Brevet FR3044104A1 — publié le 20170526

Récepteur pour système de positionnement par satellites et procédé de traitement de signaux satellites Des modes de mise en oeuvre et de réalisation de l'invention concernent les récepteurs radiofréquences, et plus particulièrement les récepteurs radiofréquences utilisable par exemple dans les systèmes de positionnement par satellites, communément désignés par l'homme du métier sous l'acronyme anglosaxon « GNSS » (« Global Navigation Satellite System »), tels que le système mondial de positionnement américain (« Global Positioning System »: GPS en anglais), le système global de navigation satellitaire russe (« GLONASS » sous l'acronyme russe), le système de positionnement européen nommé « GALIEO », le système de positionnement et de navigation par satellites chinois nommé « COMPASS »/« BEIDOU », les systèmes de positionnement dit régionaux tels que le système indien de navigation régionale (« Indian Regional Navigational Satellite System » : IRNSS en anglais), le système de positionnement par satellite régional complémentaire du système GPS («Quasi-Zenith Satellite System » : QZSS en anglais), et les systèmes d'augmentation spatiale (« satellite- based augmentation system » : SBAS en anglais) tels que le système d'augmentation à zone étendue (« Wide Area Augmentation System » : WAAS en anglais), et les systèmes connus sous les acronymes EGNOS, MSAS, GAGAN, sans que ces exemples ne soient limitatifs. En général, un récepteur pour système de positionnement par satellites, qui est capable de recevoir différents signaux satellites multifréquences en provenance d'un ou plusieurs systèmes de positionnement par satellites comme cités ci-dessus, doit être conçu pour gérer des bandes de fréquences ayant de grands écarts de fréquence, par exemple supérieur à 400 MHz. D'une façon générale, un tel récepteur comprend un étage d'entrée radiofréquence (Front End RF en anglais) comportant une pluralité de chaines d'entrée dédiées disposées en parallèle. Chaque chaine dédiée est conçue pour recevoir un signal satellite ayant une fréquence de constellation dédiée. 3044104 2 Cependant, une telle configuration de chaines d'entrée dédiées complexifie la conception et augmente le coût global du récepteur. Ainsi, selon un mode de mise en oeuvre et de réalisation, il est proposé d'offrir une solution technique à faible coût et à faible 5 complexité pour réaliser un récepteur radiofréquence pour système de positionnement par satellites. Selon un aspect, il est proposé un récepteur pour système de positionnement par satellites. Ce récepteur comprend au moins une chaîne de réception comportant 10 un étage d'entrée configuré pour recevoir plusieurs signaux satellites ayant des fréquences de constellations différentes appartenant à une bande de fréquences ou à des bandes de fréquences différentes, un étage de transposition de fréquences couplé à l'étage 15 d'entrée et comportant un dispositif commandable d'oscillateur local configuré pour délivrer différents signaux de transposition de fréquence respectivement adaptés aux différentes fréquences de constellations ou aux différentes bandes de fréquences, et un étage de traitement couplé à l'étage de transposition de 20 fréquences et comportant des moyens de commande configurés pour commander le dispositif d'oscillateur local de façon à lui faire délivrer séquentiellement et cycliquement les différents signaux de transposition de fréquence. Un tel dispositif d'oscillateur local permet donc au récepteur 25 de transposer et de traiter les différents signaux satellites de façon séquentielle et cyclique, et ce au sein d'une seule et même chaîne de réception. En d'autres termes, alors que dans l'art antérieur une chaîne de réception est dédiée à une seule fréquence de constellation ou à une 30 seule bande de fréquences, transposée par un seul signal de transposition de fréquence, la chaîne de réception selon cet aspect est dédiée à un jeu de plusieurs fréquences de constellations différentes qui sont respectivement transposées de façon séquentielle par un jeu de plusieurs signaux différents de transposition de fréquence délivrés 3044104 3 par un même dispositif commandable d'oscillateur local, par exemple comportant une boucle à verrouillage de phase fractionnaire dont la valeur du diviseur permet de sélectionner la fréquence de transposition adéquate. 