WO2004055541A1 - Procede et dispositif de generation d'un signal de navigation a enveloppe constante a quatre codes independants - Google Patents

Procede et dispositif de generation d'un signal de navigation a enveloppe constante a quatre codes independants Download PDF

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WO2004055541A1
WO2004055541A1 PCT/FR2003/003695 FR0303695W WO2004055541A1 WO 2004055541 A1 WO2004055541 A1 WO 2004055541A1 FR 0303695 W FR0303695 W FR 0303695W WO 2004055541 A1 WO2004055541 A1 WO 2004055541A1
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navigation
modulated
frequency
codes
mhz
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PCT/FR2003/003695
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Inventor
Laurent Lestarquit
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Centre National D'etudes Spatiales (C.N.E.S.)
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Publication date
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Publication of WO2004055541A1 publication Critical patent/WO2004055541A1/fr

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/02—Details of the space or ground control segments

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for generating, on board a space satellite or from a terrestrial beacon (pseudolite), a modulated navigation signal for the positioning of a downlink receiver comprising four pseudo-random navigation codes of frequency greater than 0.5 MHz modulated on the same carrier of frequency fp greater than 500 MHz, typically between 1000 MHz and 1700 MHz.
  • modulated navigation signals such as those encountered for GPS or Galileo constellations or other systems such as GLONASS, KOMPASS, BEIDOU or pseudolites (or pseudo-satellites) are specific, and in particular completely separate from those encountered for telecommunication signals carrying information and data.
  • a navigation signal for positioning a receiver by downlink essentially carries pseudo-random codes formed by digital sequences clocked at high frequency, repeating over a very long period, the main function of which is to provide dating. of the transmission and not of transmitting digital data.
  • At least one of the pseudo-random codes can also, incidentally, convey data (digital data or messages, of navigation such as position of the satellite (s), on-board clock drift, ionospheric corrections, almanacs or ephemeris , ...) but at a much lower rate (typically 25 to 500 bits / s, while the frequency of the pseudo-random code is greater than 0.5 MHz).
  • Each pseudo-random code is compared by the receiver to a replica, so as to determine the "pseudo-distance" corresponding to the sum of the travel time and the clock bias between the transmitting satellite and the receiver.
  • this document provides, for modulation in the E5 band which must transmit four navigation codes clocked at 10 MHz, either two QPSK signals on two distinct E5a, E5b bands (two distinct multiplexed carriers), or one single broadband signal generated according to a modulation of the so-called BOC ("binary offset carrier") type, using a square subcarrier.
  • BOC binary offset carrier
  • the advantage of a BOC type modulation is indeed to allow the transmission of several codes on a single carrier, which leads to identical biases. BOC modulation also makes it possible not to degrade the signal / noise ratio. Indeed, it makes it possible to dispense with multiplexers and therefore to limit the losses in the payload and to transmit the secondary lobes of the signal if they exist.
  • the variations in the propagation times of the different codes are correlated to the benefit of better performance.
  • the aforementioned document also recalls the importance of generating the modulated signal with a constant envelope, so as to be able to optimize the operation of the power amplifier, and to avoid having to provide a linear amplifier and / or having a certain setback (therefore a lower yield), larger and heavier. It should be noted in this regard that this problem is particularly important insofar as the power amplifier represents the largest part of the mass and volume of the on-board electronic circuit for the transmission of the navigation signal.
  • the invention therefore aims to propose a method and a device for generating such a broadband modulated navigation signal capable of carrying four pseudo-random navigation codes on the same carrier while having a constant envelope.
  • the invention relates to a method of generating - in particular on board a space system - a modulated navigation signal intended to be used for positioning a receiver by downlink, comprising a plurality of codes pseudo-random navigation of chip rhythms greater than 0.5 MHz modulated on a carrier of frequency ⁇ greater than 500 MHz, characterized in that one modulates on the carrier four pseudo-random navigation codes Cl, C2, Cl ', C2 ', according to an 8-PSK modulation of constant amplitude with a modulation frequency fM such that:
  • the navigation signal according to the invention has a spectral separation of the codes which are distributed in two main lobes around the carrier frequency.
  • fM ⁇ 400 MHz is chosen. More particularly, in the case of a method implemented on board a space system, fM ⁇ 200 MHz is chosen. It can be seen that such a modulation in fact corresponds to a LOC ("linear offset carrier") modulation with a sinusoidal subcarrier of frequency fM / 8 but discretized so as to address only the points corresponding to the constellation 8-PSK of constant amplitude.
  • LOC linear offset carrier
  • 8fc ⁇ fM makes it possible to ensure that the frequency of the subcarrier is greater than the rate of bits of the pseudo-random codes.
  • an 8-PSK modulation of symmetrical constant amplitude in the Fresnel plane is used.
  • an 8-PSK modulation of asymmetrical constant amplitude in the Fresnel plane is used.
  • an 8-PSK modulation of phase states equal to k. ⁇ / 4 is used, k being an integer between 1 and 8.
  • the baseband modulation signal can take the following values:
  • ⁇ is between 1000 MHz and 1700 MHz (L band).
  • fc is of the order of 10 MHz.
  • fM is of the order of 120 MHz.
  • each pair of codes in at least one pair of codes Cl, Cl '; C2, C2 'modulated in quadrature on the same frequency, one Cl'; C2 'incorporates digital data modulated at a frequency less than fc / 1000.
  • each pair of codes can incorporate digital data.
  • the invention extends to a device for implementing a method according to the invention.
  • the invention thus relates to a device for generating - notably on board a space system - a modulated navigation signal intended to be used for positioning a receiver by downlink, comprising a plurality of pseudo navigation codes - random rhythms of chips greater than 0.5 MHz modulated on a carrier of frequency ⁇ greater than 500 MHz, this device comprising: - a circuit generating pseudo-random navigation codes,
  • phase displacement modulator circuit delivering the modulated navigation signal on the carrier
  • a transmitter circuit comprising at least one power amplification stage, capable of transmitting a radio frequency signal corresponding to the modulated navigation signal, characterized in that the modulator circuit is adapted to modulate on the carrier four random navigation codes C1, C2, Cl ', C2', according to an 8-PSK modulation of constant amplitude with a modulation frequency f M * such that:
  • the modulator circuit is adapted to carry out an 8-PSK modulation with a modulation frequency fM ⁇ 400 Mhz.
  • the modulator circuit is adapted to carry out an 8-PSK modulation with a modulation frequency fM ⁇ 200 MHz.
  • the modulator circuit is adapted to produce an 8-PSK modulation of symmetrical constant amplitude in the Fresnel plane.
  • the modulator circuit is adapted to carry out an 8-PSK modulation of asymmetrical constant amplitude in the Fresnel plane.
  • the modulator circuit is adapted to carry out an 8-PSK modulation with phase states equal to k ⁇ / 4, k being an integer between 1 and 8.
  • the modulator circuit is adapted to modulate the four codes according to a truth table as described above.
  • ⁇ is between 1000 MHz and 1700 MHz.
  • fc is of the order of 10 MHz.
  • fM is of the order of 120 MHz.
  • the device is adapted so that in at least one pair of codes Cl, Cl '; C2, C2 'modulated in quadrature on the same frequency, one Cl', C2 'incorporates digital data modulated at a frequency lower than fc / 1000.
  • the invention thus makes it very simple to transmit, by a single modulated navigation signal, four independent pseudo-random codes, by an 8-PSK modulation comparable to a LOC modulation with discretized sinusoidal subcarrier so as to select only the points of constant amplitude.
  • the invention also relates to a method and a device characterized in combination by all or some of the characteristics mentioned above or below.
  • Other objects, characteristics and advantages of the invention appear on reading the following description which refers to the appended figures, in which:
  • FIG. 1 is a diagram of a constellation of navigation satellites such as GPS or Galileo,
  • FIG. 2 is a block diagram of a device according to the invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of a circuit of a navigation signal receiver modulated for positioning by downlink
  • FIG. 4 is a more detailed diagram of part of the device of FIG. 2 according to the invention.
  • FIGS. 5 and 6 are diagrams representing two examples of possible architecture of receivers compatible with a method and a device according to the invention.
