FR2968087A1 - Procede d'acquisition rapide et robuste d'un signal de code p(y) par un recepteur gps - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé d'acquisition, par un récepteur d'un système de localisation par satellites, d'un signal émis par un satellite à un temps d'émission, le signal portant un premier code présentant une première période et un seconde code présentant une seconde période supérieure à la première période, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - rechercher le premier code dans une première fenêtre temporelle d'observation, la détection du premier code indiquant le temps d'émission modulo la première période, - rechercher le second code dans une seconde fenêtre temporelle d'observation plus restreinte que la première fenêtre, le temps d'émission modulo la première période se retrouvant dans la seconde fenêtre, - décaler la seconde fenêtre d'observation d'un temps correspondant à la première période jusqu'à détecter le second code, la détection du second code permettant de déterminer le temps d'émission modulo la seconde période.

Description

Domaine technique

Le domaine de l'invention est celui des systèmes de localisation par satellites, tels que le système GPS (« Global Positioning System »).

L'invention se rapporte à l'acquisition de signaux issus de satellites d'un tel système de localisation, notamment lorsqu'une même porteuse est modulée par au moins deux codes d'étalement présentant des périodes de longueurs différentes. C'est notamment le cas du système GPS. L'invention peut ainsi être appliquée à l'acquisition de signaux militaires basés sur le code crypté P(Y) permettant de fournir une localisation précise (on parle alors de service PPS : « Precise Positioning Service »).

Contexte de l'invention

Les satellites GPS émettent au minimum sur deux porteuses L1 = 1575,42 MHz et L2 = 1227,6 MHz. Ces porteuses sont modulées par commutation de 180° de la phase (BPSK) à partir de la somme d'un code d'étalement propre à chaque satellite et du message de navigation. La porteuse L1 est modulée par un premier code d'étalement dit C/A (« Coarse Acquisition » pour acquisition grossière) et le message de navigation et en quadrature, par un second code d'étalement crypté dit P(Y) et le message de navigation.

La porteuse L2 est modulée par le code d'étalement P(Y) et le message de navigation. Le code C/A a un débit de 1,023 x 106 bits ou moments par seconde et une période de 1 ms, tandis que le code P(Y) a un débit de 10,23 x 106 bits ou moments par seconde et une période d'une semaine. Ainsi, le système GPS est un système de localisation par satellites où, dans le cas de la porteuse L1, un signal émis par un satellite porte un premier code présentant une première période et un second code présentant une seconde période supérieure à la première période. Le système GPS sera 1 donc utilisé comme exemple non limitatif afin d'illustrer une mise en oeuvre de l'invention.

Par souci de concision, dans la suite de la description, les composantes d'un signal émis par un satellite seront désignées par le code d'étalement auquel elles correspondent. En outre, afin d'illustrer une mise en oeuvre de l'invention dans le cadre du système GPS et à titre d'exemple non limitatif, le code C/A sera assimilé à un premier code présentant une première période, en l'occurrence de 1 ms, et le code P(Y) sera assimilé à un second code présentant une seconde période, en l'occurrence plusieurs jours, supérieure à la première période. Le terme ou la notation modulo utilisés dans ce document dans des relations telles que a=b modulo c ou a=b[c] doivent être interprétés comme signifiant qu'il existe un entier relatif k tel que a=b+kc. On élargira d'ailleurs cette définition à des termes comportant une unité, telles que des durées. Dans tous les cas, l'homme du métier est apte à déduire manière intuitive la signification de ces formulations. Par ailleurs, on notera T{ms} un nombre réel représentant le temps T exprimé en millisecondes.

L'acquisition des signaux d'un système global de navigation par satellites consiste à aligner sur le signal reçu une réplique du code du satellite recherché. La réplique est générée localement par un canal du récepteur GPS (typiquement, un récepteur GPS contient 24 canaux qui lui permettent de poursuivre simultanément jusqu'à douze satellites différents sur deux porteuses). On considère cet alignement réalisé lorsque le résultat de l'opération de corrélation, entre le signal reçu et le code de réplique, qui est intégré sur une durée plus ou moins longue suivant la puissance des interférences reçues ou pressenties, dépasse un seuil de détection.

Une fois cet alignement réussi, il est maintenu par des boucles d'asservissement qui assurent ainsi la poursuite du signal.

Etat de la technique

Dans les premiers récepteurs militaires PPS, l'acquisition du code P(Y) permettant d'accéder au service de positionnement précis passait par l'acquisition préalable du code C/A. En effet, en l'absence d'information sur le temps d'émission du signal GPS, il suffit de tester 2046 hypothèses de code en C/A (en raison d'un débit de 1,023 x 106 bits par seconde et d'une période de 1 ms et en considérant une recherche du code par pas de un demi-moment de code et une estimation correcte de la fréquence de la porteuse), contre 12 mille milliards pour le code P(Y) pour pouvoir couvrir sa période.