5 Ces différentes fréquences de constellation peuvent appartenir à une même bande de fréquences ou à des bandes de fréquences différentes. Dans ce dernier cas chaque fréquence de constellation peut appartenir à une bande différente ou bien certaines fréquences peuvent appartenir à une même bande de fréquences alors que d'autres peuvent 10 appartenir à une autre ou plusieurs autres bandes de fréquences. En d'autres termes le nombre de bandes différentes de fréquences n'est pas nécessairement égal aux nombres de fréquences de constellations différentes. Lorsque les fréquences de constellation appartiennent à des 15 bandes différentes, les signaux de transposition peuvent être adaptés à ces bandes différentes. Selon un mode de réalisation, l'étage de traitement comporte un module de filtrage couplé à la sortie de l'étage de transposition de fréquences et ayant une bande passante variable adaptée, après 20 transposition par chaque signal de transposition, aux fréquences de constellations ou aux bandes de fréquences des signaux satellites transposés. Les moyens de commande sont en outre configurés pour choisir la bande passante du module de filtrage en fonction du signal de transposition choisi. 25 L'étage de traitement comprend par exemple un module de conversion analogique/numérique couplé à la sortie du module de filtrage, et un module numérique de traitement incorporant lesdits moyens de commande. Bien que cela ne soit pas indispensable, l'étage de traitement 30 peut avantageusement comprendre en outre un module de contrôle automatique de gain (« Automatic Gain Control » : AGC en anglais) couplé entre le module de filtrage et le module de conversion analogique/numérique. Ce module de contrôle automatique de gain permet notamment de maintenir de façon automatique un niveau de 3044104 4 bruit constant en entrée du module de conversion analogique/numérique. Avantageusement, le module numérique de traitement peut comporter également un bloc d'acquisition configuré pour effectuer 5 des acquisitions des différents signaux satellites transposés et un bloc de pistage (« tracking » en langage anglaise) configuré pour pister les différents signaux satellites acquis. Par ailleurs, le bloc d'acquisition et le bloc de pistage sont avantageusement commandés par les moyens de commande. 10 Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de traitement de signaux satellites, comprenant, au sein d'une même chaîne de réception : une réception de plusieurs signaux satellites ayant des fréquences de constellations différentes appartenant à une bande de 15 fréquences ou à des bandes de fréquences différentes; une génération séquentielle et cyclique de différents signaux de transposition de fréquence respectivement adaptés aux différentes fréquences de constellations ou aux différentes bandes de fréquences; et 20 des transpositions de fréquence des signaux satellites à partir des signaux de transposition de fréquence adaptés, de façon à délivrer séquentiellement et cycliquement des signaux satellites transposés. Selon un mode de mise en oeuvre, le procédé comprend en outre des acquisitions des différents signaux satellites transposés et un 25 pistage des différents signaux satellites acquis. D'autre avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'étude de la description détaillée de modes de mise en oeuvre et de réalisation, pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : 30 - Les figures 1 à 5 illustrent de manière schématique différents modes de mise en oeuvre et de réalisation de l'invention. La figure 1 illustre un récepteur R pour système de positionnement par satellites selon l'invention, capable de recevoir des signaux satellites SS ayant des fréquences de constellations différentes 3044104 5 en provenance de différents systèmes de positionnement par satellites, tels que par exemple les systèmes « GPS », « GLONASS », « GALIEO », « COMPASS » ou « BEIDOU », « IRNSS », « QZSS », et « WAAS » cités ci-avant. 5 Le récepteur R comprend une antenne ANT pour recevoir les signaux satellites SS. Dans l'exemple de réalisation décrit ici, les signaux satellites SS appartiennent à des bandes de fréquences différentes. Cette antenne ANT est couplée à une chaîne de réception CHR. 10 Cette chaîne de réception CHR comprend un étage d'entrée EE comportant par exemple un amplificateur faible bruit (« Low Noise Amplifier » en anglais) LNA couplé à ladite antenne ANT. La chaîne de réception CHR comprend en outre un étage de transposition de fréquence ETF couplé à l'étage d'entrée EE et 15 comportant un dispositif commandable d'oscillateur local DOL et un mélangeur de fréquence MF, par exemple de structure à rejection d'image de fréquence connue en soi par l'homme du métier. Le mélangeur MF reçoit le signal SS et le transpose en fréquence en utilisant un signal STF de transposition de fréquence 20 délivré par le dispositif d'oscillateur local DOL commandable par un signal de commande SC. Le dispositif d'oscillateur local DOL peut être par exemple une boucle à verrouillage de phase (« Phrase-Locked Loop » : PLL en anglais) fractionnaire connue en soi par l'homme du métier. 