FR3042879A1 - Recepteur d'un systeme de localisation par satellites a la dispersion du temps de propagation limitee - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un récepteur d'un système de localisation par satellites, comprenant : - une unité (2) de traitement analogique configurée pour filtrer des signaux GNSS reçus; - un convertisseur (3) analogique/numérique recevant en entrée les signaux GNSS filtrés, ledit convertisseur (3) analogique/numérique numérisant les signaux GNSS filtrés à leur fréquence de réception de manière à ce que les signaux GNSS numériques soient échantillonnés à une fréquence intermédiaire Fi inférieure à ladite fréquence de réception ; - une unité (4) de traitement numérique configurée pour traiter à la fréquence intermédiaire Fi les signaux GNSS numériques afin d'obtenir des informations de position, vitesse et temps.
Description
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 vise plus particulièrement à réduire l'erreur pouvant affecter l'information de position délivrée par un tel récepteur générée notamment par le filtre de canal d'un tel récepteur. 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
Un récepteur de positionnement par satellites utilise les signaux émis par une pluralité de satellites en orbite autour de la terre.
Le positionnement par satellites consiste à mesurer le temps de propagation Tp 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.
Le contributeur prépondérant au temps de propagation Tp 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 de canal analogique est un filtre à ondes acoustiques de surface (FOS ou SAW pour en anglais, « Surface Acoustic Waves ») en raison de ses nombreux avantages : sélectivité, linéarité de phase, encombrement, poids, etc. 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. L'erreur de position d'un récepteur GNSS utilisant des filtres SAW, peut être significativement réduite si on a une connaissance précise de leurs temps de propagation Tp (valeur nominale, évolution en température et vieillissement).
Les solutions utilisées actuellement consiste à : 1) réduire la dispersion du temps de propagation en triant les filtres SAW issus d'un même substrat (« wafer ») et à compenser la dérive du temps de propagation en vieillissement par un nouveau calibrage lors d'une phase de maintien en conditions opérationnelles (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. 2) Mesurer en continu l'évolution du temps de propagation Tp des filtres SAW (voir le document FR 2 999 298) ou injecter des signaux tests dans la chaîne de réception pour en déduire le temps de propagation (voir le document FR 3 004 812).
PRESENTATION DE L'INVENTION
Un but de l'invention est d'améliorer la précision d'un récepteur GNSS en supprimant ou réduisant fortement la contribution des éléments de la chaîne de réception à la dispersion du temps de propagation. A cet effet, l'invention propose un récepteur d'un système de localisation par satellites, comprenant : - une unité de traitement analogique configurée pour filtrer des signaux GNSS reçus; - un convertisseur analogique/numérique recevant en entrée les signaux GNSS filtrés, ledit convertisseur analogique/numérique numérisant les signaux GNSS filtrés à leur fréquence de réception de manière à ce que les signaux GNSS numériques soient échantillonnés à une fréquence intermédiaire Fi inférieure à ladite fréquence de réception ; - une unité de traitement numérique configurée pour traiter à la fréquence intermédiaire Fi les signaux GNSS numériques afin d'obtenir des informations de position, vitesse et temps. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible. L'unité de traitement numérique comprend un filtre numérique à la fréquence intermédiaire Fi de manière à obtenir un signal numérique occupant une bande de fréquences inférieure à la bande de fréquences des signaux reçus. L'unité de traitement numérique comprend une pluralité de corrélateurs fonctionnant à ladite fréquence intermédiaire Fi. L'unité de traitement analogique comprend un amplificateur à faible bruit configuré pour amplifier les signaux GNSS reçus avant leur filtrage au moyen d'un filtre passe bande ; l'unité de traitement analogique comprenant en outre un amplificateur configuré pour amplifier les signaux filtrés.
Les avantages de l'invention sont multiples. L'architecture de l'invention ne met pas en œuvre d'éléments dispersifs du temps de propagation. En particulier, elle ne met pas en œuvre de filtre de canal du type SAW qui est très dispersif (dispersion du temps de propagation comprise entre 10 et 30 ns).
Il n'est plus nécessaire de mettre en œuvre des opérations de calibrage unitaires des filtres SAW ce qui permet de réduire les coûts du récepteur.
Le récepteur est plus robuste aux interférences.
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 : - la figure 1 illustre une architecture d'un récepteur selon l'invention ; - la figure 2 illustre une architecture d'un récepteur de type connu.
Sur l'ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Un récepteur d'un système de localisation par satellites est décrit en relation avec la figure 1.
Un tel récepteur comprend une antenne 1 GNSS permettant de recevoir des signaux GNSS S-GNSS issus de plusieurs satellites en orbite autour de la Terre, typiquement, quatre satellites.
Les signaux GNSS reçus par l'antenne 1 entrent alors dans une unité 2 de traitement analogique configurée pour filtrer les signaux GNSS dans une bande d'intérêt Bi, typiquement entre +1 MHz, ±10 MHz ou encore ±24 MHz selon les constellations GNSS.
De préférence, l'unité 2 de traitement analogique comprend un amplificateur à faible bruit 21 configuré pour amplifier les signaux GNSS reçus avant leur filtrage dans la bande d'intérêt au moyen d'un filtre 22 passe bande.
En outre, l'unité de traitement analogique comprend un amplificateur 23 configuré pour amplifier les signaux filtrés dans la bande d'intérêt Bi.
