. Cette variante de réalisation de l'étage radiofréquence ne comporte qu'une voie analogique et donc un seul convertisseur analogique numérique, ce qui permet de limiter l'encombrement et la consommation du récepteur. Le récepteur GNSS comporte un multiplexeur analogique adapté pour diviser les signaux GNSS reçus en fonction de leur fréquence, plusieurs voies analogiques entre l'entrée radiofréquence et le convertisseur analogique numérique, et un sommateur adapté pour recombiner les signaux issus des voies analogiques. Cette variante de réalisation de l'étage radiofréquence présente l'avantage qu'une interférence reçue sur l'une des deux voies analogiques radiofréquence n'entraine pas de dégradation de performance sur l'autre voie analogique radiofréquence. Cette variante de réalisation de l'étage radiofréquence permet d'améliorer la robustesse aux interférences tout en n'utilisant qu'un seul convertisseur analogique numérique. Le multiplexeur numérique comporte plusieurs filtres en parallèle les uns des autres, chacun adapté pour filtrer une des bandes de fréquences de réception. Le multiplexeur numérique selon l'invention permet de limiter les pertes dans les bandes de fréquences de réception utiles. Il offre en outre une très forte sélectivité en fréquence et une réponse en phase linéaire. Les filtres sont des filtres à réponse impulsionnelle infinie, ce qui permet d'obtenir une réponse en phase linéaire. Les filtres sont des filtres d'annulation ou de conservation de l'amplitude du signal. Le multiplexeur numérique comporte un module de transformée de Fourier adapté pour découper le signal numérisé en sous-bandes de fréquence, et plusieurs 30 modules de transformée de Fourier inverse adaptés pour recombiner en transformée de Fourier inverse un sous-ensemble des sous-bandes de fréquence. L'utilisation d'un module de transformée de Fourier permet de limiter la diffusion spectrale. Il permet en outre la mise en oeuvre de traitements antibrouillage en pré-corrélation comme l'excision de fréquence. Le multiplexeur numérique comporte en outre un filtre de pondération en amont du module de transformée de Fourier. Le filtre de pondération permet une bonne séparation des bandes de fréquences, ce qui permet encore de limiter la diffusion spectrale. L'invention concerne également un procédé de calcul du temps de propagation de signaux GNSS reçus par un récepteur GNSS dans plusieurs bandes de fréquence de réception, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : amplification et filtrage du signal reçu ; conversion des signaux GNSS reçus en signaux numérisés ; séparation des signaux numérisés en fonction de leur fréquence ; calcul du temps de propagation des signaux GNSS dans chacune des bandes de fréquence de réception. DESCRIPTION DES FIGURES D'autres objectifs, caractéristiques et avantages sortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins donnés à titre illustratif et non limitatif parmi lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un récepteur de l'art antérieur comportant plusieurs voies analogiques en parallèle ; - la figure 2 est une représentation schématique d'un récepteur de l'art antérieur avec numérisation directe aux radiofréquences selon l'art antérieur ; - la figure 3 est une représentation schématique d'un récepteur conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est une représentation schématique d'un récepteur conforme à un second mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une représentation schématique d'un module de traitement numérique selon l'invention ; - la figure 6 est une représentation schématique d'un autre module de traitement numérique selon l'invention ; - la figure 7 est une représentation schématique d'un procédé de calcul du temps de propagation de signaux GNSS reçus par un récepteur GNSS dans plusieurs bandes de fréquence de réception selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence aux figures 3 et 4, un récepteur GNSS 1 comporte une ou plusieurs entrées radiofréquence 2, typiquement des antennes radiofréquence, adaptées