Une fois le code C/A détecté puis poursuivi, les informations décodées du message de navigation (le Hand Over Word ou HOW) permettent de reconstituer le temps d'émission du signal par rapport au début de la semaine GPS ; de cette manière, il est possible de générer une réplique locale du code P(Y) suffisamment proche du signal reçu par le récepteur pour que le nombre d'hypothèses de code à tester soit limité et que l'acquisition du code P(Y) soit possible.

Dans ces premiers récepteurs militaires, l'accès au service PPS était donc vulnérable : - aux interférences et/ou brouilleurs interdisant l'acquisition du code C/A ; - aux signaux de leurre utilisant le code C/A.

L'augmentation de la puissance de calcul des récepteurs permet aujourd'hui de tester simultanément un grand nombre d'hypothèses de code. Ceci permet de s'affranchir de l'acquisition préalable du code C/A, pour autant que l'on puisse disposer d'une estimation du temps suffisamment précise. 3 D'une manière générale, cette estimation de temps peut être obtenue par différents moyens : transfert d'informations de temps depuis un autre récepteur GPS (précisions typiques comprises entre 100 bas et 10 ms, suivant le protocole de transfert mis en oeuvre) ; entretien précis du temps sur alimentation auxiliaire (précisions typiques comprises entre 1 ms et 1 seconde, suivant la durée de la mise hors tension du récepteur et la qualité de l'horloge) ; transfert d'informations de temps, peu précises, depuis un autre système ou par un opérateur (précisions typiques comprises entre 1 et 10 secondes suivant la source et le protocole de transfert utilisés).

Pour une milliseconde d'incertitude sur le temps d'émission du signal satellite, et en considérant par ailleurs que la fréquence de la porteuse est correctement estimée, il faut tester jusqu'à 20 460 hypothèses de code P(Y) pour réussir l'alignement de la réplique avec le signal reçu. Pour fixer des ordres de grandeur, on peut considérer : - une architecture de récepteur avec multicorrélation : il est alors possible de tester plusieurs hypothèses simultanément, suivant le nombre de corrélateurs du récepteur (typiquement 500 corrélateurs) ; un récepteur dans un environnement brouillé : le temps nécessaire pour déterminer si la réplique est bien alignée sur le signal reçu est de l'ordre de 100 ms. On obtient alors, par milliseconde d'incertitude sur le temps d'émission du signal satellite, un temps de recherche du code P(Y) de l'ordre de 4 secondes. Dans la mesure où l'incertitude sur le temps peut aller bien au-delà d'une milliseconde (voir ci-dessus), le temps de recherche du signal peut alors atteindre plusieurs minutes. À titre de comparaison, l'acquisition du code C/A dans un environnement non brouillé est au moins cent fois plus rapide (10 fois moins d'hypothèses de code à tester et temps nécessaire à la détection au moins dix fois plus faible), et ce quelle que soit l'incertitude de temps (puisque la période du code C/A est de une milliseconde).

Problème technique On voit donc que le temps pour obtenir une première position - le TTFF ou « Time To First Fix » - peut être sensiblement allongé dès lors qu'on s'interdit l'utilisation des signaux civils. Vu par l'utilisateur d'un récepteur GPS PPS coutumier des TTFF d'un récepteur civil, ce retard peut sembler rédhibitoire, surtout en l'absence de leurrage ou de brouillage.

L'invention a pour objectif de réduire les TTFF d'un récepteur militaire PPS en l'absence de brouillage tout en fournissant une solution robuste face aux signaux de leurre utilisant le code C/A qui peuvent altérer le message de navigation.

L'invention propose à cet effet d'utiliser la périodicité du premier code, dans le cas du système GPS 1 ms pour le code C/A, et l'estimation initiale du temps récepteur pour acquérir le second code, le code P(Y) dans le cas du système GPS, sans utiliser des informations du message de navigation susceptibles d'être erronées. De préférence, si l'acquisition du premier code (code C/A) échoue, l'échec sera imputé aux interférences ; le récepteur (récepteur GPS) pourra alors transmettre une information de présence d'interférences et de durée d'acquisition rallongée afin d'avertir l'utilisateur de la présence d'interférences suffisantes pour empêcher l'acquisition du premier code (code C/A) avant de lancer l'acquisition directe (plus robuste, mais plus longue dans le cas du GPS) du second code (code P(Y)). L'acquisition directe du second code est en effet plus longue en raison de sa période, qui est elle-même plus longue que celle du premier code, et de son débit, qui est plus élevé que celui du premier code. De cette manière, l'acquisition du code P(Y) est : - rapide en l'absence d'interférences ou en présence d'interférences compatibles d'un récepteur SPS (pour Standard Positioning Service, utilisant uniquement le code C/A), par exemple un niveau d'interférence tel que défini dans la norme RTCA/DO-229D pour l'aéronautique civile; insensible au leurre utilisant le code C/A, car les informations du message de navigation du code C/A ne sont pas utilisées ; robuste au brouillage.