Les signaux GNSS issus de l'unité 2 de traitement analogique sont alors numérisés au moyen d'un convertisseur 3 analogique/numérique directement à la fréquence de réception des signaux GNSS, typiquement autour de 1,2 à 1,6 GHz. Le principe du sous-échantillonnage est ici utilisé : tout en respectant les critères de Nyquist-Shannon, le signal numérique en sorte du convertisseur 3 analogique/numérique se situe alors en fréquence intermédiaire Fi, de l'ordre de 100 MHz. Un oscillateur local 31 à une fréquence intermédiaire Fi crée par une boucle à verrouillage de phase (en anglais, « Phase Locked Loop » (PLL)) génère la fréquence d'échantillonnage alimentant le convertisseur 3 analogique/numérique.
En conséquence, en numérisant aux fréquences de réception, le convertisseur 3 analogique/numérique réalise par l'opération d'échantillonnage une transposition numérique en fréquence intermédiaire Fi.
La fréquence intermédiaire Fi est comprise entre 50 MHz et une centaine de MHz, typiquement 100 MHz ou 200 MHz et est inférieure à la fréquence de réception des signaux GNSS reçus.
Les signaux GNSS numériques sont alors traités par une unité 4 de traitement numérique fonctionnant à la fréquence intermédiaire de manière à obtenir des informations de localisation du type Position, Vitesse, Temps PVT.
En particulier, les signaux GNSS numériques sont d'abord filtrés au moyen d'un filtre numérique 41 puis injectés dans des corrélateurs 42 fonctionnant en parallèle. Ce sont ces corrélateurs qui permettent de délivrer les informations de localisation PVT. On notera que le filtre numérique 41 permet de rejeter les signaux non-désirés qui se situent hors de la bande utile.
Le filtre numérique 41 fonctionne à la fréquence intermédiaire Fi et est du type à réponse impulsionnelle finie (en anglais, « Finite Impulse Fllter », (FIR)).
Dans l'architecture proposée ici, le signal GNSS analogique est directement échantillonné aux fréquences de réception. On note dans une architecture classique illustrée sur la figure 2 selon laquelle la transposition en fréquence intermédiaire Fi est mise en œuvre notamment au moyen d'un mélangeur analogique 24 et d'un oscillateur local 25 du type PLL.
Dans cette architecture de récepteur illustrée à la figure 2, avant d'être numérisés les signaux sont amplifiés au moyen d'un amplificateur 27.
Ainsi, en revenant à la figure 1, le convertisseur analogique/numérique réalise la transposition en fréquence intermédiaire et le filtre à la fréquence intermédiaire est numérique au lieu d'être du type SAW. C'est donc l'opération de numérisation par le convertisseur analogique/numérique qui réalise la transposition en fréquence intermédiaire Fi.
En effet, la numérisation d'un signal revient à dupliquer son spectre dans chaque sous-bande de Nyquist ; ainsi en sélectionnant par filtrage une bande à une fréquence plus basse, le signal d'origine est transposé.
Dans le cadre de l'architecture illustré sur la figure 1, la variation résiduelle du temps de propagation est inférieure à 1 ns et provoque dans ce cas des erreurs de localisation de l'ordre de 30 centimètres ce qui est bien inférieur aux erreurs de localisation de plusieurs mètres dans le cas de la mise en œuvre d'un filtre de canal du type SAW.
Claims (4)
- REVENDICATIONS1. Récepteur d'un système de localisation par satellites, comprenant : - une unité (2) de traitement analogique configurée pour filtrer des signaux GNSS reçus; - un convertisseur (3) analogique/numérique recevant en entrée les signaux GNSS filtrés, ledit convertisseur (3) analogique/numérique numérisant les signaux GNSS filtrés à leur fréquence de réception de manière à ce que les signaux GNSS numériques soient échantillonnés à une fréquence intermédiaire Fi inférieure à ladite fréquence de réception ; - une unité (4) de traitement numérique configurée pour traiter à la fréquence intermédiaire Fi les signaux GNSS numériques afin d'obtenir des informations de position, vitesse et temps.
- 2. Récepteur selon la revendication 1, dans lequel l'unité (4) de traitement numérique comprend un filtre (41) numérique à la fréquence intermédiaire Fi de manière à obtenir un signal numérique occupant une bande de fréquences inférieure à la bande de fréquences des signaux reçus.
- 3. Récepteur selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel l'unité (4) de traitement numérique comprend une pluralité de corrélateurs (42) fonctionnant à ladite fréquence intermédiaire Fi.
- 4. Récepteur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'unité (2) de traitement analogique comprend un amplificateur à faible bruit (21) configuré pour amplifier les signaux GNSS reçus avant leur filtrage au moyen d'un filtre (22) passe bande ; l'unité de traitement analogique comprenant en outre un amplificateur configuré pour amplifier les signaux filtrés.
Priority Applications (1)
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| FR1502244A FR3042879B1 (fr) | 2015-10-23 | 2015-10-23 | Recepteur d'un systeme de localisation par satellites a la dispersion du temps de propagation limitee |
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Citations (2)
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| US20040146127A1 (en) * | 2003-01-28 | 2004-07-29 | Kent Samuel D. | Mixed technology MEMS/SiGe BiCMOS digitizing analog front end with direct RF sampling |
| US20080037687A1 (en) * | 2006-08-11 | 2008-02-14 | Mediatek Inc. | Method of direct rf digitization for multiple gnss system bands and receiver using the same |
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- 2015-10-23 FR FR1502244A patent/FR3042879B1/fr active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (2)
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