pour recevoir des signaux GNSS de différentes constellations, dans plusieurs bandes de fréquences. Pour simplifier la représentation, une seule entrée radiofréquence 2 a été représentée sur les figures 3 et 4. Le récepteur GNSS 1 comporte en outre un étage radiofréquence 3, un convertisseur analogique numérique 4, un multiplexeur numérique 6 et un module de traitement numérique 5. L'étage radiofréquence 3 comporte un ou plusieurs amplificateurs 31 adaptés pour amplifier les signaux GNSS reçus par l'entrée radiofréquence 2 et un ou plusieurs filtres 32 adaptés pour filtrer les signaux GNSS reçus. Le récepteur GNSS 1 comporte en outre une boucle à verrouillage de phase 7 (ou PLL pour « Phase-locked Loop ») générant un oscillateur qui opère la transposition de fréquence et l'échantillonnage numérique des signaux. Le convertisseur analogique numérique 4 fonctionne aux radiofréquences. Il convertit le signal radiofréquence analogique issu de l'étage radiofréquence 3 et le réinjecte sous forme de signal numérique dans le multiplexeur numérique 6. On notera que la fréquence d'échantillonnage sera correctement choisie de manière à bien respecter le critère de Shannon-Nyquist afin d'éviter le repliement spectral. Les données de navigation contenues dans le signal GNSS sont extraites par corrélation avec une réplique du code des satellites puis démodulation. Le multiplexeur numérique 6 est adapté pour séparer les signaux reçus en fonction de leur fréquence. A cet effet, le multiplexeur numérique 6 comporte une entrée connectée à la sortie du convertisseur analogique numérique 4 et plusieurs sorties, chacune des sorties transmettant les signaux reçus en entrée dans une bande de fréquence spécifique. Le module de traitement numérique 5 est adapté pour mesurer des temps de 30 propagation des signaux GNSS reçus en poursuivant et en maintenant un verrouillage de code sur un code PRN (Pseudo Random Noise) contenu dans le signal GNSS en utilisant des mesures de corrélation associées à un code PRN généré localement par une horloge interne du récepteur 1. Le module de traitement numérique 5 comporte plusieurs corrélateurs 51, chaque corrélateur 51 étant adapté pour mesurer le temps de propagation d'un signal GNSS dans une des bandes de fréquence du récepteur 1. Le module de traitement numérique 5 comporte au moins autant de corrélateurs 51 que de signaux satellites à poursuivre, chacun des corrélateurs 51 étant connecté à une des sorties du multiplexeur numérique 6. Première variante de réalisation de l'étage radiofréquence Dans une première variante de réalisation de l'étage radiofréquence 3, en référence à la figure 3, l'étage radiofréquence 3 comporte une unique voie analogique 3a entre l'entrée radiofréquence 2 et le convertisseur analogique numérique 4. Cette unique voie analogique radiofréquence 3a est adaptée pour traiter l'ensemble des bandes de fréquence du récepteur 1. L'unique voie analogique radiofréquence 3a comporte au moins un amplificateur 31 et un filtre 32 adapté pour amplifier et filtrer toutes les bandes de fréquences du récepteur 1. L'unique voie analogique 3a comporte avantageusement plusieurs amplificateurs 31 et plusieurs filtres 32 en série. Cette variante de réalisation de l'étage radiofréquence 3 ne comporte qu'une voie analogique 3a et donc un seul convertisseur analogique numérique 4, ce qui permet de limiter l'encombrement et la consommation du récepteur 1. Seconde variante de réalisation de la voie analogique Dans une seconde variante de réalisation de l'étage radiofréquence 3, en référence à la figure 4, l'étage radiofréquence 3 comporte plusieurs voies analogiques radiofréquence 3a, 3b distinctes et spécifiques à une bande de fréquence. L'étage radiofréquence 3 comporte typiquement une voie analogique radiofréquence 3a, 3b pour chaque bande de fréquence du récepteur 1. Le multiplexeur analogique 37 sépare les signaux reçus par l'entrée radiofréquence 2 en fonction de leur fréquence et les injecte dans la voie analogique radiofréquence 3a, 3b correspondante. Chaque voie analogique radiofréquence 