25 Un exemple d'une telle boucle 1 à verrouillage de phase fractionnaire est illustré sur la figure 2. La boucle 1, comporte un comparateur de phase 10, recevant un signal de référence REF, suivi d'un filtre de boucle 11, lui-même suivi d'un oscillateur local commandé en tension 12 qui délivre le signal de 30 transposition de fréquence STF. L'oscillateur 12 est rebouclé sur le comparateur de phase 10, par l'intermédiaire d'un diviseur par N 13 couplé par ailleurs à la sortie d'un modulateur delta-sigma 14. Le signal de commande SC permet d'ajuster la valeur de N. 3044104 6 Le dispositif d'oscillateur local DOL est configuré pour délivrer au mélangeur de fréquence MF différents signaux de transposition de fréquence STF, respectivement adaptés ici aux signaux satellites SS des différentes bandes de fréquences. 5 Dans le cas d'une boucle à verrouillage de phase fractionnaire (figure 2), la fréquence FREF du signal de référence REF est constante et la fréquence de sortie FOUT, c'est-à-dire la fréquence du signal de transposition de fréquence STF, est ajustée en réglant la valeur du diviseur N. 10 Le récepteur R comprend par ailleurs un étage de traitement ET couplé à l'étage de transposition de fréquence ETF. L'étage de traitement ET comporte des moyens de commande MC configurés pour commander le dispositif d'oscillateur local DOL au travers du signal de commande SC. 15 Il convient de noter que chaque signal de transposition de fréquence correspond à une bande dédiée de fréquences de signaux satellites SS. Dans ce mode de réalisation le récepteur est paramétré pour recevoir des signaux satellites dans différentes bandes de fréquences 20 choisies, par exemple les bandes de fréquences : Ll (1563 MHz - 1587 MHz ; fréquence centrale environ 1576 MHz) ; L2 (1215MHz - 1239,6 MHz ; fréquence centrale environ 1227 MHz) ; et 25 L5 (1164MHz - 1189 MHz ; fréquence centrale environ 1176 MHz). Le récepteur pourra donc recevoir et traiter des signaux satellites SS ayant des fréquences de constellation différentes appartenant à ces bandes différentes, par exemple un signal GPS 30 (fréquence de constellation de 1575,42 MHz) situé dans la bande Ll, un signal GPS (fréquence de constellation de 1227,6 MHz) situé dans la bande L2 et un autre signal satellite situé dans la bande L5. Les fréquences des différents signaux de transposition de fréquence STF (et par conséquent par exemple les différentes valeurs 3044104 7 du diviseur N dans le cas d'une boucle à verrouillage de phase fractionnaire) sont choisies dans un jeu de fréquences mémorisées dans le récepteur et adaptées à ces bandes de fréquences choisies. Aussi pour la bande L1, on choisira par exemple un signal STF 5 de fréquence 1571MHz. Pour la bande L2 on choisira par exemple un signal STF de fréquence 1223 MHz et pour la bande L5 on choisira par exemple un signal STF de fréquence 1172 MHz. Ces différents signaux de transposition de fréquence STF sont 10 délivrés de façon séquentielle et cyclique afin de prendre en compte toutes les fréquences des différents systèmes de positionnement par satellites correspondant aux bandes choisies. Une délivrance séquentielle des signaux STF s'entend ici comme étant une délivrance des signaux STF les uns à la suite des 15 autres au cours d'un cycle et une délivrance cyclique s'entend comme étant une répétition dudit cycle au cours du temps. Le mélangeur de fréquence MF est configuré pour effectuer une transposition de fréquence sur les signaux satellites SS à partir des signaux de transposition de fréquence adaptés STF de façon à délivrer 20 des signaux satellites transposés SST. Dans cet exemple, la transposition de fréquence ramène les signaux transposés sensiblement en bande de base. Par analogie avec les signaux de transposition de fréquence STF du dispositif d'oscillateur local DOL, les signaux satellites 25 transposés SST sont également délivrés séquentiellement et cycliquement. En outre, l'étage de traitement ET comporte un module de filtrage FLT couplé à la sortie de l'étage de transposition de fréquences ETF, un module de conversion analogique/numérique CAN 30 couplé à la sortie du module de filtrage FLT avantageusement via un module de contrôle automatique de gain CAG, et un module numérique de traitement MNT incorporant lesdits moyens de commande MC. Le module numérique de traitement peut être réalisé de façon logicielle au 3044104 8 sein d'un microprocesseur et/ou de façon matérielle au sein d'un circuit spécifique ASIC. Le module de filtrage FLT reçoit les signaux satellites transposés SST délivrés par le mélangeur de fréquence MF et effectue 5 un filtrage de fréquence. Le module de filtrage FLT possède une bande passante variable adaptée aux bandes de fréquences des signaux satellites transposés SST de façon à récupérer séquentiellement et cycliquement des données des différents signaux satellites sur les bandes de fréquences correspondantes et éliminer d'éventuels signaux 10 situés à l'extérieur de la bande correspondante. Il convient de noter ici que les moyens de commande MC sont en outre configurés pour choisir la bande passante du module de filtrage FLT