Brevet FR3042880A1 — publié le 20170428

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL Le domaine de l'invention est celui des récepteurs de positionnement par satellites GNSS (en anglais, « Global Navigation Satellite System »). L'invention est notamment applicable aux récepteurs des signaux transmis par les systèmes GPS (en anglais, « Global Positioning System »), GLONASS, Galileo et autres systèmes analogues de positionnement par satellites. ETAT DE LA TECHNIQUE Les systèmes de radionavigation GNSS et de radiocommunication sont devenus incontournables dans un certain nombre de domaines, et notamment dans celui de l'aéronautique. Un récepteur de positionnement par satellites GNSS est principalement constitué de deux unités : une unité de réception comprenant au moins une voie de réception comprenant une antenne et qui réalise la conversion des ondes électromagnétiques en ondes électriques ; une unité de traitement des signaux reçus qui réalise l'amplification, la sélection, la démodulation, le décodage pour les fonctions les plus basiques. Habituellement, l'unité de réception se trouve éloignée de l'unité de traitement ; celle-ci se trouvant nécessairement sur la peau du porteur : au-dessus dans le cas de liaisons satellitaires, au-dessous dans le cas de liaisons terrestres. L'unité de traitement, quant à elle, est souvent regroupée avec d'autres équipements, dans une zone facilement accessible pour des besoins de maintenance. Ceci n'est pas sans problème. Au niveau de l'unité de réception, il est nécessaire d'ajouter à l'antenne un amplificateur de manière à figer à l'optimum le rapport signal sur bruit des signaux, condition nécessaire à leur bonne utilisation. L'antenne est donc active et nécessite d'être alimentée. Il existe une liaison physique entre les deux unités, souvent constituée d'un câble coaxial avec éventuellement des fils d'alimentation et/ou de données. Une telle liaison présente un poids important et dépend fortement de la situation géographique de l'unité de réception par rapport à l'unité de traitement. En outre, cette liaison présente une forte sensibilité aux phénomènes électromagnétiques, dont les effets de la foudre. Ceci est d'autant plus important dans les aéronefs à base de matériaux composites qui présentent des effets indirects de la foudre à l'intérieur de la structure. 3042880 2 PRESENTATION DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer une liaison unique entre une unité de réception et une unité de traitement qui n'est pas localisée au même endroit que l'unité de réception. A cet effet, l'invention propose un récepteur d'un système de localisation par 5 satellites, comprenant : - une unité de réception configurée pour recevoir des signaux radios GNSS ; - une unité de traitement configurée pour exploiter les signaux radios reçus ; l'unité de traitement comprenant une source optique configurée pour fournir une énergie lumineuse ; 10 - une liaison optique disposée entre l'unité de réception et l'unité de traitement et configurée pour transmettre l'énergie lumineuse depuis l'unité de traitement vers l'unité de réception ; - une unité de modulation optique configurée pour moduler optiquement les signaux radios reçus de manière à être transmis vers l'unité de traitement de manière optique ; 15 l'unité de réception comprenant au moins une voie de réception, et un module de conversion d'énergie configurée pour convertir l'énergie lumineuse en énergie électrique utilisée pour alimenter la voie de réception et l'unité de modulation optique. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible. 20 La liaison optique comprend une première fibre optique configurée pour transmettre à l'unité de réception l'énergie optique et une seconde fibre optique configurée pour transmettre de l'unité de réception à l'unité de traitement les signaux radios reçus de manière optique. L'unité de réception comprend un diviseur optique configuré pour amener l'énergie 25 lumineuse d'une part vers le module de conversion d'énergie et d'autre part vers l'unité de modulation optique afin que cette dernière module optiquement les signaux radios reçus de manière à être transmis vers l'unité de traitement de manière optique. L'unité de réception comprend plusieurs voies de réception, chacune étant configurée pour recevoir un signal radio, l'unité de modulation étant configurée pour 30 moduler chaque signal radio selon une longueur d'onde donnée. L'unité de modulation comprend pour chaque voie de réception, un modulateur, un additionneur et un séparateur optique configuré pour extraire une longueur d'onde particulière de l'énergie lumineuse afin que les signaux radios de chaque antenne soit modulés selon la longueur d'onde particulière, l'additionneur permettant d'additionner 35 successivement les signaux modulés. 