3a, 3b réalise une sélection en fréquence de signaux GNSS en rejetant les interférences externes. Les différentes voies analogiques radiofréquence 3a et 3b comportent chacune au moins un amplificateur 31 adapté pour amplifier le signal dans une bande de fréquences du récepteur 1 et un filtre 32 adapté pour filtrer le signal dans une bande de fréquences du récepteur 1, chaque filtre 32 réalisant une fonction très sélective sur la bande de réception utile. Les signaux issus des voies analogiques radiofréquence 3a, 3b sont recombinés par sommation par un sommateur 38 avant d'être injectés dans le convertisseur analogique numérique 4. Dans la bande de fréquences radiofréquence, le multiplexeur 37 et le sommateur 38 devront bien entendu être compatibles avec le niveau de puissance maximale de l'interférence pour ne pas comprimer le signal reçu. Cette seconde variante de réalisation de l'étage radiofréquence 3 présente 15 l'avantage qu'une interférence reçue en-dehors des bandes de fréquences souhaitées n'entraine pas de dégradation de performance dans ces bandes radiofréquence. Cette seconde variante de réalisation de l'étage radiofréquence 3 permet d'améliorer la robustesse aux interférences tout en n'utilisant qu'un seul convertisseur 20 analogique numérique 4. Multiplexeur numérique Le multiplexeur numérique 6 est adapté pour opérer la séparation des signaux numérisés en fonction de leur fréquence. Premier mode de réalisation du multiplexeur numérique 25 En référence à la figure 5, dans un premier mode de réalisation, le multiplexeur numérique 6 est un multiplexeur numérique comportant plusieurs filtres numériques 61 en parallèle. Le multiplexeur numérique comportant typiquement un filtre numérique 61 par bande de fréquence de réception. Les signaux numérisés sont séparés en fonction de leur fréquence puis filtrés par un filtre 61 spécifique à la bande 30 de fréquence à laquelle ils appartiennent avant d'être injectés dans les corrélateurs 51 adaptés pour mesurer le temps de propagation de signaux GNSS dans la bande de fréquence correspondante. Les filtres 61 sont des filtres d'annulation ou de conservation de l'amplitude du signal. Les filtres numériques 61 sont typiquement des filtres à réponse impulsionnelle finie (RIF ou FIR en anglais). L'avantage d'un multiplexeur numérique 6 vis-à-vis d'un multiplexeur analogique radiofréquence est qu'il peut facilement être configurable pour garantir une très faible perte dans les bandes de fréquences de réception utiles, une très forte sélectivité en fréquence et une réponse en phase linéaire en utilisant notamment des filtres à réponse impulsionnelle finie. Second mode de réalisation du multiplexeur numérique En référence à la figure 6, dans un second mode de réalisation du multiplexeur numérique, le multiplexeur numérique est un multiplexeur numérique utilisant la transformée de Fourier discrète (TFD). Le multiplexeur numérique 6 comporte un module de transformée de Fourier discrète (TFD) 66 et plusieurs modules de transformée de Fourier discrète inverse 67. Le module de transformée de Fourier discrète 66 découpe le spectre des fréquences en plusieurs sous-bandes de fréquence. Les modules de transformée de Fourier discrète inverse 67 recombinent en des sous-bandes de fréquence correspondant aux bandes de fréquence des signaux GNSS souhaités. Le module de transformée de Fourier discrète 66 et les modules de transformée de Fourier discrète inverse 67 opèrent ainsi conjointement un filtrage passe-bande. Le module de transformée de Fourier discrète 66 et les modules de transformée de Fourier discrète inverse 67 utilisent typiquement un algorithme de transformée de Fourier rapide (FFT ou Fast Fourier Transform) pour calculer la transformée de Fourier discrète. Le multiplexeur numérique 6 comporte en outre avantageusement un filtre de pondération 65 en amont du module de transformée de Fourier discrète 65. Le filtre de pondération 65 multiplie le signal par une fonction fenêtre d'observation (également appelée fenêtre de pondération ou d'apodisation), typiquement