L'invention prévoit ainsi selon un premier aspect un procédé d'acquisition, par un récepteur d'un système de localisation par 10 satellites, d'un signal émis par un satellite à un temps d'émission, le signal portant un premier code présentant une première période et un seconde code présentant une seconde période supérieure à la première période, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : rechercher le premier code dans une première fenêtre 15 temporelle d'observation, la détection du premier code indiquant le temps d'émission modulo la première période, rechercher le second code dans une seconde fenêtre temporelle d'observation plus restreinte que la première fenêtre, le temps d'émission modulo la première période se retrouvant dans la 20 seconde fenêtre, décaler la seconde fenêtre d'observation d'un temps correspondant à la première période jusqu'à détecter le second code, la détection du second code indiquant le temps d'émission modulo la seconde période. 25 Certains aspects préférés mais non limitatifs de procédé sont les suivants : - suite à la détection du premier code, on amène le temps d'émission modulo la première période dans la seconde fenêtre en venant décaler les première et seconde fenêtres d'une même durée. 30 - en cas d'absence de détection du premier code à l'issue de la recherche dudit premier code sur la première période, on met en oeuvre une acquisition directe du second code. - suite à l'échec de la détection du premier code, ou suite à l'échec de la détection du second code après que le premier code ait été détecté, le récepteur transmet une information de présence d'interférence et de durée d'acquisition rallongée. - la recherche d'un code met en ceuvre une intégration de résultats de corrélation entre le signal émis par le satellite et un code de réplique généré par le récepteur, le code étant détecté lorsque l'intégration dépasse un seuil de détection. - le décalage d'une fenêtre temporelle d'observation consiste à décaler le code de réplique qui y est associé. - on alloue plusieurs canaux au signal émis par le satellite, chaque canal mettant en ceuvre plusieurs corrélations au moyen de plusieurs corrélateurs entre le signal émis par le satellite et le code de réplique, le code de réplique étant décalé entre corrélateurs d'un même canal. - la recherche du premier code par un premier canal consiste à décaler la première fenêtre temporelle d'observation en modifiant le décalage du code de réplique de tous les corrélateurs du premier canal et à intégrer les résultats de corrélation entre le signal émis par le satellite et les codes de réplique, la modification étant poursuivie de manière itérative jusqu'à détection du premier code ou jusqu'à ce que la première période ait été parcourue par les décalages successifs de la première fenêtre temporelle d'observation. - on alloue le premier canal dit maître à la détection du premier code, et un ou plusieurs canaux, dits esclaves, à la détection du second code, la recherche du premier code par le canal maître et la recherche du second code par les canaux esclaves étant réalisées en parallèle. - la génération du code de réplique des canaux esclaves est pilotée par le canal maître, et dans lequel la modification du décalage des codes de réplique est synchrone sur tous les canaux. - les codes de réplique des canaux esclaves sont décalés d'un canal esclave à l'autre d'une durée correspondant à un nombre entier de la première période. - il est prévu une étape d'initialisation dans laquelle on exploite une estimation de temps d'émission et une incertitude sur cette estimation correspondant à l'écart entre un temps maximum estimé d'émission et un temps minimum estimé d'émission. - l'excursion maximale des décalages successifs de la seconde fenêtre est bornée par l'incertitude sur l'estimation de temps récepteur.

Selon un second aspect, l'invention concerne également un récepteur d'un système de localisation par satellites, disposant de plusieurs canaux comprenant chacun plusieurs corrélateurs, caractérisé en ce qu'il comprend un ou plusieurs canaux maîtres alloués à la détection du premier code d'un signal émis par un ou plusieurs satellites et un ou plusieurs canaux esclaves associés à chaque canal maître et alloués à la détection du second code du signal émis par le ou les satellites, et en ce qu'il comprend en outre des moyens de pilotage des canaux configurés pour mettre en couvre le procédé selon le premier aspect de l'invention.

Description des dessins La figure 1 est un schéma de principe illustrant la structure d'un récepteur d'un système de localisation par satellite selon un mode de réalisation possible du second aspect de l'invention. La figure 2 est constituée de deux diagrammes illustrant les résultats de corrélation des différents corrélateurs d'un récepteur dans une première étape d'une mise en oeuvre possible d'un procédé selon le premier aspect de l'invention. La figure 3 est constituée de deux diagrammes illustrant les résultats de corrélation des différents corrélateurs du récepteur dans une seconde étape d'une mise en oeuvre possible d'un procédé selon le premier aspect de l'invention.

La figure 4 illustre le recouvrement temporel des tentatives de détection dans le cas où le nombre de canaux affectés au second code est suffisant pour couvrir le domaine d'incertitude sur le temps. La figure 5 illustre le recouvrement temporel des tentatives de détection 5 dans le cas où le nombre de canaux affectés au second code est insuffisant pour couvrir le domaine d'incertitude sur le temps.