3042880 3 L'unité de modulation comprend pour chaque voie de réception, un modulateur, un filtre optique recevant toutes l'énergie lumineuse du diviseur optique et configuré pour extraire une longueur d'onde particulière de l'énergie lumineuse afin que les signaux radios de chaque antenne soit modulés selon la longueur d'onde particulière, l'unité de modulation 5 comprenant en outre un additionneur configuré pour additionner tous les signaux modulés. Le récepteur comprend une unique fibre optique configurée pour transmettre, selon une longueur d'onde, à l'unité de réception l'énergie optique et selon au moins une autre longueur d'onde de l'unité de réception à l'unité de traitement les signaux radios reçus de manière optique. 10 L'unité de réception comprend une source optique configurée pour fournir une énergie lumineuse à partir de laquelle est extraite ladite au moins une autre longueur d'onde. L'unité de traitement comprend une unité de démodulation optique configurée pour démoduler le signal radio reçus de manière optique. 15 L'unité de traitement est configurée pour transmettre des données de commande sur une longueur d'onde différente de celle utilisée pour alimenter la voie de réception de l'unité de réception. Ainsi, l'invention consiste à utiliser une liaison optique à base de fibre de verre ou équivalent dans laquelle il est possible de transmettre : 20 De l'unité de réception vers l'unité de traitement : o Les signaux radiofréquence d'une ou plusieurs antennes ; o S'il y a plusieurs éléments, alors ces signaux peuvent être multiplexées en fréquence ou temporellement ; o Des données de fonctionnement, d'identification, de sécurité des systèmes, 25 de santé, etc. De l'unité de traitement vers l'unité de réception : o La télé-alimentation des antennes actives ; o Des données de modes, de configuration, de chargement, d'étalonnage, etc. o Une ou des références de fréquence ou signaux de synchronisation. 30 La fibre ne comportant pas d'élément métallique, elle ne capte pas les ondes électromagnétiques des différentes interférences (intentionnelles, non intentionnelles) ou des effets indirects de la foudre (surtensions induites dans le câble métallique reliant l'unité de réception à l'unité de traitement et provoquées par les rayonnements électromagnétiques très importants de l'onde de choc qui suit l'impact de la foudre). 35 3042880 4 PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : 5 - la figure 1 illustre un récepteur selon un premier mode de réalisation ; - la figure 2 illustre un récepteur selon un second mode de réalisation ; - la figure 3 illustre un récepteur selon un troisième mode de réalisation ; - la figure 4 illustre un récepteur selon un quatrième mode de réalisation ; - la figure 5 illustre un récepteur selon un cinquième mode de réalisation. 10 Sur l'ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Premier mode de réalisation Selon un premier mode de réalisation, en relation avec la figure 1, un récepteur 15 d'un système de localisation par satellite comprend - une unité 1 de réception configurée pour recevoir des signaux S radios GNSS ; - une unité 2 de traitement configurée pour exploiter les signaux radios reçus. L'unité 2 de traitement comprend une source optique 21 configurée pour fournir une énergie lumineuse. 20 La source 21 optique peut être constituée par une diode laser avec ou sans amplificateur par exemple. L'unité 1 de réception et l'unité 2 de traitement sont reliées entre elles au moyen d'une liaison 3 optique qui est configurée pour transmettre l'énergie lumineuse depuis l'unité 2 de traitement vers l'unité 1 de réception. 