  • FIG. 7 is a diagram representing an example of the timing diagrams of the navigation codes and of the channels I, Q of a navigation signal in a method according to the invention.
  • FIG. 8 is a diagram in the Fresnel plane representing an 8-PSK modulation constellation which can be used in a method according to the invention
  • FIG. 9 is an example of a diagram representing a spectrum of the navigation signal of a method according to the invention.
  • FIG. 10 is a diagram representing the spectrum of the signal of FIG. 9 filtered by a filter of central frequency ⁇ and allowing the two main lobes to pass at frequencies fl and £ 2, as well as secondary lobes,
  • FIG. 11 is a diagram representing the spectrum of the signal of FIG. 9 filtered by a filter of central frequency fl and allowing only the main lobe to pass through fl, as well as portions of secondary lobes
  • FIG. 12 is a diagram representing an example of a correlation function used in a receiver and corresponding to the navigation signal of FIG. 11.
  • the device according to the invention is intended to be carried on board a space system such as a satellite 2a, 2b, 2c, 2d belonging to a constellation 1 of satellites adapted to allow radio navigation and / or radio positioning of receivers 6 located on Earth or on a terrestrial satellite - in particular terrestrial receivers or on board satellites or aircraft -.
  • the invention is in particular intended to equip the satellites of the Galileo constellation for the emission of navigation codes in the E5 band.
  • a device according to the invention can also, as a variant or in combination, be used in pseudolites (or pseudo-satellites) which are beacons, generally on the ground, generating a navigation signal close to a navigation signal broadcast by a satellite.
  • pseudolites or pseudo-satellites
  • Each satellite 2a, 2b, 2c, 2d therefore comprises a device according to the invention for generating a modulated navigation signal 7a, 7b, 7c, 7d comprising a plurality of pseudo-random navigation codes intended to be used for positioning of receiver 6 by downlink.
  • This generation device comprises a reception antenna 8 associated with a circuit 9 for receiving data, so that the generation device can receive data or navigation messages - in particular coming generally from the ground for managing the constellation 1 by the control segment can be wholly or partly incorporated into the modulated navigation signal.
  • the generation device also comprises a clock circuit 10 supplying a reference frequency f0 to a circuit 11 for generating navigation codes and to a circuit 12 for generating the carrier signal.
  • the navigation code generation circuit 11 optionally receives the data from the data receiver 9.
  • the navigation codes from circuit 11 are modulated by a modulator circuit 13 on the carrier signal from circuit 12.
  • the signal thus modulated obtained is delivered to a transmitting antenna 14 via a transmitting circuit 15 amplification and filtering, so that the transmitting antenna 14 transmits the modulated navigation signal 7 conveying the various pseudo-random navigation codes.
  • This navigation signal 7 is received by a receiver 6, the schematic diagram of which is shown in FIG. 3.
  • This receiver 6 comprises a reception antenna 18 associated with a radio frequency reception circuit 19 traditionally comprising an amplification, filtering chain , frequency conversion, and analog / digital conversion.
  • This radio frequency reception circuit 19 therefore supplies a digital modulated signal to signal processing circuits 20, namely, a circuit 20a, 20b, 20c, 20d for each navigation signal 7a, 7b, 7c, 7d from each satellite 2a , 2b, 2c, 2d so as to allow simultaneous processing of these signals. It should be noted that it is possible to use more than four satellites, and therefore more than four processing circuits in a receiver.
  • Each signal processing circuit 20 makes it possible to extract raw measurements 21 and, where appropriate, navigation data (or messages) 22 conveyed by one and / or the other of the codes of the received modulated navigation signal.
  • the raw measurements 21 consist in particular of a pseudo-distance calculation between the corresponding 2a, 2b, 2c, 2d and the receiver 6. It can also be a so-called “pseudo-speed” or "integrated Doppler” calculation carried out on the carrier signal.
  • These raw measurements are traditional and well known - especially in the case of the GPS constellation -.
  • the raw measurements 21 and the possible navigation data 22 are supplied to a navigation calculation circuit 23 which supplies on the one hand the raw measurements 21 and the navigation data 22 which it receives, and, on the other hand, a calculation result 24, in particular a position signal from the receiver 6.
  • the signals from circuit 23 are optionally supplied to a digital processing device for their subsequent use for navigation or positioning.
  • the receiver 6 also includes a clock circuit 25 delivering a reference frequency on the one hand to the radio frequency reception circuit 19, and on the other hand to the various signal processing circuits 20.
  • FIG. 4 represents in more detail the block 16 comprising the circuits 9, 10, 11, 12, 13, represented in FIG. 2 by dotted lines, and which makes it possible to implement the method according to the invention.
  • This block 16 comprises the clock circuit 10 generating an analog clock signal at the reference frequency fo, which is for example of the order of 10.23 MHz.
  • This reference frequency fo is supplied to a circuit 26 generating square signals clocked at the reference frequency f0.
  • These square signals at the reference frequency f0 are supplied to four frequency converters 27-1, 27-1 ', 27-2, 27-2' which deliver square signals of frequency fcl, fcl ', fc2, fc2', respectively, to four circuits generating pseudo-random navigation codes 28-1, 28-1 ', 28-2, 28-2', respectively generating four pseudo-random navigation codes Cl, Cl ', C2, C2' , intended to be incorporated into the navigation signal 7.
  • the circuit 26 generating square signals at the frequency f0 also supplies these square signals to a frequency converter 29 supplying square signals at a frequency fM, which is the modulation frequency, to a cyclic counter 30 making it possible to generate eight digital values, from 1 to 8, cyclically to clock the modulator circuit 13 at the modulation frequency fM.
  • a reset circuit 31 makes it possible to initialize and synchronize at start-up the four circuits 28-1, 28-1 ', 28-2, 28-2' generating the codes, as well as the counter 30, and therefore the modulator 13.
  • the data receiving circuit 9 possibly supplies navigation data (messages) to one and / or the other of the code generator circuits 28-1, 28-1 ', 28-2, 28-2', so that this navigation data can be integrated into the pseudo-random code, but at a much lower frequency.
  • the four circuits 28-1, 28-1 ', 28-2, 28-2' form the circuit 11 shown in FIG. 2, the function of which is to generate the pseudo-random navigation codes.
  • the modulator circuit 13 is adapted to carry out the modulation in accordance with the method of the invention, according to an 8-PSK modulation of constant amplitude with a modulation frequency fM defined by the signals delivered by the counter 30.
  • the circuit 12 generating the carrier signal is formed by a frequency converter circuit 32 receiving the analog clock signal at the reference frequency f 0 and supplying an analog signal at the frequency of the carrier ⁇ .
  • the carrier signal ⁇ is delivered to two parallel carrier branches, one of which 33 provides the carrier signal in phase, and the other 34 includes a ⁇ / 2 phase shifter circuit 35 delivering a carrier signal in quadrature at the frequency ⁇ .
  • the modulation frequency fM is chosen so that:
  • fM ⁇ 400 MHz, and more particularly fM ⁇ 200 MHz, for an on-board device. Max denotes the maximum function, fc being the largest value of fci.
  • the different rates of bits fci of the pseudo-random navigation codes are all greater than 0.5 MHz and preferably greater than 1 MHz.
  • the envisaged chip rate is 2.046 MHz for all the codes.
  • fM Ni.fci.
  • the carrier frequency ⁇ must be greater than
  • the E5a band is at a carrier frequency of 1,176.45 MHz and the E5b band is at a frequency which is 1,207.14 MHz.
  • the El band is at 1589.742 MHz and the Gl band extends up to 1610 MHz.
  • the modulator circuit 13 comprises a logic circuit 45 which provides at its output 36 a modulation signal 8-PSK in baseband at the frequency fM carrying the four navigation codes C1, C2, Cl ', C2'.
  • This modulation signal can thus take eight phase states corresponding to the constellation of the 8-PSK modulation, that is to say to the different pads PI, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8 of this constellation. , as shown in figure 8.
  • the logic circuit 45 uses four navigation codes, for example according to the following truth table:
  • TM is equal to 1 / fM.