Description détaillée

10 Un procédé d'acquisition, par un récepteur d'un système de localisation par satellites, d'un signal émis par un satellite à un temps d'émission, le signal portant un premier code présentant une première période et un seconde code présentant une seconde période supérieure à la première période, conforme à un premier aspect de l'invention est décrit 15 dans la suite. Un récepteur selon le second aspect de l'invention sera également décrit. A titre d'exemple non limitatif, le procédé d'acquisition et le récepteur seront décrits dans le cadre du système GPS.

La figure 1 illustre la structure d'un récepteur d'un système de 20 localisation par satellites selon un mode de réalisation possible du second aspect de l'invention. Au démarrage du récepteur GPS, les informations initiales de position, temps et imprécisions associées ainsi que les éphémérides ou almanachs de la constellation GPS sont utilisées pour estimer un temps 25 maximum d'émission du signal satellite Tmax et un temps minimum d'émission du signal satellite Tmin. L'écart entre le temps maximum d'émission du signal satellite Tmax et le temps minimum d'émission du signal satellite Tmin définit une incertitude OT sur le temps d'émission du signal satellite. De préférence, les informations initiales de temps dont 30 dispose le récepteur doivent être suffisamment précises de façon à restreindre l'incertitude AT. Ces informations de temps peuvent être obtenues par l'une des méthodes présentées plus haut, par exemple via une interface d'initialisation du temps ou par un mécanisme d'entretien autonome du temps.

Le récepteur GPS peut être configuré comme suit : pour chaque satellite recherché (au minimum 1, le maximum est conditionné par le nombre de canaux disponibles du récepteur), un canal dit "maître" 110 est alloué à la recherche du code C/A sur la porteuse L1; le générateur de code C/A 112 qui alimente les corrélateurs 115 du canal maître 110 est initialisé de telle sorte que l'hypothèse de temps d'émission Te(0) correspondante soit nulle modulo 1 milliseconde; Te(0)= 0 [1 ms] En d'autres termes, l'hypothèse de temps d'émission initiale du canal maître Te(0) correspond à un nombre entier de la durée de la première période, ici un nombre entier de millisecondes. De préférence, elle sera choisie de sorte que Te(0){ms}= [Tmax{msn. suivant l'incertitude 4T, M canaux dits "esclaves" 150, avec M>_1, sont alloués à la recherche du code P(Y) sur la porteuse L1. Pour chacun de ces M canaux, le générateur de code P(Y) 152 est initialisé de telle sorte que l'hypothèse de temps d'émission correspondante Te(i) (ou Te(i){ms} si elle est exprimée en millisecondes) vérifie : Te(i){ms} = rTmax{ms}l - (i - 1)X rAT{ms}/M-I avec i E [1 ; M], la notation rx-i désignant le plus petit entier supérieur ou égal à x.

De cette manière, les hypothèses de temps d'émission initiaux correspondant aux codes générés par le canal maître 110 et les canaux esclaves 150 sont identiques modulo une milliseconde.

Le canal maître 110 et les M canaux esclaves 150 mettent en oeuvre plusieurs corrélations entre un signal 101 émis par un satellite et reçu par l'antenne du récepteur, et un code de réplique au moyen de plusieurs corrélateurs 115, 155. Un module de supervision 120, 160 est associé à chaque canal 110, 150 et réalise notamment l'intégration des sorties des corrélateurs 115, 155 et la détection des pic de corrélation. Le code de réplique est généré dans chaque canal 110, 150 par un générateur de code 112, 152 dont la cadence est pilotée par le module de supervision 120 associé au canal maître 110. Dans chaque canal 110, 150, le code de réplique est décalé entre chaque corrélateur 115, 155 par un registre à décalage 114, 154 puis fourni aux corrélateurs 115, 155. De préférence, le décalage ou retard entre deux corrélateurs 115, 155 adjacents est fixe et vaut un demi-moment du code recherché par le canal 110, 150. Le canal maître 110 est alloué à la recherche du code C/A et les canaux esclaves 150 sont alloués à la recherche du code P(Y). Ainsi, le code généré par le générateur de code 112 du canal maître est un code de réplique du code C/A, et le code généré par le générateur de code 152 des canaux esclaves est un code de réplique du code P(Y). Le domaine temporel constitué par les décalages successifs des codes de réplique des corrélateurs 115 du canal maître 110 définit une première fenêtre temporelle d'observation, tandis que le domaine temporel constitué par les décalages successifs des codes de réplique des corrélateurs 155 d'un canal esclave 150 définit une seconde fenêtre temporelle d'observation. En raison du débit plus important du code P(Y), la seconde fenêtre d'observation, afin de garder la même résolution dans la recherche, est plus restreinte que la première fenêtre d'observation.