25 En outre, l'unité 1 de réception comprend une voie de réception 10 (comprenant une antenne 11 de réception) configurée pour recevoir les signaux S radios GNSS, et un module 12 de conversion d'énergie configurée pour convertir l'énergie lumineuse en énergie électrique utilisée pour alimenter l'antenne 11 radio. La voie de réception 10 comprend donc une antenne 11 suivie d'une unité 15 30 d'amplification/filtrage. L'énergie électrique est également utilisée pour alimenter l'unité 15 d'amplification/filtrage. La liaison 3 optique comprend une première fibre optique F01 configurée pour transmettre à l'unité 1 de réception l'énergie optique issue de la source optique et une seconde fibre optique configurée pour transmettre de l'unité 1 de réception à l'unité 2 de 35 traitement les signaux radios reçus de manière optique. 3042880 5 Ainsi, la liaison 3 optique est constituée d'une paire de fibres optiques, l'une montante et l'autre descendante La liaison montante transporte l'énergie lumineuse issue de la source optique de l'unité 2 de traitement. Elle a deux fonctions : 5 o Elle envoie la porteuse optique destinée à être modulée ; o Elle envoie l'énergie lumineuse destinée à télé-alimenter les fonctions électroniques actives de l'unité 1 de réception : l'antenne 11 radio et l'unité 15 d'amplification/filtrage et comme on le verra dans ce qui suit l'unité 13 de modulation optique. 10 La liaison descendante transporte le signal optique modulé des signaux radios GNSS. Afin de transmettre sur la seconde fibre F02 les signaux radios reçus, de manière optique, l'unité 1 de réception comprend une unité 13 de modulation optique, dont la porteuse optique est fournie par un diviseur 14 optique qui d'une part va envoyer une partie de l'énergie lumineuse au module 12 de conversion d'énergie et d'autre part va envoyer 15 l'autre partie de l'énergie à l'unité 13 de modulation optique. Ainsi, selon ce mode de réalisation, l'unité 1 de réception comprend une antenne 11 qui reçoit les signaux radios GNSS et des éléments électroniques de traitement aux fréquences radio (unité 15 d'amplification/filtrage). Les signaux radios peuvent être multifréquence (bandes L1 et L2 en GPS par 20 exemple, ou E5 Galileo dans un autre exemple). L'unité 2 de traitement quant à elle comprend une chaîne de réception constituée d'un démodulateur 23 optique pour convertir les signaux optiques reçus en signaux radios, d'une unité 24 radio et d'une unité 25 de traitements GNSS (les corrélateurs de poursuite notamment) permettant d'obtenir les données D GNSS. 25 Le fonctionnement de ce mode de réalisation est le suivant. Les signaux GNSS radios S sont reçus par l'antenne 11, ils sont amplifiés et filtrés par l'unité 15 d'amplification/filtrage, puis ils viennent moduler une porteuse optique. Le signal optique résultant - donc modulé - est ensuite envoyé via la seconde fibre optique vers l'unité 2 de traitement. 30 L'unité 2 de traitement démodule le signal optique modulé reçu de l'unité 1 de réception, et par des opérations classiques de réception radiofréquence de l'unité 24 radio envoie un signal à l'unité 25 de traitements GNSS. Ces opérations sont notamment : l'amplification, le filtrage, la transposition de fréquence, et la numérisation par exemple. 3042880 6 L'unité 25 de traitements GNSS réalise les opérations de décorrélation des signaux GNSS afin d'en extraire les messages de navigation et d'en générer les données D GNSS qui sont la position, le temps et la vitesse. Selon ce premier mode de réalisation, l'unité 1 de réception est télé-alimentée par 5 l'unité 2 de traitement grâce à la détection d'énergie de l'onde optique arrivant par la liaison montante. Ce mode de réalisation a l'avantage de relâcher les contraintes d'installation et de maintenance de l'antenne qui ne nécessite donc pas d'alimentation externe et ne comporte pas de pile. 10 Second mode de réalisation Selon un second mode de réalisation, en relation avec la figure 2, le récepteur diffère de celui du premier mode de réalisation, en ce que l'unité 1 de réception comprend plusieurs voies de réception 101, 102, 103, 104, ici quatre voies de réception comprenant 15 chacune une antenne 111, 112, 113, 114 chacune suivie par une unité 151, 152, 153, 154 d'amplification, filtrage. Comme pour le premier mode de réalisation, la liaison 3 optique comporte deux fibres optiques F01, F02, la première fibre optique F01 amenant l'énergie lumineuse vers l'unité 1 de réception. 