  • This truth table corresponds to the expression of the baseband modulation signal x (t) supplied on output 36 according to the following equations:
  • the eight truth tables can be obtained with a constellation similar to that of FIG. 8 but with studs traversed in the direction of rotation of the hands of a watch (and not in the opposite direction of the hands of a watch as in Figure 8), are in fact identical, except for rotation, to the eight truth tables previously defined and can therefore also be used. Indeed, it suffices to reverse Cl, Cl 'and C2, C2' to pass from a constellation traversed in one direction to the constellation having the same studs but traversed in the opposite direction.
  • TM is equal to 1 / fM.
  • This truth table corresponds to the expression of the baseband modulation signal x (t) supplied on output 36 according to the following equations:
  • the method according to the invention can be assimilated to an alternative BOC type modulation (at two frequencies f1 and £ 2 around the carrier frequency and separated from this carrier frequency by a subcarrier frequency of value fM / 8) but defined from a cosine or sine type subcarrier (such as that used for a LOC modulation from which only certain discrete points are used in order to ensure that the baseband modulation signal has an amplitude constant).
  • the baseband modulation signal x (t) delivered to the output 36 of the logic modulation circuit 45 is supplied to a branch 37 in phase and to a branch 38 in quadrature.
  • the branch 37 in phase comprises a filter 39 which extracts the values in phase I of the modulation signal, and a mixer 40 which combines them with the carrier signal at the frequency ⁇ coming from the carrier branch in phase 33.
  • the quadrature branch 38 comprises a filter 41 which extracts the quadrature values Q of the modulation signal and a mixer 42 which modulates these values on the carrier signals at the frequency ⁇ delivered by the quadrature carrier branch 34.
  • the signals modulated in phase (at the outlet of the branch 37) and in quadrature (at the outlet of the branch 38) are combined by a summing circuit 43 in phase delivering a single modulated signal on its output 44 connected to the input of the amplification transmitter circuit and filter 15 for the transmission of the modulated navigation signal 7.
  • FIG. 7 gives an example of timing diagrams for the four codes C1, C2, Cl ', C2' and for the channels I and Q of the modulation signal used at the input of the mixer circuits 40, 42. With this modulation signal, the modulated signal delivered on output 44 has a constant envelope.
  • FIGS. 5 and 6 represent two alternative embodiments of an architecture at the level of the receiver 6 for the exploitation of the navigation signal modulated by the device according to the invention.
  • the radio frequency reception chain includes the antenna reception 18 connected to a low noise amplifier 46 followed by a frequency conversion circuit 47, which converts the signal received from frequency ⁇ to an intermediate frequency fi specific to the receiver adapted to then allow analog / digital conversion in the best possible conditions.
  • the signal is then transmitted to a bandpass filter 48 which makes it possible to keep in the modulated navigation signal only the two main lobes corresponding to the frequencies f1 and f2, by eliminating the components outside these lobes.
  • the bandwidth of the bandpass filter 48 is greater than or equal to 2fM / 8 + 2fc, and preferably of the order of this value corresponding to the spread in frequency of the two lobes of the navigation signal over the frequencies fl and f2.
  • the signal thus filtered is supplied to an analog-digital converter 49 which delivers a digital signal corresponding to circuits 50 for processing the signal together forming one of the circuits 20 for processing the signal described above with reference to FIG. 3.
  • different circuits 50 each allow the processing of the different pseudo-random navigation codes C1, C2, C1 ', C2' jointly or not.
  • the number of circuits 50 depends on the use that is made of the receiver and the services accessible to the user of this receiver.
  • the receiver has authorization to use only part of the codes, for example, Cl and Cl '.
  • the two frequencies f1 and £ 2 are treated separately on two separate branches.
  • the output of the amplifier 46 supplies a first branch 51 and a second branch 52 in parallel.
  • the lobe centered on the frequency f1 of the navigation signal is processed.
  • This branch 51 therefore comprises a converter circuit 53 from the frequency fl to the intermediate frequency fi, followed by a bandpass filter 54 which makes it possible to keep only the lobe at the frequency fl, the passband of the filter 54 being between 2fM / 8 and 2fc, an analog-to-digital converter 55 and a plurality of signal processing circuits 56 for extracting the two navigation codes C1, C1 '.
  • the branch 42 includes a frequency converter circuit 57 (from £ 2 to fi) followed by a bandpass filter 58 with a bandwidth between 2fM / 8 and 2fc, making it possible to extract the components on the lobe of frequency £ 2, a converter analog digital 59 and signal processing circuits 60 to extract the codes C2, C2 '.
  • Figure 9 shows an example of a modulated navigation signal spectrum as transmitted by the payload (transmitter).
  • the center frequency is ⁇ .
  • this signal comprises two main lateral lobes, one at the frequency f1, the other at the frequency f2.
  • FIG. 10 represents an example of a modulated navigation signal spectrum obtained after the bandpass filtering of the filter 48 of FIG. 5 in a receiver. As can be seen, this signal comprises two main lateral lobes, one at the frequency fl, the other at the frequency £ 2.
  • FIG. 11 represents an example of a spectrum of modulated navigation signal obtained after the bandpass filtering of the filter 54 in a receiver of FIG. 6. Only the lobe centered by the frequency f1 is present. This lobe contains the signals Cl and Cl '.
  • FIG. 12 is the correlation function of the signal having the spectrum of FIG. 11 correlated with the replica of the codes C1 and C1 ', as generated by the receiver. The correlation peak (quasi-triangular shape) indicates the presence of the codes Cl and Cl 'in the signal of FIG. 11, and therefore an excellent correlation.
  • the navigation codes used are four pseudorandom codes of the type envisaged for the Galileo constellation.
  • the receiver architectures can be very different, and there are many technologies known in the art.
  • the various functions described can also be the subject of various structural embodiments which are well known in themselves.
  • the value of fc is of the order of 10 MHz and the value of fM is of the order of 120 MHz.
  • other values are possible and compatible with a method and a navigation device according to the invention.

Abstract

L'invention concerne un procédé et un dispositif de génération d'un signal de navigation modulé destiné à être utilisé pour le positionnement d'un récepteur par liaison descendante. On module sur une porteuse de fréquence fp supérieure à 500 MHz, quatre codes de navigation pseudo-aléatoire C1, C2, C1', C2' de rythmes de bribes supérieurs à 0,5 MHz, selon une modulation 8-PSK d'amplitude constante avec une fréquence de modulation fM telle que 8fc ≤ fM ,où fc = Max(fci), fci désignant les rythmes de bribes fc1, fc1', fc2, fc2' des codes de navigation C1, C2, C1', C2', chaque valeur fci étant telle que fM = Ni.fci, Ni étant un nombre entier supérieur ou égal à 8, deux codes de navigation C1, C1' étant modulés en quadrature à la fréquence f1 = fp - fM/8 et deux autres codes de navigation C2, C2' étant modulés en quadrature à la fréquence f2 = fp + fM/8, le signal de navigation modulé présentant une enveloppe constante. Application à la radionavigation ou au radiopositionnement par satellites.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE GENERATION D'UN SIGNAL
DE NAVIGATION A ENVELOPPE CONSTANTE
A QUATRE CODES INDEPENDANTS
L'invention concerne un procédé et un dispositif de génération, à bord d'un satellite spatial ou à partir d'une balise terrestre (pseudolite), d'un signal de navigation modulé pour le positionnement d'un récepteur par liaison descendante comprenant quatre codes de navigation pseudoaléatoires de fréquence supérieure à 0,5 MHz modulés sur une même porteuse de fréquence fp supérieure à 500 MHz, typiquement comprise entre 1000 MHz et 1700 MHz.
La génération de signaux de navigation modulés tels que ceux rencontrés pour les constellations GPS ou Galiléo ou d'autres systèmes tels que GLONASS, KOMPASS, BEIDOU ou les pseudolites (ou pseudo-satellites) sont spécifiques, et notamment complètement distincts de ceux rencontrés pour les signaux de télécommunication véhiculant des informations et données.