Lors de la recherche du code C/A, afin de déplacer la première fenêtre d'observation, le module de supervision 120 associé au canal maître 110 envoie à son générateur de code 112 des commandes de cadence de génération du code qui décalent le code de réplique du code C/A jusqu'à obtenir un pic de corrélation sur un de ces corrélateurs 115 du canal maître 110. Parallèlement à cette recherche, pour déplacer la seconde fenêtre d'observation, le module de supervision 120 du canal maître 110 envoie aux générateurs de code 152 des canaux esclaves 150 des commandes de cadences de génération de code, adaptées ici au code P(Y) par un facteur 10, pour décaler les codes de réplique du code P(Y) de telle sorte que les hypothèses de temps d'émission correspondant aux codes de réplique entrant dans les premiers corrélateur 155 des canaux esclaves 150 restent tous cohérents modulo 1 ms : Te(0){ms} - Te(i){ms} = 0 [1 ms] où la notation Te(i) désigne l'hypothèse de temps d'émission correspondant au code d'étalement couramment généré par le canal esclave i. Ainsi les codes de réplique des canaux esclaves 150 sont décalés d'un canal esclave 150 à l'autre d'une durée correspondant à un nombre entier de la première période du code C/A. En outre, la modification du décalage des codes de réplique est synchrone sur tous les canaux 110, 150 dédiés au même signal issu d'un même satellite. De plus, suivant le nombre de canaux 110, 150 disponibles, il est tout à fait possible de lancer plusieurs recherches de code C/A sur plusieurs signaux issus de satellites différents par autant de canaux maîtres 110 et les M canaux esclaves 150 associés, M pouvant alors varier pour prendre en compte l'étendue de l'incertitude OT propre aux signaux de chaque satellite. On prend ici avantage du fait que le premier et le second codes sont portés par le même signal et partagent par conséquent un même temps d'émission. Ainsi, sur détection du pic de corrélation, le canal maître 110 modifie la cadence de génération du code de réplique pour décaler les premières et secondes fenêtres d'observation temporelle pour amener le pic de corrélation correspondant au temps d'émission modulo la première période dans la seconde fenêtre temporelle d'observation (celle des canaux esclaves 150). Ainsi, si les canaux esclaves 150 disposent de N corrélateurs 155 dont les codes de réplique sont consécutivement décalés d'un demi-moment de code, la seconde fenêtre temporelle d'observation d'un canal esclave 150 est comprise entre Te(i) - N TV2 P(Y) et Te(i), soit encore Te(i) - N/10 T~,2 cm et Te(i), ti1~2 p(y) et TV2 CM étant les durées des demi-moments respectifs des codes P(Y) et C/A, soient respectivement 1/1023 x 10-4 s et 1/1023 x 10-3 s). On voit ici qu'un minimum de 20 corrélateurs par canal est nécessaire pour que le pic de corrélation soit observable à la fois par le canal maître 110 et par les canaux esclaves 150 qui lui sont associés.

La figure 2 illustre les résultats de l'intégration des sorties de différents corrélateurs 115 155 du récepteur dans une première étape de détection. Le diagramme supérieur 210 représente les énergies de corrélation obtenues par l'intégration des résultats de corrélation entre le signal 101 émis par le satellite et le code de réplique C/A pour chacun des corrélateurs 115 du canal maître 110. A titre d'exemple, le canal maître 110 dispose ici de vingt corrélateurs 115, et à chacun de ces corrélateurs correspond une colonne représentative de l'énergie de corrélation accumulée sur le temps d'intégration. Le total d'énergie 214 accumulé en sortie du corrélateur 18 dépasse un seuil de détection 212, indiquant ainsi un pic de corrélation correspondant à l'alignement du code C/A du signal 101 émis par le satellite et du code de réplique avec le décalage correspondant au corrélateur 18. Le temps d'émission du signal satellite est donc proche du temps correspondant au décalage du code de réplique utilisé dans le corrélateur 18. La détection du pic de corrélation 214 indique donc un temps Te d'émission. Cependant, il s'agit d'un temps d'émission modulo la période du code C/A, c'est-à-dire que l'indication concerne la position du temps d'émission dans la période de C/A sans indication supplémentaire concernant la position de cette période dans une durée plus étendue.

En d'autres termes, on détermine la position exacte du temps d'émission dans la milliseconde correspondant à la période du code C/A, sans parvenir à savoir de quelle milliseconde il s'agit. Or la période du code P(Y) étant beaucoup plus longue, il est nécessaire de déterminer ensuite à quelle milliseconde le signal a été émis, afin de pouvoir réaliser l'alignement du code de réplique P(Y) avec le signal satellite 101 émis par le satellite et reçu par le récepteur. Cette détermination est réalisée au moyen des canaux esclaves 150.