une fenêtre de Blackman-Harris. Le filtre de pondération 65 permet une bonne séparation des bandes de fréquences en limitant la diffusion spectrale entre 5 sous-bandes. Ce second mode de réalisation du multiplexeur numérique présente aussi l'avantage d'être compatible avec la mise en oeuvre de traitements antibrouillage en pré-corrélation comme l'excision de fréquence ou le FADP (Frequency Amplitude Domain Processing). REVENDICATIONS1. Récepteur GNSS (1) comportant au moins une entrée radiofréquence (2) adaptée pour recevoir des signaux GNSS dans plusieurs bandes de fréquences de réception, un module de traitement numérique (5) adapté pour calculer le temps de propagation des signaux GNSS reçus, et au moins une voie analogique (3) entre l'entrée radiofréquence (2) et le module de traitement numérique (5), le récepteur GNSS (1) étant caractérisé en ce que il comporte : un unique convertisseur analogique numérique (4) adapté pour numériser les signaux GNSS en sortie de la ou des voies analogiques (3) ; un multiplexeur numérique (6) comportant une entrée connectée à la sortie du convertisseur analogique numérique (4) et plusieurs sorties correspondant chacune à une des bandes de fréquence de réception, le multiplexeur numérique (6) étant adapté pour séparer les signaux numérisés en fonction de leur fréquence ; et en ce que le module de traitement numérique (5) comporte plusieurs corrélateurs (51) chacun connecté à une des sorties du multiplexeur numérique (6), chaque corrélateur (51) étant adapté pour calculer le temps de propagation des signaux GNSS dans une des bandes de fréquence de réception. 2. Récepteur GNSS (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte une unique voie analogique (3) entre l'entrée radiofréquence (2) et le convertisseur analogique numérique (4), l'unique voie analogique (3) comportant au moins un amplificateur (31) et un filtre (32) adaptés pour amplifier et filtrer les signaux GNSS reçus dans toutes les bandes de fréquences de réception. 3. Récepteur GNSS (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le récepteur GNSS (1) comporte un multiplexeur analogique (37) adapté pour diviser les signaux GNSS reçus en fonction de leur fréquence, plusieurs voies analogiques (3a, 3b) entre l'entrée radiofréquence (2) et le convertisseurM 13 analogique numérique (4), et un sommateur analogique (38) adapté pour recombiner les signaux issus des voies analogiques (3a, 3b). 4. Récepteur GNSS (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le multiplexeur numérique (6) comporte plusieurs filtres numériques (61) en parallèle les uns des autres, chaque filtre (61) étant adapté pour filtrer une des bandes de fréquences de réception. 5. Récepteur GNSS (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les filtres (61) sont des filtres à réponse impulsionnelle finie. 6. Récepteur GNSS (1) selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les filtres (61) sont des filtres d'annulation ou de conservation de l'amplitude du signal. 7. Récepteur GNSS (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le multiplexeur numérique (6) comporte un module de transformée de Fourier discrète (66) adapté pour découper le signal numérisé en sous-bandes de fréquence, et plusieurs modules de transformée de Fourier discrète inverse (67) adaptés pour recombiner en les bandes de fréquence de réception. 8. Récepteur GNSS (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le multiplexeur numérique (6) comporte en outre un filtre de pondération (65) en amont du module de transformée de Fourier discrète (66). 9. Procédé de calcul du temps de propagation de signaux GNSS reçus par un récepteur GNSS (1) dans plusieurs bandes de fréquence de réception caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : (El) amplification et filtrage des signaux GNSS reçus ; (E2) conversion des signaux GNSS reçus en signaux numérisés ; (E3) séparation des signaux numérisés en fonction de leur fréquence ;- (E4) calcul du temps de propagation des signaux GNSS reçus dans chacune des bandes de fréquence de réception.