En effet, un signal de navigation pour le positionnement d'un récepteur par liaison descendante véhicule essentiellement des codes pseudo-aléatoires formés de séquences numériques cadencées à haute fréquence, se répétant sur une très longue période, dont la fonction principale est de fournir une datation de l'émission et non de transmettre des données numériques. L'un au moins des codes pseudo-aléatoires peut aussi, accessoirement, véhiculer des données (données numériques ou messages, de navigation tels que position du(des) satellite(s), dérive d'horloge bord, corrections ionosphériques, almanachs ou éphémérides, ...) mais selon un rythme beaucoup plus faible (typiquement 25 à 500 bits/s, alors que la fréquence du code pseudo-aléatoire est supérieure à 0,5 MHz).
Chaque code pseudo-aléatoire est comparé par le récepteur à une réplique, de façon à déterminer la "pseudo-distance" correspondant à la somme du temps de trajet et du biais d'horloge entre le satellite émetteur et le récepteur. La publication "Status of Galileo Frequency and Signal Design" Guenter W. HEIN, Jeremie GODET, Jean-Luc ISSLER, Jean- Christophe MARTIN, Philippe ERHARD, Rafaël LUCAS-RODRIGUEZ, Tony PRATT, 25/09/2002, hτ //europa.eu.int/comr--/dgs/energy_transport/galileo/ documents/technical_en.htm décrit les différents schémas de modulation connus et pouvant être envisagés pour réaliser un signal de navigation modulé.
En particulier, ce document prévoit, pour la modulation dans la bande E5 qui doit transmettre quatre codes de navigation cadencés à 10 MHz, soit deux signaux QPSK sur deux bandes E5a, E5b distinctes (deux porteuses distinctes multiplexées), soit un seul signal large bande généré selon une modulation du type dit BOC ("binary offset carrier"), utilisant une sous- porteuse carrée. L'intérêt d'une modulation de type BOC est en effet de permettre la transmission de plusieurs codes sur une seule porteuse, ce qui entraîne des biais identiques. La modulation BOC permet aussi de ne pas dégrader le rapport signal/bruit. En effet, elle permet de se passer de multiplexeurs et donc de limiter les pertes dans la charge utile et de transmettre les lobes secondaires du signal s'ils existent. Egalement, du fait de l'utilisation d'une chaîne d'amplification unique, les variations des temps de propagation des différents codes sont corrélées au bénéfice d'une meilleure performance. Le document sus-cité rappelle aussi l'importance de générer le signal modulé avec une enveloppe constante, de façon à pouvoir optimiser le fonctionnement de l'amplificateur de puissance, et d'éviter d'avoir à prévoir un amplificateur linéaire et/ou présentant un certain recul (donc un plus faible rendement), plus volumineux et plus lourd. Il est à noter à cet égard que ce problème est particulièrement important dans la mesure où l'amplificateur de puissance représente la plus grande partie de la masse et du volume du circuit électronique embarqué pour l'émission du signal de navigation. Comme l'indique le document sus-cité, il a été envisagé d'utiliser une modulation BOC alternative (ou en bande de base) comprenant une sous-porteuse rectangulaire (dont l'intérêt est notamment qu'elle peut être générée sous forme numérique) complexe. Mais si l'on veut transmettre quatre codes avec une telle modulation, on obtient nécessairement un signal de navigation d'enveloppe non constante, et dont la valeur peut même être nulle. Il en va de même si l'on utilise une sous- porteuse sinusoïdale. C'est la raison pour laquelle ce document annonce l'emploi d'une variante permettant de générer les quatre codes avec une enveloppe constante par une modulation 8-PSK, mais ne décrit en rien le procédé ou le dispositif permettant d' obtenir un tel résultat surprenant.
L'invention vise donc à proposer un procédé et un dispositif pour la génération d'un tel signal de navigation modulé large bande pouvant véhiculer quatre codes de navigation pseudo-aléatoires sur une même porteuse tout en présentant une enveloppe constante. Pour ce faire, l'invention concerne un procédé de génération -notamment à bord d'un système spatial- d'un signal de navigation modulé destiné à être utilisé pour le positionnement d'un récepteur par liaison descendante, comprenant une pluralité de codes de navigation pseudo-aléatoires de rythmes de bribes supérieurs à 0,5 MHz modulés sur une porteuse de fréquence φ supérieure à 500 MHz, caractérisé en ce qu'on module sur la porteuse quatre codes de navigation pseudo-aléatoires Cl, C2, Cl ', C2', selon une modulation 8-PSK d'amplitude constante avec une fréquence de modulation fM telle que :
8fc < fM où fc = Max(fci), fci désignant les rythmes de bribes fcl, fcl', fc2, fc2' des codes de navigation Cl, C2, Cl', C2', chaque valeur fci étant telle que fM = Ni.fci, Ni étant un nombre entier supérieur ou égal à 8, deux codes de navigation Cl, Cl' étant modulés en quadrature à la fréquence fl = φ - fM/8 et deux autres codes de navigation C2, C2' étant modulés en quadrature à la fréquence f2 = φ + fM/8, le signal de navigation modulé présentant une enveloppe constante.
Le signal de navigation selon l'invention présente une séparation spectrale des codes qui sont répartis en deux lobes principaux autour de la fréquence porteuse.
Avantageusement et selon l'invention, on choisit fM < 400 MHz. Plus particulièrement, dans le cas d'un procédé mis en œuvre à bord d'un système spatial, on choisit fM < 200 MHz. On peut constater qu'une telle modulation correspond en fait à une modulation LOC ("linear offset carrier") à sous-porteuse sinusoïdale de fréquence fM/8 mais discrétisée pour n'adresser que les points correspondants à la constellation 8-PSK d'amplitude constante. On arrive ainsi, de façon surprenante, à transmettre sur une seule porteuse quatre codes de navigation pseudo-aléatoires distincts et indépendants combinés sur un unique signal de modulation en bande de base d'enveloppe constante à l'émission avec une occupation spectrale centrée sur fl pour Cl et Cl' et sur f2 pour C2 et C2' et avec un écart faible entre fl et f2 (inférieur à 100 MHz) -notamment inférieur à 50 MHz à bord d'un système spatial-. Il est à noter en particulier qu'avec un écart de fréquences aussi faible, la solution qui consisterait à multiplexer des signaux modulés et amplifiés séparément pour chaque fréquence fl, f2 ne donnerait pas des résultats pratiques satisfaisants, notamment à bord d'un système spatial. En effet, cette solution nécessiterait un filtrage trop étroit de chacun des signaux modulés, d'où une perte de qualité, rédhibitoire en pratique, du signal de navigation.
Par ailleurs, la condition que 8fc < fM permet d'assurer que la fréquence de la sous-porteuse soit supérieure au rythme de bribes des codes pseudo-aléatoires . Avantageusement et selon l'invention, on utilise une modulation 8-PSK d'amplitude constante symétrique dans le plan de Fresnel. En variante, on utilise une modulation 8-PSK d'amplitude constante dissymétrique dans le plan Fresnel.
Avantageusement et selon l'invention, on utilise une modulation 8-PSK d'états de phases égaux à k.π/4, k étant un nombre entier compris entre 1 et 8. Ainsi, pour des codes pseudo-aléatoires prenant les valeurs 1 et -1, le signal de modulation en bande de base peut prendre les valeurs suivantes:
2.exp [jk.π/4], G<j 1,2,3,4,5,6,7,8 !> Avantageusement et selon l'invention, on module les quatre codes selon une table de vérité choisie dans le groupe des tables de vérité formé de : TABLE 1
Figure imgf000007_0001
TABLE 2
Figure imgf000007_0002
où PI, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8 sont les différents plots et la constellation 8-PSK, et TM = 1/fM, et des autres tables de vérité issues de ces tables de vérité
TABLE 1 et TABLE 2 par rotation de phase de n.π/4, n €{ 1,2,3,4,5,6,7^ et/ou inversion de sens de parcours de la constellation. Les changements d'états d'une combinaison des quatre codes à une autre interviennent de façon pseudo-aléatoire selon une fréquence qui est un multiple de fM (fM y compris). Avantageusement et selon l'invention, φ est comprise entre 1000 MHz et 1700 MHz (bande L). Avantageusement et selon l'invention, fc est de l'ordre de 10 MHz. Avantageusement et selon l'invention, fM est de l'ordre de 120 MHz. Avantageusement et selon l'invention, dans au moins une paire de codes Cl, Cl' ; C2, C2' modulés en quadrature sur la même fréquence, l'un Cl' ; C2' incorpore des données numériques modulées selon une fréquence inférieure à fc/1000. Ainsi, chaque paire de codes peut incorporer des données numériques.