Sur la figure 2, le diagramme inférieur 220 représente les énergies de corrélation obtenues par l'intégration des résultats de corrélation entre le signal 101 émis par le satellite et le code de réplique P(Y) pour chacun des corrélateurs 155 d'un canal esclave 150, de manière similaire au diagramme supérieur 210. On remarque qu'aucune énergie de corrélation ne dépasse le seuil de détection 222. La même échelle temporelle appliquée aux deux diagrammes 210, 220 met en évidence la différence entre l'étendue de la fenêtre d'observation du canal maître 110 et l'étendue de la seconde fenêtre d'observation du canal esclave 150. Cette différence a pour origine la différence de débit entre le code C/A et le code P(Y) et des décalages entre corrélateurs qui diffèrent selon les codes traités par le canal auquel ils appartiennent. Le code P(Y) ayant un débit dix fois plus important que le code C/A, l'ensemble des décalages appliqués au code de réplique du canal esclave 150 couvre une durée environ dix fois moindre que celle couverte par l'ensemble des décalages appliqués au code de réplique du canal maître 110.

Le corrélateur n°18 du canal maître 110 détecte donc la présence du code C/A, tandis que les corrélateurs 155 du canal esclave 150 ne voient que du bruit. En effet, ainsi qu'illustré par la figure 2, le pic de corrélation se situe sur le corrélateur n°18 du canal maître 110, qui utilise un code de réplique dont le décalage correspond au temps d'émission Te qui se situe en dehors de la deuxième fenêtre d'observation définie par l'étendue temporelle de l'ensemble des décalages appliqués au code de réplique du canal esclave 150. De fait, la seconde fenêtre d'observation du canal esclave 150 ne recouvre dans cet exemple qu'une partie de la première fenêtre d'observation équivalente à la durée couverte par deux corrélateurs 115 du canal maître 110, soit environ 10% de la première fenêtre d'observation.

La figure 3 illustre les résultats de l'intégration des sorties des différents corrélateurs 115, 155 du canal maître 110 et du canal esclave 150 de la figure 2 dans une seconde étape de détection. Le diagramme supérieur 310 représente les énergies de corrélation obtenues par l'intégration des résultats de corrélation entre le signal 101 émis par le satellite et le code de réplique C/A pour chacun des corrélateurs 115 du canal maître 110, tandis que le diagramme inférieur 320 représente les énergies de corrélation obtenues par l'intégration des résultats de corrélation entre le signal 101 émis par le satellite et le code de réplique P(Y) pour chacun des corrélateurs 155 du canal esclave 150.

Par rapport à la figure 2, et suite à la détection du code C/A, les premières et secondes fenêtres d'observation ont été décalées d'une même durée de façon à amener la seconde fenêtre à couvrir un intervalle de temps incluant le temps d'émission modulo la période du code C/A. Le décalage d'une fenêtre temporelle d'observation consiste à décaler le code de réplique qui lui est associé. Ainsi, le pic de corrélation du code C/A 314 a été ramené sur le corrélateur n°2 par une modification, pour chaque corrélateur 115 du canal maître 110 du décalage du code de réplique correspondant à 16 pas de décalage entre corrélateurs 115 du canal maître 110.

Les codes des canaux esclaves 150 ont été décalés de la même durée. Le temps d'émission modulo la période de C/A se situe alors dans la seconde fenêtre d'observation des canaux esclaves 150. Cependant, le code P(Y) ne pourra être détecté par un canal esclave 150 que si celui-ci met en oeuvre un décalage du code de réplique de P(Y) plaçant la seconde fenêtre à la bonne milliseconde où le signal fut émis. Dans le cas illustré figure 3, la seconde fenêtre d'observation du canal esclave 150 se trouve dans la milliseconde où le signal fut émis, et le pic d'énergie de corrélation 324 dépassant le seuil de détection 322 indique la détection du code P(Y), c'est-à-dire l'alignement entre le code contenu dans le signal émis par le satellite et le code de réplique de P(Y), permettant l'acquisition du code P(Y).

La cadence de génération du code de réplique est alors ensuite commandée uniquement par le module de supervision 160 du canal esclave 150 qui peut ainsi piloter directement l'alignement du code de réplique P(Y) sur le signal reçu 101 et assurer la poursuite du signal.

Si la seconde fenêtre d'observation du canal esclave 150, une fois décalée de la même durée que la première fenêtre d'observation du canal maître 110 de façon à amener la seconde fenêtre à couvrir un intervalle de temps incluant le temps d'émission modulo la période du code C/A, se trouvait dans une milliseconde qui ne serait pas celle du temps d'émission, les corrélateurs 155 du canal esclave 150 ne verraient que du bruit, de façon similaire à ce que présente le diagramme 220 de la figure 2. En effet, le code de réplique du canal esclave 150 serait alors décalé d'un nombre entier de millisecondes par rapport au code contenu dans le signal 103 émis par le satellite.