tout en synchronisant ce choix avec le signal de transposition choisi du dispositif d'oscillateur local DOL. 15 Puis, le module de conversion analogique/numérique CAN convertit les signaux satellites transposés SST filtrés par le module de filtrage FLT en des signaux numériques SN prêts pour des traitements numériques postérieurs. On se réfère maintenant à la figure 3 pour illustrer 20 schématiquement un exemple de fonctionnement du récepteur de la figure 1. A titre indicatif mais non limitatif, le récepteur est paramétré pour traiter des signaux satellites appartenant à trois bandes de fréquences différentes : L5 (1176MHz), L2 (1227MHz) et Ll 25 (1575MHz). Dans une première période Pl, le dispositif d'oscillateur local DOL est commandé par les moyens de commande MC de façon à délivrer un premier signal de transposition de fréquence STF1 dédié à la bande de fréquence L5, par exemple à 1172 MHz. 30 Après une transposition de fréquence effectuée par le mélangeur de fréquence MF, on obtient un premier signal satellite transposé SST1 à basse fréquence (bande de basse). La bande passante BP1 du module de filtrage MF est choisie par les moyens de commande MC pour récupérer les données de la bande L5 transposée. 3044104 9 Le module de conversion analogique/numérique CAN effectue ensuite une conversion analogique/numérique pour obtenir à sa sortie un premier signal numérique SN1 correspondant au données de la bande L5. 5 Il convient de noter qu'il existe une période transitoire PT12 entre la fin de la première période P1 et le début d'une deuxième période P2. Cette période transitoire PT12 est dédiée à la commutation de fréquence du dispositif d'oscillateur local DOL, qui va délivrer un deuxième signal de transposition de fréquence STF2 adapté à la bande 10 fréquence L2, par exemple à 1223 MHz. De la même manière, le récepteur R récupère un deuxième signal numérique SN2 correspondant aux données de la bande L2 dans la deuxième période P2. La bande passante BP2 du module de filtrage MF est différente de la bande passante BP1 et adaptée pour récupérer 15 des données de la bande L2 transposée. En délivrant un troisième signal de transposition de fréquence STF3, par exemple à 1571 MHz dédié à la bande de fréquence Ll dans une troisième période P3, le récepteur R récupère à la sortie du module de conversion analogique/numérique CAN, après filtrage avec une 20 bande passante adaptée BP3, un troisième signal numérique SN3 correspondant aux données de la bande Ll. De cette manière, le module CAN délivre séquentiellement, dans un cycle de traitement CT, les signaux numériques SN1 à SN3 correspondant respectivement aux signaux satellites des bandes de 25 fréquences L5, L2 et Ll. La période du cycle de traitement CT peut avantageusement être fixée dans le récepteur R, par exemple à 1 seconde. Selon un mode de réalisation, le module numérique de traitement MNT peut en outre comporter un bloc d'acquisition BA et 30 un bloc de pistage BP, comme illustré sur la figure 4. La structure et le fonctionnement de ces blocs sont classiques Le bloc d'acquisition BA est configuré pour effectuer, pendant une phase d'acquisition, des acquisitions des différents signaux satellites transposés afin de déterminer notamment les satellites 3044104 10 visibles au récepteur R et les caractéristiques des signaux satellites correspondants, par exemple des codes d'acquisition grossière (« Coarse/Acquisition » : C/A codes) pour le système GPS. Le récepteur R balaye séquentiellement et périodiquement les 5 bandes de fréquences différentes respectivement pendant les différentes périodes, par exemple les périodes P1 à P3 décrites ci-avant. Les moyens de commande MC sont configurés également pour gérer le fonctionnement du bloc d'acquisition BA dans chaque période. Une fois les signaux satellites SS acquis, la phase d'acquisition 10 est terminée et le récepteur R est basculé en mode de pistage (« tracking » en anglais) et utilise le bloc de pistage BP. Comme le bloc de pistage BP est également commandé par les moyens de commande MC, il est conçu pour pister donc séquentiellement les signaux satellites SS acquis dans chaque période comme illustré sur la 15 figure 5. Ainsi, on obtient un récepteur pour système de positionnement par satellite capable de recevoir des signaux satellites appartenant à des bandes de fréquences différentes tout en utilisant une seule chaine d'entrée radiofréquence muni d'un dispositif d'oscillateur local 20 commutable en fréquence. Les traitements de signaux satellites de différentes bandes de fréquence sont effectués dans le temps séquentiellement et cycliquement. Un tel récepteur possède avantageusement non seulement une complexité de conception réduite mais aussi un coût global de fabrication réduit. 