L'invention s'étend à un dispositif pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention. L'invention concerne ainsi un dispositif de génération -notamment à bord d'un système spatial-, d'un signal de navigation modulé destiné à être utilisé pour le positionnement d'un récepteur par liaison descendante, comprenant une pluralité de codes de navigation pseudo-aléatoires de rythmes de bribes supérieurs à 0,5 MHz modulés sur une porteuse de fréquence φ supérieure à 500 MHz, ce dispositif comprenant : - un circuit générateur de codes de navigation pseudoaléatoires,
- un circuit modulateur par déplacement de phase délivrant le signal de navigation modulé sur la porteuse,
- un circuit émetteur, comprenant au moins un étage d'amplification de puissance, apte à émettre un signal radiofrequence correspondant au signal de navigation modulé, caractérisé en ce que le circuit modulateur est adapté pour moduler sur la porteuse quatre codes de navigation aléatoire Cl, C2, Cl', C2', selon une modulation 8-PSK d'amplitude constante avec une fréquence de modulation fM * telle que :
8fc < fM où fc = Max(fci), fci désignant les rythmes de bribes fcl, fcl', fc2, fc2' des codes de navigation Cl, C2, Cl', C2', chaque valeur fci étant telle que fM = Ni.fci, Ni étant un nombre entier supérieur ou égal à 8, deux codes de navigation Cl, Cl' étant modulés en quadrature à la fréquence f 1 = φ - fM/8 et deux autres codes de navigation C2, C2' étant modulés en quadrature à la fréquence f2 = φ + fM/8, le signal de navigation modulé présentant une enveloppe constante. Avantageusement et selon l'invention, le circuit modulateur est adapté pour réaliser une modulation 8-PSK avec une fréquence de modulation fM < 400 Mhz. Dans le cas notamment d'un dispositif destiné à être embarqué à bord d'un satellite spatial, avantageusement et selon l'invention, le circuit modulateur est adapté pour réaliser une modulation 8-PSK avec une fréquence de modulation fM < 200 MHz.
Avantageusement et selon l'invention, le circuit modulateur est adapté pour réaliser une modulation 8-PSK d'amplitude constante symétrique dans le plan de Fresnel. En variante, le circuit modulateur est adapté pour réaliser une modulation 8-PSK d'amplitude constante dissymétrique dans le plan de Fresnel.
Avantageusement et selon l'invention, le circuit modulateur est adapté pour réaliser une modulation 8-PSK avec des états de phases égaux à k π/4, k étant un nombre entier compris entre 1 et 8. Avantageusement et selon l'invention, le circuit modulateur est adapté pour moduler les quatre codes selon une table de vérité telle que décrite ci-dessus. Avantageusement et selon l'invention, φ est comprise entre 1000 MHz et 1700 MHz. Avantageusement et selon l'invention, fc est de l'ordre de 10 MHz. Avantageusement et selon l'invention, fM est de l'ordre de 120 MHz. Avantageusement et selon l'invention, le dispositif est adapté pour que dans au moins une paire de codes Cl, Cl' ; C2, C2' modulés en quadrature sur la même fréquence, l'un Cl', C2' incorpore des données numériques modulées selon une fréquence inférieure à fc/1000.
L'invention permet ainsi de façon très simple, de transmettre par un unique signal de navigation modulé, quatre codes pseudoaléatoires indépendants, par une modulation 8-PSK assimilable à une modulation LOC à sous-porteuse sinusoïdale discrétisée pour ne sélectionner que les points d'amplitude constante.
L'invention concerne aussi un procédé et un dispositif caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaissent à la lecture de la description suivante qui se réfère aux figures annexées, dans lesquelles :
- la figure 1 est un schéma d'une constellation de satellites de navigation telle que GPS ou Galiléo,
- la figure 2 est un schéma de principe d'un dispositif selon l'invention,
- la figure 3 est un schéma de principe d'un circuit d'un récepteur de signal de navigation modulé pour le positionnement par liaison descendante,
- la figure 4 est un schéma plus détaillé d'une partie du dispositif de la figure 2 selon l'invention,
- les figures 5 et 6 sont des schémas représentant deux exemples d'architecture possibles de récepteurs compatibles avec un procédé et un dispositif selon l'invention,
- la figure 7 est un diagramme représentant un exemple des chronogrammes des codes de navigation et des voies I, Q d'un signal de navigation dans un procédé selon l'invention,
- la figure 8 est un diagramme dans le plan de Fresnel représentant une constellation de modulation 8-PSK pouvant être utilisée dans un procédé selon l'invention,
- la figure 9 est un exemple de diagramme représentant un spectre de signal de navigation d'un procédé selon l'invention,
- la figure 10 est un diagramme représentant le spectre du signal de la figure 9 filtré par un filtre de fréquence centrale φ et laissant passer les deux lobes principaux aux fréquences fl et £2, ainsi que des lobes secondaires,
- la figure 11 est un diagramme représentant le spectre du signal de la figure 9 filtré par un filtre de fréquence centrale fl et ne laissant passer que le lobe principal en fl, ainsi que des portions de lobes secondaires, - la figure 12 est un diagramme représentant un exemple de fonction de corrélation utilisée dans un récepteur et correspondant au signal de navigation de la figure 11.
Le dispositif selon l'invention est destiné à être embarqué à bord d'un système spatial tel qu'un satellite 2a, 2b, 2c, 2d appartenant à une constellation 1 de satellites adaptée pour permettre la radionavigation et/ou le radiopositionnement de récepteurs 6 situés sur Terre ou sur un satellite terrestre -notamment des récepteurs terrestres ou embarqués sur satellites ou aéronefs-. L'invention est en particulier destinée à équiper les satellites de la constellation Galiléo pour l'émission de codes de navigation dans la bande E5.
Un dispositif selon l'invention peut aussi, en variante ou en combinaison, être utilisé dans des pseudolites (ou pseudo-satellites) qui sont des balises, généralement au sol, générant un signal de navigation proche d'un signal de navigation diffusé par un satellite. Chaque satellite 2a, 2b, 2c, 2d comprend donc un dispositif selon l'invention de génération d'un signal de navigation modulé 7a, 7b, 7c, 7d comprenant une pluralité de codes de navigation pseudo-aléatoires destinés à être utilisés pour le positionnement du récepteur 6 par liaison descendante.
Ce dispositif de génération comprend une antenne de réception 8 associée à un circuit 9 récepteur de données, de sorte que le dispositif de génération peut recevoir des données ou messages de navigation -notamment en provenance en général du sol pour la gestion de la constellation 1 par le segment de contrôle sol- pouvant en tout ou partie être incorporés dans le signal de navigation modulé. Le dispositif de génération comprend également un circuit d'horloge 10 fournissant une fréquence de référence fO à un circuit 11 de génération des codes de navigation et à un circuit 12 de génération du signal de porteuse. Le circuit 11 de génération des codes de navigation reçoit éventuellement les données en provenance du récepteur de données 9. Les codes de navigation issus du circuit 11 sont modulés par un circuit modulateur 13 sur le signal de porteuse issu du circuit 12. Le signal modulé ainsi obtenu est délivré à une antenne d'émission 14 par l'intermédiaire d'un circuit émetteur 15 d'amplification et de filtrage, de sorte que l'antenne d'émission 14 émet le signal de navigation 7 modulé véhiculant les différents codes de navigation pseudoaléatoires.