De ce fait, dans la mesure où l'incertitude sur l'estimation de temps peut être supérieure à la milliseconde, plusieurs canaux esclaves 150 sont préférentiellement affectés à la recherche du code P(Y) sur le même signal 101. Le canal maître 110 pilote la génération du code de réplique de ces M canaux esclaves et la modification du décalage des codes de réplique est synchrone sur tous les canaux 110, 150 dédiés au même signal issu d'un même satellite. En outre, les codes de réplique des canaux esclaves 150 sont décalés d'un canal esclave 150 à l'autre d'une durée correspondant à un nombre entier de périodes du code C/A. Ce nombre entier de périodes dépend du nombre de canaux esclaves 150.

Deux cas de figure sont alors possibles, en fonction du nombre de canaux 30 esclaves 150 et de l'étendue de l'incertitude de temps AT :

Cas n°1 : le nombre de canaux esclaves 150 est suffisant pour couvrir le domaine d'incertitude de temps (M>_ rAT{ms}l); la détection du pic de corrélation P(Y) par un des canaux esclaves 150 est alors immédiate et l'acquisition du signal P(Y) est terminée sans avoir eu besoin de décoder le message de navigation transmis sur le signal C/A. On notera que si le pic du signal P(Y) n'est pas détecté alors que le pic du signal C/A a été détecté par le canal maître, le récepteur peut transmettre une alerte de présence d'interférence (ici un signal de leurre C/A) et mettre en ceuvre une acquisition directe du signal P(Y) en prévenant l'utilisateur d'une durée d'acquisition étendue.

Ce cas n°1 est illustré par la figure 4 avec un exemple dans lequel le canal esclave n°2 détecte le code P(Y), tandis que les autres canaux esclaves 150 ne voient que du bruit. La figure 4 est un schéma illustrant le recouvrement temporel des tentatives de détection de codes. La flèche inférieure 417 représente l'écoulement du temps d'émission sur lequel on cherche à trouver le temps d'émission Te. La double flèche inférieure 416 représente le domaine d'incertitude OT à l'intérieur duquel le temps d'émission Te est recherché. Les doubles flèches 415 représentent la période du premier code, en l'occurrence C/A, soit 1 ms dans cet exemple, chaque intervalle de cette période étant parcouru par un canal esclave 150 différent dont les diagrammes 412 413, 414 illustrent les résultats des corrélations des corrélateurs de ces canaux esclaves 150. On constate que l'étendue de la recherche des canaux recouvre complètement le domaine d'incertitude AT.

Le diagramme supérieur 411 représente les énergies de corrélation accumulées pour chaque corrélateur 115 du canal maître 110, tandis que les diagrammes inférieurs 412, 413, 414 représentent les énergies de corrélation accumulées pour chaque corrélateur 155 des canaux esclaves 150. Les canaux esclaves 150 mettent en oeuvre des codes de réplique décalés d'une période du code C/A, d'où l'espacement sur des intervalles d'une milliseconde 415 des diagrammes 412, 413, 414, représentatif de la répartition des domaines temporels dans lesquels les canaux esclaves 150 recherchent le code P(Y).

L'étape représentée sur la figure 4 se situe après détection d'un pic de corrélation du premier code C/A et après que les codes de réplique aient été décalés pour ramener le pic de corrélation du premier code C/A sur le second corrélateur 115 du canal maître 110. La présence du pic de corrélation 418 dans le diagramme 411 du canal maître 110 indique le temps d'émission Te modulo la période C/A, repéré par la flèche 419 sur le temps 417. On constate d'ailleurs que le canal esclave 150, correspondant au diagramme 412, c'est-à-dire non décalé par rapport au canal maître 110 correspondant au diagramme 411, ne détecte pas de pic de corrélation, ce qui signifie que la fenêtre d'observation de ce canal esclave 150 ne se trouve pas dans la bonne milliseconde. La détection du pic de corrélation 420 dans le diagramme 413 du deuxième canal esclave 150 indique le temps d'émission Te en levant l'ambiguïté sur la milliseconde, repéré par la flèche 421 sur le temps 417.

Cas n°2 : le nombre de canaux esclaves est insuffisant pour couvrir en une seule fois le domaine d'incertitude en temps : M<rAT{ms}l. Dans ce cas, la détection du signal se fait en P étapes où P = rOT{ms}/Ml est le nombre de millisecondes séparant le début de la seconde fenêtre d'observation de deux canaux esclaves 150 consécutifs : Te(i){ms} - Te(i+1){ms} = P.