20 L'énergie lumineuse est en particulier amenée vers un diviseur 14 optique qui d'une part va envoyer une partie de l'énergie lumineuse au module 12 de conversion d'énergie et d'autre part va envoyer l'autre partie de l'énergie optique à l'unité de modulation. L'unité 13 de modulation dans ce second mode de réalisation est différente de celle du premier mode de réalisation. 25 En particulier, l'énergie optique va permettre de fournir les différentes porteuses Xi, X3, X4 pour moduler optiquement les signaux radios GNSS reçus par chaque voie de réception. La modulation va se faire séquentiellement. L'énergie optique issue du diviseur 14 optique est amenée vers un premier 30 séparateur optique 161 lequel va extraire la première longueur d'onde de l'énergie lumineuse qui va alimenter un premier modulateur 131 optique pour moduler optiquement les signaux reçus par la première antenne 111. La partie de l'énergie lumineuse moins la première longueur optique est alors additionnée au signal optique modulé à la première longueur d'onde X1 par un premier 35 additionneur El. 3042880 7 Le résultat de cette addition est alors amené vers un second séparateur optique 162, lequel va extraire la seconde longueur d'onde 2 2 qui va alimenter un second modulateur optique 132 pour moduler optiquement les signaux reçus par la seconde antenne 112. La partie du signal issue du premier additionneur moins la seconde longueur d'onde 5 est alors additionnée au signal optique modulé à la seconde longueur d'onde par un second additionneur E2. Ceci est répété autant de fois qu'il y a de voies de réception. Dans le second mode de réalisation, il y quatre antennes, et donc : o quatre séparateurs optiques 161, 162, 163, 164 ; 10 o quatre modulateurs optiques 131, 132, 133, 134 ; o quatre additionneursE E -1, -21 -31 -4. A l'issue des différentes additions, le signal optique résultant est transmis à l'unité 2 de traitement lequel est divisé par un diviseur 26 optique pour être transmis à des filtres optiques 27f, 272, 273, 274 lesquels vont permettre d'extraire chaque signal optique ayant 15 chacun une longueur d'onde 2 r X.2, X3, X (identiques à celles utilisées au niveau de l'unité 1 de réception pour la modulation optique). Une fois les différents signaux optiques extraits, ils sont démodulés par des démodulateurs 23 optiques pour convertir les signaux optiques de chaque antenne 111, 112, 113, 114 en signaux radios, puis amenés vers des unités 24f, 242, 243, 244 radio et une unité 20 25 de traitements GNSS (les corrélateurs de poursuite notamment) permettant d'obtenir les données D GNSS. De manière avantageuse, les signaux radios GNSS de chaque antenne sont modulés à une longueur d'onde particulière, par exemple les signaux captés par la première antenne 111, une onde optique de longueur d'onde X1 à 445 nm (violet), la seconde antenne à X2 à 25 525 nm (vert), la troisième antenne à X3 à 577 nm (jaune) et la quatrième antenne à X4 à 650 nm (rouge). Ce second mode de réalisation, présente l'avantage de pouvoir facilement éloigner les antennes ; ou plutôt de permettre la connexion d'antennes éloignées. Cela peut s'avérer particulièrement intéressant lorsque la fréquence des signaux radio captés par les antennes 30 est basse. En effet, à basse fréquence et donc à grande longueur d'onde, l'espacement entre antennes d'un réseau devient plus important. Cela peut aussi trouver un intérêt lorsqu'une diversion d'antennes est nécessaire : sur un porteur non-stabilisé horizontalement, ou encore dans un objectif de lutte contre les trajets multiples : deux antennes placées à deux extrémités de l'avion offriront des capacités de discernement entre trajets directs (voulus) et 35 indirects (non-voulus). 3042880 8 Egalement, ce second mode de réalisation favorise grandement la mise en oeuvre de ce type d'architecture pour des « smart-sensors ». Les « smart-sensors » sont un réseau de capteurs (température, hygromètre, accéléromètre, etc.) répartis sur un porteur et ayant chacun la capacité à élaborer sa mesure et l'envoyer à l'unité de traitement. 