25 L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits mais en embrasse toutes les variantes. Ainsi dans le cas où de nombreuses bandes de fréquences différentes serait à prendre en compte, il serait possible de prévoir plusieurs chaînes de réception respectivement dédiées à différents jeux 30 de différentes bandes de fréquences différentes. En d'autres termes chaque chaîne de réception serait dédiée à et capable de traiter un jeu de plusieurs bandes de fréquences différentes, les jeux étant différents d'une chaîne de réception à une autre. 3044104 11 Il serait également possible d'avoir plusieurs chaînes de réception respectivement dédiées au même jeu de bandes de fréquences mais utilisant des signaux de transposition de fréquences différents. Plus précisément, chaque chaîne pourrait être dédiée aux 5 bandes L1, L2 et L5, chaque chaîne utiliserait pour chaque bande un signal de transposition de fréquence adapté à ladite bande, mais la fréquence du signal de transposition de fréquence utilisée pour une bande donnée au sein d'une chaîne de réception serait différente de la fréquence du signal de transposition de fréquence utilisée pour la 10 même bande donnée au sein d'une autre chaîne de réception. Il serait aussi possible d'avoir une ou plusieurs chaînes de réception, chaque chaîne étant allouée aux traitements de fréquences de constellations différentes mais appartenant à une même bande de fréquences. Ainsi, une chaîne considérée utiliserait alors différents 15 signaux de transposition de fréquence respectivement adaptés auxdites différentes fréquences de constellations de la bande de fréquences considérée, par exemple la fréquence de constellation égale à 1575,42 MHz du système GPS et la fréquence de constellation égale à 1561,098 MHz du système BEIDOU appartenant toutes les deux à la bande de 20 fréquences Ll. REVENDICATIONS1. Récepteur pour système de positionnement par satellites, comprenant au moins une chaîne de réception (CHR) comportant - un étage d'entrée (EE) configuré pour recevoir plusieurs signaux satellites ayant des fréquences de constellations différentes appartenant à une bande de fréquences ou à des bandes de fréquences différentes, - un étage de transposition de fréquences (ETF) couplé à l'étage d'entrée (EE) et comportant un dispositif commandable d'oscillateur local (DOL) configuré pour délivrer différents signaux de transposition de fréquence (STF) respectivement adaptés aux différentes fréquences de constellations ou aux différentes bandes de fréquences, et - un étage de traitement (ET) couplé à l'étage de transposition de fréquences (ETF) et comportant des moyens de commande (MC) configurés pour commander le dispositif d'oscillateur local (DOL) de façon à lui faire délivrer séquentiellement et cycliquement les différents signaux de transposition de fréquence (STF). 2. Récepteur selon la revendication 1, dans lequel l'étage de traitement (ET) comporte un module de filtrage (FLT) couplé à la sortie de l'étage de transposition de fréquences (ETF) et ayant une bande passante variable adaptée, après transposition par chaque signal de transposition (STF), aux fréquences de constellations ou aux différentes bandes de fréquences des signaux satellites transposés (SST), les moyens de commande (MC) étant en outre configurés pour choisir la bande passante du module de filtrage (FLT) en fonction du signal de transposition (STF) choisi. 3. Récepteur selon la revendication 2, dans lequel l'étage de traitement (ET) comprend un module de conversion analogique/numérique (CAN) couplé à la sortie du module de filtrage (FLT), et un module numérique de traitement (MNT) incorporant lesdits moyens de commande (MC). 3044104 13 4. Récepteur selon la revendication 3, dans lequel le module numérique de traitement (MNT) comporte également un bloc d'acquisition (BA) configuré pour effectuer des acquisitions des différents signaux satellites transposés (SST) et un bloc de pistage 5 (BP) configuré pour pister les différents signaux satellites acquis, ces deux blocs (BA et BP) étant commandés par lesdits moyens de commande (MC). 5. Procédé de traitement de signaux satellites, comprenant, au sein d'une même chaîne de réception : 10 une réception de plusieurs signaux satellites (SS) ayant des fréquences de constellations différentes appartenant à une bande de fréquences ou à des bandes de fréquences différentes; une génération séquentielle et cyclique de différents signaux de transposition de fréquence (STF) respectivement adaptés aux 15 différentes fréquences de constellations ou aux différentes bandes de fréquences; et des transpositions de fréquence des signaux satellites (SS) à partir des signaux de transposition de fréquence (STF) adaptés, de façon à délivrer séquentiellement et cycliquement des signaux 20 satellites transposés (SST). 6. Procédé selon la revendication 5, comprenant en outre des acquisitions des différents signaux satellites transposés (SST) et un pistage des différents signaux satellites acquis. 25