Ce signal de navigation 7 est reçu par un récepteur 6 dont le schéma de principe est représenté figure 3. Ce récepteur 6 comprend une antenne de réception 18 associée à un circuit de réception radiofrequence 19 comprenant de façon traditionnelle une chaîne d'amplification, de filtrage, de conversion de fréquence, et de conversion analogique/numérique. Ce circuit 19 de réception radiofrequence fournit donc un signal modulé numérique à des circuits 20 de traitement du signal, à savoir, un circuit 20a, 20b, 20c, 20d pour chaque signal de navigation 7a, 7b, 7c, 7d issu de chaque satellite 2a, 2b, 2c, 2d de façon à permettre un traitement simultané de ces signaux. Il est à noter qu'il est possible d'utiliser plus de quatre satellites, et donc plus de quatre circuits 20 de traitement dans un récepteur. Chaque circuit 20 de traitement du signal permet d'extraire des mesures brutes 21 et, le cas échéant, des données (ou messages) de navigation 22 véhiculées par l'un et/ou l'autre des codes du signal de navigation modulé reçu. Les mesures brutes 21 consistent notamment en un calcul de pseudo-distance entre le 2a, 2b, 2c, 2d correspondant et le récepteur 6. Il peut s'agir également d'un calcul dit de "pseudo-vitesse" ou "Doppler intégré" réalisé sur le signal de porteuse. Ces mesures brutes sont traditionnelles et bien connues -notamment dans le cas de la constellation GPS-.
Ces calculs, ainsi que toutes les notions connues en matière de navigation et positionnement par satellite sont décrits par exemple dans le document UNDERSTANDING GPS : PRINCIPLES AND APPLICATIONS, Elliott D. KAPLAN, éditions Artech Housse, 1996.
Les mesures brutes 21 et les données de navigation 22 éventuelles sont fournies à un circuit 23 de calcul de navigation qui fournit d'une part les mesures brutes 21 et les données de navigation 22 qu'il reçoit, et, d'autre part, un résultat 24 de calcul, notamment un signal de position du récepteur 6.
Il est à noter qu'il existe de très nombreuses technologies et architectures différentes connues pour un tel récepteur 6, notamment en ce qui concerne les différents circuits du traitement du signal et de calcul de navigation. Les signaux issus du circuit 23 sont fournis éventuellement à un dispositif de traitement numérique pour leur exploitation ultérieure en vue de la navigation ou du positionnement. Le récepteur 6 comprend également un circuit d'horloge 25 délivrant une fréquence de référence d'une part au circuit de réception radiofrequence 19, et d'autre part aux différents circuits 20 de traitement du signal.
La figure 4 représente plus en détail le bloc 16 comprenant les circuits 9, 10, 11, 12, 13, représentés figure 2 par des traits pointillés, et qui permet de mettre en œuvre le procédé selon l'invention.
Ce bloc 16 comprend le circuit d'horloge 10 générant un signal analogique d'horloge à la fréquence de référence fo, qui est par exemple de l'ordre de 10,23 MHz. Cette fréquence de référence fo est fournie à un circuit 26 générateur de signaux carrés cadencés à la fréquence de référence f0. Ces signaux carrés à la fréquence de référence fO sont fournis à quatre convertisseurs de fréquence 27-1, 27-1', 27-2, 27-2' qui délivrent des signaux carrés de fréquence fcl, fcl', fc2, fc2', respectivement, à quatre circuits générateurs de codes de navigation pseudo-aléatoires 28-1, 28-1', 28-2, 28-2', générant respectivement quatre codes de navigation pseudo-aléatoire Cl, Cl', C2, C2' indépendants, destinés à être incorporés dans le signal de navigation 7. Le circuit 26 générateur de signaux carrés à la fréquence fO fournit également ces signaux carrés à un convertisseur de fréquence 29 fournissant des signaux carrés à une fréquence fM, qui est la fréquence de modulation, à un compteur 30 cyclique permettant de générer huit valeurs numériques, de 1 à 8, de façon cyclique pour cadencer le circuit modulateur 13 à la fréquence de modulation fM.
Un circuit 31 de réinitialisation permet d'initialiser et de synchroniser au démarrage les quatre circuits 28-1, 28-1', 28-2, 28-2' générateurs des codes, ainsi que le compteur 30, et donc le modulateur 13. Le circuit récepteur de données 9 fournit éventuellement des données de navigation (messages) à l'un et/ou l'autre des circuits générateurs de codes 28-1, 28-1', 28-2, 28-2', de sorte que ces données de navigation puissent être intégrées dans le code pseudo-aléatoire, mais à une fréquence beaucoup plus faible. Les quatre circuits 28-1, 28-1', 28-2, 28-2' forment le circuit 11 représenté figure 2 ayant pour fonction de générer les codes de navigation pseudoaléatoires. Le circuit modulateur 13 est adapté pour réaliser la modulation conformément au procédé de l'invention, selon une modulation 8-PSK d'amplitude constante avec une fréquence de modulation fM définie par les signaux délivrés par le compteur 30.
Le circuit 12 générant le signal de porteuse est formé d'un circuit 32 convertisseur de fréquence recevant le signal analogique d'horloge à la fréquence de référence f0 et fournissant un signal analogique à la fréquence de la porteuse φ. Le signal de porteuse φ est délivré à deux branches de porteuse parallèles dont l'une 33 fournit le signal de porteuse en phase, et l'autre 34 comprend un circuit 35 déphaseur de π/2 délivrant un signal de porteuse en quadrature à la fréquence φ.
La fréquence de modulation fM est choisie de telle sorte que :
8fc < fM où fc = Max(fci), fci désignant les rythmes de bribes fcl, fcl', fc2, fc2' des codes de navigation Cl, C2, Cl', C2', chaque valeur fci étant telle que fM = Ni.fci, Ni étant un nombre entier supérieur ou égal à 8, deux codes de navigation Cl, Cl' étant modulés en quadrature à la fréquence f 1 = φ - fM/8 et deux autres codes de navigation C2, C2' étant modulés en quadrature à la fréquence £2 = φ + fM/8, le signal de navigation modulé présentant une enveloppe constante. En particulier, on choisit fM < 400 MHz, et plus particulièrement fM < 200 MHz, pour un dispositif embarqué. Max désigne la fonction maximum, fc étant la plus grande valeur de fci.
Les différents rythmes de bribes fci des codes de navigation pseudo-aléatoires (fréquences de cadencement de ces codes) sont tous supérieurs à 0,5 MHz et de préférence supérieurs à 1 MHz. Typiquement, dans la constellation Galiléo, le rythme de bribes envisagé est de 2,046 MHz pour tous les codes. En pratique, les quatre codes peuvent avoir le même rythme de bribes, c'est-à-dire que fci = fc. Néanmoins, rien n'empêche d'utiliser les codes avec des rythmes différents dès lors qu'ils satisfont à la condition fM = Ni.fci. La fréquence de la porteuse φ doit être supérieure à
500 MHz, et est typiquement comprise entre 1000 MHz et 1700 MHz. Par exemple, dans le cadre de la constellation Galiléo, la bande E5a est à une fréquence de porteuse de 1176,45 MHz et la bande E5b est à une fréquence qui est de 1207,14 MHz. La bande El est à 1589,742 MHz et la bande Gl s'étend jusqu'à 1610 MHz.
Le circuit modulateur 13 comprend un circuit 45 logique qui fournit sur sa sortie 36 un signal de modulation 8-PSK en bande de base à la fréquence fM véhiculant les quatre codes de navigation Cl, C2, Cl', C2'. Ce signal de modulation peut ainsi prendre huit états de phase correspondants à la constellation de la modulation 8-PSK, c'est-à-dire aux différents plots PI, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8 de cette constellation, tels que représentés figure 8.
Pour élaborer le signal de modulation, le circuit logique 45 utilise quatre codes de navigation, par exemple selon la table de vérité suivante :
TABLE 1
Figure imgf000015_0001
Dans cette table de vérité, TM est à égal à 1/fM. Cette table de vérité correspond l'expression du signal de modulation en bande de base x(t) fourni sur la sortie 36 selon les équations suivantes :
x(t) = ^= . [sign[cos(2π(fM/8)t + kl π/2]] + j.k2sign[cos(2 π(fM/8) + kl π/2] V2 OU x(t) = 2(j)kl.sign [cos(2.τ(fM/8)t + k2π/4]
avec kl &{ 1,2,3,4 r et k2 = ± 1
Ces équations peuvent elles-mêmes être obtenues à partir de l'expression du signal de modulation en bande de base d'une modulation de type LOC à sous-porteuse sinusoïdale, mais en discretisant cette modulation pour ne retenir que des états de phases ponctuels de même amplitude.