5 Troisième mode de réalisation Selon un troisième mode de réalisation, en relation avec la figure 3, le récepteur comprend une unité 2 de traitement identique à celle du second mode de réalisation. Ce troisième mode de réalisation diffère du second mode de réalisation par son unité 10 13 de modulation qui au lieu de moduler séquentiellement les différents signaux, module tous les signaux en parallèle. Pour ce faire, l'énergie lumineuse issue de l'unité 2 de traitement, est distribuée sur toutes les voies de réception par l'intermédiaire d'un diviseur 14 optique qui transmet l'énergie lumineuse à des filtres optiques 17f, 172, 173, 174, lesquels vont extraire une 15 longueur d'onde M., X2, X3, X4 pour que le modulateur optique 131, 132, 133, 134 module les signaux radios sur une porteuse optique. Chaque voie module donc une longueur d'onde particulière puis toutes les voies sont additionnées par l'intermédiaire d'un additionneur Ce troisième mode de réalisation présente l'avantage de permettre à l'unité de 20 traitement de mettre en oeuvre lui-même ses traitements anti-interférence, anti-multi- trajets, et de les faire évoluer dynamiquement en fonction de la menace. Ce troisième mode de réalisation présente également l'avantage de ne pas injecter de retard entre les différentes voies grâce à une alimentation optique en parallèle et non plus séquentielle. S'il n'y a pas de retard entre les voies, alors les traitements antibrouillage 25 et anti-interférences deviennent plus efficace. Un avantage par rapport au second mode de réalisation est qu'il n'est pas nécessaire d'additionner plusieurs fois les signaux non-filtrés et d'affecter un temps de propagation différent à chaque antenne. 30 Quatrième mode de réalisation Selon un quatrième mode de réalisation, en relation avec la figure 4, le récepteur comprend ici une unique fibre optique FO. L'énergie optique est amenée depuis l'unité de traitement 2 vers l'unité 1 de réception pour alimenter les éléments actifs de l'unité de réception en utilisant une longueur 35 d'onde X0 qui est différente de celles utilisées pour moduler les signaux issues des antennes. 3042880 9 En outre, selon ce quatrième mode de réalisation, l'unité de réception comprend une source optique 18 qui va fournir l'énergie optique pour moduler les différents signaux aux longueurs d'onde Xl, X2, 2,3, X4. Le fonctionnement de l'unité de modulation 13 selon ce quatrième mode de 5 réalisation est identique à celui du troisième mode de réalisation à la différence que l'unité de réception comprend sa source optique 18. L'unité de traitement est identique à celle des second et troisième modes de réalisation. De plus, le récepteur selon ce quatrième mode de réalisation comporte un 10 additionneur E disposant d'un coupleur optique pour extraire la source optique transmise par l'unité 2 de traitement. Cinquième mode de réalisation Selon un cinquième mode de réalisation complémentaire à tous les autres modes de 15 réalisation décrits ci-dessus, et illustré sur la figure 5, le récepteur est tel que depuis l'unité de traitement on peut faire transiter des données de commande. Pour ce faire, l'unité 2 de traitement comprend deux sources optiques 21, 22, pour transmettre à l'unité de réception sur une première longueur d'onde, l'énergie lumineuse qui va servir à l'alimentation des éléments actifs de l'unité de réception et l'autre qui va servir à 20 faire passer les données de commande. Les données de commande sont générées par une unité Uc de commande qui sont modulés à une seconde longueur d'onde par un modulateur optique 28, les données de commandes modulées sont additionnées au signal optique issu de la source optique 21 dédiée à l'alimentation des éléments actifs de l'unité 1 de réception. 25 Au niveau de l'unité de réception, le signal optique transmis par la première fibre optique F01 est amené à un filtre optique 19 qui a va extraire le signal optique modulé à la seconde longueur d'onde, ce signal va être démodulé par une unité de démodulation 130 puis une unité Uc' de contrôle va exploiter les données de commande ainsi démodulées. Des données de commande montante de l'unité de traitement vers l'unité de 30 réception permettent par exemple d'activer ou désactiver l'électronique des antennes, de commander des gains et d'initier des modes de calibrage ou d'autoteste sous contrôle d'une unité logique « unité de contrôle ». REVENDICATIONS1. Récepteur d'un système de localisation par satellites, comprenant : - une unité (1) de réception configurée pour recevoir des signaux (S) radios GNSS ; - une unité (2) de traitement configurée pour exploiter les signaux radios reçus ; l'unité (2) de traitement comprenant une source optique (21) configurée pour fournir une énergie lumineuse ; - une liaison (3) optique disposée entre l'unité (1) de réception et l'unité (2) de traitement et configurée pour transmettre l'énergie lumineuse depuis l'unité (2) de traitement vers l'unité (1) de réception ; - une unité (13) de modulation optique configurée pour moduler optiquement les signaux radios reçus de manière à être transmis vers l'unité (2) de traitement de manière optique ; l'unité (1) de réception comprenant au moins une voie de réception (10, 101, 102, 103, 104), et un module (12) de conversion d'énergie configurée pour convertir l'énergie lumineuse en énergie électrique utilisée pour alimenter la voie de réception (10, 10f, 102, 103, 104) et l'unité (13) de modulation optique. 2. Récepteur selon la revendication 1, dans lequel la liaison (3) optique comprend une première fibre optique (F01) configurée pour transmettre à l'unité (1) de réception l'énergie optique et une seconde fibre optique configurée pour transmettre de l'unité (1) de réception à l'unité (2) de traitement les signaux radios reçus de manière optique. 3. Récepteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'unité de réception comprend un diviseur (14) optique configuré pour amener l'énergie lumineuse d'une part vers le module (12) de conversion d'énergie et d'autre part vers l'unité (13) de modulation optique afin que cette dernière module optiquement les signaux radios reçus de manière à être transmis vers l'unité (2) de traitement de manière optique. 4. Récepteur selon la revendication 3, dans lequel l'unité (1) de réception comprend plusieurs voies de réception (101, 102, 103, 104), chacune étant configurée pour recevoir un signal radio, l'unité (13) de modulation étant configurée pour moduler chaque signal radio selon une longueur d'onde donnée (Xi, 3042880 11 5. Récepteur selon la revendication 4, dans lequel l'unité (13) de modulation comprend pour chaque voie de réception (101, 102, 103, 104), un modulateur (131, 132, 133, 134), un additionneur (E1, -2Y., - Y.3, -4, ) et un séparateur optique (161, 162, 163, 164) configuré pour extraire une longueur d'onde particulière de l'énergie lumineuse afin que les signaux radios 5 de chaque antenne soit modulés selon la longueur d'onde particulière (a.i, -2a a a ) / l'additionneur permettant d'additionner successivement les signaux modulés. 6. Récepteur selon la revendication 4, dans lequel l'unité (13) de modulation comprend pour chaque voie de réception (101, 102, 103, 104), un modulateur (131, 132, 133, 134), un filtre 10 optique recevant toutes l'énergie lumineuse du diviseur (14) optique et configuré pour extraire une longueur d'onde particulière de l'énergie lumineuse afin que les signaux radios de chaque antenne soit modulés selon la longueur d'onde particulière (X1, X2, a3, X4), l'unité de modulation comprenant en outre un additionneur configuré pour additionner tous les signaux modulés. 15 7. Récepteur selon la revendication 1, comprenant une unique fibre optique configurée pour transmettre, selon une longueur d'onde, à l'unité (1) de réception l'énergie optique et selon au moins une autre longueur d'onde de l'unité (1) de réception à l'unité (2) de traitement les signaux radios reçus de manière optique. 20 8. Récepteur selon la revendication 7, dans lequel l'unité de réception comprend une source optique configurée pour fournir une énergie lumineuse à partir de laquelle est extraite ladite au moins une autre longueur d'onde. 25 9. Récepteur selon l'une des revendications 3 à 8, dans lequel l'unité de traitement comprend une unité (23) de démodulation optique configurée pour démoduler le signal radio reçus de manière optique. 10. Réception selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel l'unité (2) de traitement est 30 configurée pour transmettre des données de commande sur une longueur d'onde différente de celle utilisée pour alimenter la voie de réception de l'unité (1) de réception.