Il est clair qu'il est aussi possible d'utiliser l'une des sept autres tables de vérité définies à partir de cette table de vérité TABLE 1, par simple rotation de n.π/4, n étant un entier compris entre 1 et 7. En fait, la constellation de la figure 8 correspond à huit constellations équivalentes dépendant uniquement de la position choisie pour l'un des plots, par exemple le plot PI.
Il est également à noter que les huit tables de vérité pouvant être obtenues avec une constellation similaire à celle de la figure 8 mais avec des plots parcourus dans le sens de rotation des aiguilles d'une montre (et non en sens inverse des aiguilles d'une montre comme sur la figure 8), sont en fait identiques, à la rotation près, aux huit tables de vérité précédemment définies et peuvent donc aussi être utilises. En effet, il suffit d'inverser Cl, Cl' et C2, C2' pour passer d'une constellation parcourue dans un sens à la constellation ayant les mêmes plots mais parcourue en sens inverse.
Egalement, il est possible d'utiliser la table de vérité suivante : TABLE 2
Figure imgf000017_0001
Dans cette table de vérité, TM est à égal à 1/fM. Cette table de vérité correspond l'expression du signal de modulation en bande de base x(t) fourni sur la sortie 36 selon les équations suivantes :
x(t) = = • [sign[sin(2π(fM/8)t + kl π/2]] + j.k2sign[sin(2 π(fM/8) + kl π/2]
V2 ou x(t) = 2(j)kl .sign [sin(2.τ(fM/8)t + k2π/4] avec kl G<{ 1,2,3,41" et k2 = ± 1
Il est aussi possible d'utiliser l'une des sept autres tables de vérité définies à partir de cette table de vérité TABLE 2, par simple rotation de n.π/4, n étant un entier compris entre 1 et 7. Là encore, les huit tables de vérité pouvant être obtenues avec une constellation similaire mais avec des plots parcourus en sens inverse, sont en fait identiques, à la rotation près, aux huit tables de vérité précédemment définies et peuvent donc aussi être utilises.
Il existe donc trente deux tables de vérité dans le groupe de tables de vérité pouvant être utilisées et correspondant à la constellation représentée figure 8 où les huit plots sont répartis symétriquement sur un cercle (amplitude constante) et décalés en phase de π/4, quatre plots étant situés sur les axes du plan de Fresnel.
Ainsi, le procédé selon l'invention peut être assimilé à une modulation de type BOC alternatif (à deux fréquences fl et £2 autour de la fréquence de porteuse et séparées de cette fréquence de porteuse par une fréquence de sous-porteuse de valeur fM/8) mais définie à partir d'une sous- porteuse de type cosinus ou sinus (telle que celle utilisée pour une modulation LOC de laquelle on exploite uniquement certains points discrets afin d'assurer que le signal de modulation en bande de base présente une amplitude constante). Le signal de modulation en bande de base x(t) délivré sur la sortie 36 du circuit 45 logique de modulation est fourni à une branche 37 en phase et à une branche 38 en quadrature. La branche 37 en phase comprend un filtre 39 qui extrait les valeurs en phase I du signal de modulation, et un mélangeur 40 qui les combine au signal de porteuse à la fréquence φ issu de la branche de porteuse en phase 33. De même, la branche en quadrature 38 comprend un filtre 41 qui extrait les valeurs en quadrature Q du signal de modulation et un mélangeur 42 qui module ces valeurs sur les signaux de porteuse à la fréquence φ délivrés par la branche de porteuse en quadrature 34. Les signaux modulés en phase (en sortie de la branche 37) et en quadrature (en sortie de la branche 38) sont combinés par un circuit 43 sommateur en phase délivrant un signal modulé unique sur sa sortie 44 reliée à l'entrée du circuit émetteur d'amplification et de filtrage 15 en vue de l'émission du signal de navigation modulé 7.
La figure 7 donne un exemple de chronogrammes pour les quatre codes Cl, C2, Cl', C2' et pour les voies I et Q du signal de modulation utilisées à l'entrée des circuits mélangeurs 40, 42. Avec ce signal de modulation, le signal modulé délivré sur la sortie 44 présente une enveloppe constante.
Les figures 5 et 6 représentent deux variantes de réalisation d'une architecture au niveau du récepteur 6 pour l'exploitation du signal de navigation modulé par le dispositif selon l'invention. Dans la variante de la figure 5, on utilise une seule branche de réception et de traitement du signal de navigation. Ainsi, la chaîne de réception radiofrequence comprend l'antenne de réception 18 reliée à un amplificateur à faible bruit 46 suivi d'un circuit 47 de conversion de fréquence, qui convertit le signal reçu de la fréquence φ à une fréquence fi intermédiaire propre au récepteur adaptée pour permettre ensuite une conversion analogique/numérique dans les meilleures conditions possibles. Le signal est ensuite transmis à un filtre passe-bande 48 qui permet de ne conserver dans le signal de navigation modulé que les deux lobes principaux correspondants aux fréquences fl et f2, en éliminant les composantes en dehors de ces lobes. Ainsi, la bande-passante du filtre passe-bande 48 est supérieure ou égale à 2fM/8 + 2fc, et de préférence de l'ordre de cette valeur correspondant à l'étalement en fréquence des deux lobes du signal de navigation sur les fréquences fl et f2. Le signal ainsi filtré est fourni à un convertisseur analogique numérique 49 qui délivre un signal numérique correspondant à des circuits 50 de traitement du signal formant ensemble l'un des circuits 20 de traitement du signal décrit ci-dessus en référence à la figure 3. Les différents circuits 50 permettent chacun de réaliser le traitement des différents codes de navigation pseudoaléatoires Cl, C2, Cl', C2' conjointement ou non. Le nombre de circuits 50 dépend de l'usage que l'on fait du récepteur et des services accessibles à l'utilisateur de ce récepteur. Il est ainsi possible que le récepteur n'ait l'autorisation d'exploiter qu'une partie des codes, par exemple, Cl et Cl'. Dans la variante de la figure 6, les deux fréquences fl et £2 sont traitées séparément sur deux branches distinctes. Ainsi, la sortie de l'amplificateur 46 alimente une première branche 51 et une deuxième branche 52 en parallèle. Sur la première branche 51, on traite le lobe centré sur la fréquence fl du signal de navigation. Cette branche 51 comprend donc un circuit convertisseur 53 de la fréquence fl à la fréquence intermédiaire fi, suivi d'un filtre passe-bande 54 qui permet de ne conserver que le lobe à la fréquence fl, la bande passante du filtre 54 étant comprise entre 2fM/8 et 2fc, un convertisseur analogique numérique 55 et une pluralité de circuit de traitement du signal 56 pour extraire les deux codes de navigation Cl, Cl'. De façon similaire, la branche 42 comprend un circuit convertisseur de fréquence 57 (de £2 à fi) suivi d'un filtre passe-bande 58 de bande passante comprise entre 2fM/8 et 2fc, permettant d'extraire les composantes sur le lobe de fréquence £2, un convertisseur analogique numérique 59 et des circuits de traitement du signal 60 pour extraire les codes C2, C2'.
La figure 9 représente un exemple de spectre de signal de navigation modulé tel que transmis par la charge utile (émetteur). La fréquence centrale est φ. Comme on le voit, ce signal comprend deux lobes latéraux principaux, l'un à la fréquence fl, l'autre à la fréquence f2.
La figure 10 représente un exemple de spectre de signal de navigation modulé obtenu après le filtrage passe-bande du filtre 48 de la figure 5 dans un récepteur. Comme on le voit ce signal comprend deux lobes latéraux principaux, l'un à la fréquence fl, l'autre à la fréquence £2.
La figure 11 représente un exemple de spectre de signal de navigation modulé obtenu après le filtrage passe-bande du filtre 54 dans un récepteur de la figure 6. Seul le lobe centré par la fréquence fl est présent. Ce lobe contient les signaux Cl et Cl'. La figure 12 est la fonction de corrélation du signal ayant le spectre de la figure 11 corrélé avec la réplique des codes Cl et Cl', telle que générée par le récepteur. Le pic de corrélation (forme quasi-triangulaire) indique la présence des codes Cl et Cl' dans le signal de la figure 11, et donc une excellente corrélation. Les résultats présentés aux figures 11 et 12 ont été obtenus par un logiciel de simulation de signaux de navigation avec une bande passante de 40 MHz pour le filtre 53, une fréquence fl correspondant à la bande E5a, et une valeur de fM = 120 MHz.
Les codes de navigation utilisés sont quatre codes pseudo- aléatoires du type de ceux envisagés pour la constellation Galiléo.
L'invention décrite ci-dessus et représentée sur les figures peut faire l'objet de nombreuses variantes de réalisation.
En particulier, les architectures de récepteur peuvent être très différentes, et il existe de nombreuses technologies connues en la matière. Les différentes fonctions décrites peuvent également faire l'objet de réalisations structurelles diverses bien connues en elles-mêmes. En outre, il est également possible d'envisager d'utiliser une modulation 8-PSK non pas symétrique comme représentée et décrite ci-dessus, mais dissymétrique, les points PI à P8 n'étant pas symétriques les uns des autres autour de l'origine du plan de Fresnel.
De préférence, la valeur de fc est de l'ordre de 10 MHz et la valeur de fM est de l'ordre de 120 MHz. Néanmoins, d'autres valeurs sont possibles et compatibles avec un procédé et un dispositif de navigation selon l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1/ - Procédé de génération d'un signal de navigation modulé (7) destiné à être utilisé pour le positionnement d'un récepteur (6) par liaison descendante, comprenant une pluralité de codes de navigation pseudo- aléatoires de rythmes de bribes supérieurs à 0,5 MHz modulés sur une porteuse de fréquence φ supérieure à 500 MHz, caractérisé en ce qu'on module sur la porteuse quatre codes de navigation pseudo-aléatoire Cl, C2, Cl ', C2' selon une modulation 8-PSK d'amplitude constante avec une fréquence de modulation fM telle que : 8fc < fM où fc = Max(fci), fci désignant les rythmes de bribes fcl, fcl', fc2, fc2' des codes de navigation Cl, C2, Cl', C2', chaque valeur fci étant telle que fM = Ni.fci, Ni étant un nombre entier supérieur ou égal à 8, deux codes de navigation Cl, Cl' étant modulés en quadrature à la fréquence fl = φ - fM/8 et deux autres codes de navigation C2, C2' étant modulés en quadrature à la fréquence £2 = φ + fM/8, le signal de navigation modulé présentant une enveloppe constante.
21 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on choisit fM < 400 MHz.
3/ - Procédé selon la revendication 1, pour la génération d'un signal de navigation module (7) à bord d'un satellite spatial, caractérisé en ce qu'on choisit fM < 200 MHz.
4/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise une modulation 8-PSK d'amplitude constante symétrique dans le plan de Fresnel. 5/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise une modulation 8-PSK d'amplitude constante dissymétrique dans le plan de Fresnel.
6/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on utilise une modulation 8-PSK d'états de phases égaux à k.π/4, k étant un nombre entier compris entre 1 et 8. 11 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on module les quatre codes selon une table de vérité choisie dans le groupe des tables de vérité formé de :
TABLE 1
Figure imgf000023_0001
TABLE 2
Figure imgf000023_0002
où PI, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8 sont les différents plots et la constellation 8-PSK, et TM = 1/fM, et des autres tables de vérité issues de ces tables de vérité TABLE 1 et TABLE 2 par rotation de phase de n.π/4, n £<j 1,2,3,4,5,6,7 ^ et/ou inversion de sens de parcours de la constellation.
8/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que φ est comprise entre 1000 MHz et 1700 MHz. 91 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que fc est de l'ordre de 10 MHz.
10/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que fM est de l'ordre de 120 MHz.
11/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que dans au moins une paire de codes Cl, Cl' ; C2, C2' modulés en quadrature sur la même fréquence, l'un Cl' ; C2' incorpore des données numériques modulées selon une fréquence inférieure à fc /1000.
12/ - Dispositif de génération d'un signal de navigation modulé (7) destiné à être utilisé pour le positionnement d'un récepteur (6) par liaison descendante, comprenant une pluralité de codes de navigation pseudoaléatoires de rythmes de bribes supérieurs à 1 MHz modulés sur une porteuse de fréquence φ supérieure à 500 MHz, ce dispositif comprenant :
- un circuit (11) générateur des codes de navigation pseudo-aléatoires, - un circuit (13) modulateur par déplacement de phase délivrant le signal de navigation modulé (7) sur la porteuse,
- un circuit (15) émetteur, comprenant au moins un étage d'amplification de puissance, apte à émettre un signal radiofrequence correspondant au signal de navigation modulé, caractérisé en ce que le circuit (13) modulateur est adapté pour moduler sur la porteuse quatre codes de navigation pseudo-aléatoires Cl, C2, Cl', C2' dont les fréquences sont un multiple entier de l'une d'entre elle fc, selon une modulation 8-PSK d'amplitude constante avec une fréquence de modulation fM telle que :
8fc < fM où fc = Max(fci), fci désignant les rythmes de bribes fcl, fcl', fc2, fc2' des codes de navigation Cl, C2, Cl', C2', chaque valeur fci étant telle que fM = Ni.fci, Ni étant un nombre entier supérieur ou égal à 8, deux codes de navigation Cl, Cl' étant modulés en quadrature à la fréquence fl = φ - fM/8 et deux autres codes de navigation C2, C2' étant modulés en quadrature à la fréquence £2 = φ + £M/8, le signal de navigation modulé présentant une enveloppe constante.
13/ - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le circuit (13) modulateur est adapté pour réaliser une modulation 8-PSK avec une fréquence de modulation fM < 400 Mhz.
14/ - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le circuit (13) modulateur est adapté pour réaliser une modulation 8-PSK avec une fréquence de modulation fM < 200 MHz. 15/ - Dispositif selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que le circuit (13) modulateur est adapté pour réaliser une modulation 8-PSK symétrique d'amplitude constante dans le plan de Fresnel.
16/ - Dispositif selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que le circuit (13) modulateur est adapté pour réaliser une modulation 8-PSK d'amplitude constante dissymétrique dans le plan de Fresnel.
17/ - Dispositif selon l'une des revendications 12 à 16, caractérisé en ce que le circuit (13) modulateur est adapté pour réaliser une modulation 8-PSK de phases égales à k.π/4, k étant un nombre entier compris entre 1 et 8. 18/ - Dispositif selon l'une des revendications 12 à 17, caractérisé en ce que le circuit (13) modulateur est adapté pour moduler les quatre codes selon une table de vérité choisie dans le groupe des tables de vérité formé de :
TABLE 1
Figure imgf000026_0001
où PI, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8 sont les différents plots et la constellation 8-PSK, et TM = 1/fM, et des autres tables de vérité issues de ces tables de vérité,
TABLE 1 et TABLE 2, par rotation de phase de n.π/4, n S^ 1,2,3,4,5,6,7 ^ et/ou inversion de sens de parcours de la constellation.
19/ - Dispositif selon l'une des revendications 12 à 17, caractérisé en ce que φ est comprise entre 1000 MHz et 1700 MHz. 20/ - Dispositif selon l'une des revendications 12 à 19, caractérisé en ce que fc est de l'ordre de 10 MHz.
21/ - Dispositif selon l'une des revendications 12 à 20, caractérisé en ce que fM est de l'ordre de 120 MHz.
22/ - Dispositif selon l'une des revendications 12 à 21, caractérisé en ce qu'il est adapté pour que dans au moins une paire de codes modulés en quadrature sur la même fréquence, l'un Cl', C2' incorpore des données numériques modulées selon une fréquence inférieure à fc/1000.
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