Ce cas n°2 est illustré par la figure 5 avec un exemple dans lequel une première étape ne permet pas la détection du code P(Y), qui n'est détecté que dans la seconde étape après décalage des canaux 110 150. La figure 5 est un schéma illustrant le recouvrement temporel des tentatives de détection de codes pendant deux étapes de détection, respectivement illustrée par les schémas supérieur 510 et inférieur 520. Ces deux schémas partagent la même disposition vis-à-vis du temps. La flèche inférieure 517 représente l'écoulement du temps d'émission sur lequel on cherche à trouver le temps d'émission Te. La double flèche inférieure 516 représente le domaine d'incertitude OT à l'intérieur duquel le temps d'émission Te est recherché. Les doubles flèches 515, 525 représentent la période du premier code, en l'occurrence C/A, soit l ms dans cet exemple. Les diagrammes 512, 513 donnent les résultats des corrélations des corrélateurs de ces canaux esclaves 150. Le schéma supérieur 510 représente une première étape de détection, après détection d'un pic de corrélation du premier code C/A et après que les codes de réplique aient été décalés pour ramener le pic de corrélation du premier code C/A sur le second corrélateur 115 du canal maître 110. Le diagramme supérieur 511 représente les énergies de corrélation accumulées pour chaque corrélateur 115 du canal maître 110, tandis que les diagrammes inférieurs 512, 513 représentent les énergies de corrélation accumulées pour chaque corrélateur 155 des canaux esclaves 150. Par rapport à la figure 4, on constate que les intervalles d'une milliseconde sur lesquels se déplacent les fenêtres d'observation des canaux esclaves 150 ne recouvrent pas tout le domaine d'incertitude AT, chaque intervalle de recherche étant séparé de P-1 périodes d'une milliseconde. La présence du pic de corrélation 518 dans le diagramme 511 du canal maître 110 indique le temps d'émission Te modulo la période C/A, repéré par la flèche 519 sur le temps 517. Les diagrammes 512, 513 des canaux esclaves ne mettent pas en évidence la présence d'un pic de corrélation, les intervalles de recherche des canaux esclaves 150 ne couvrant pas l'instant correspondant au temps d'émission Te.

Après détection du pic de corrélation C/A et décalage des canaux 110, 150, si aucun des résultats de corrélation des canaux esclaves 150 ne dépasse un seuil de détection, le canal maître 110 modifie la cadence de génération pour modifier le décalage des répliques des codes, C/A pour le canal maître 110 et P(Y) pour les canaux esclaves 150, d'exactement une milliseconde. Sur le canal maître 110, les corrélateurs 115 détecteront de nouveau le pic de corrélation. Pour les canaux esclaves 150, le test de détection du signal est fait avec cette fois des hypothèses de temps d'émission dans la période du code P(Y) décalées d'une milliseconde. En l'absence de détection, le processus est itéré P fois de manière à tester les PXM hypothèses de temps d'émission couvrant le domaine d'incertitude AT. Les fenêtres d'observation des canaux 110, 150 sont donc décalées d'une milliseconde, et le processus de recherche reprend dans la seconde étape, illustrée par le schéma 520. Les énergies de corrélation par corrélateur du canal maître 110 sont représentées par le diagramme supérieur 521. On voit que le pic d'énergie de corrélation 528 est toujours présent sur le deuxième corrélateur 115 du canal maître 110. Les énergies de corrélation par corrélateur 155 des canaux esclaves 150 sont représentées par les diagrammes inférieurs 522, 523. On voit que le pic d'énergie de corrélation 530 correspondant à la détection du code P(Y) est désormais présent sur le diagramme 522 du premier canal esclave 150. Le temps d'émission Te est désormais connu sans ambiguïtés, repéré par la flèche 531 sur l'axe de temps 517.

Selon un mode de réalisation possible, si le signal C/A n'a pu être détecté, ou si l'acquisition du signal P(Y) a échoué sur le domaine OT (en cas de leurrage du signal C/A par exemple), le récepteur PPS pourra alors avertir l'utilisateur de la présence d'interférences empêchant une acquisition du code P(Y) rapide (présence éventuelle de brouilleurs d'interdiction dans le premier cas et de brouilleurs de déception dans le second cas) et lancer une acquisition directe du code P(Y). L'utilisateur est ainsi prévenu que le TTFF sera plus long que celui classiquement attendu pour un récepteur SPS.

Ainsi que souligné plus haut, les TTFF des récepteurs PPS peuvent être significativement plus grands que les TTFF classiques d'un récepteur SPS, dès lors que l'incertitude sur le temps initial dépasse la milliseconde et qu'on s'interdit l'utilisation des signaux civils. Ainsi, pour une incertitude de temps initiale de 100ms, il est nécessaire de tester plus de deux millions d'hypothèses de code. En30 considérant qu'une intégration des résultats de corrélation sur 100ms est nécessaire pour distinguer le signal du bruit, et en mettant par exemple en oeuvre 24 canaux de 20 corrélateurs P(Y) chacun, il faut plus de 400 secondes pour trouver directement le signal P(Y).

Dans le cadre de l'invention, l'incertitude de temps en C/A se réduit à 1 ms, soit 2046 hypothèses de code testées par le canal maître avec 20 corrélateurs C/A. En considérant qu'en environnement non ou peu brouillé, une intégration des résultats de corrélation sur 10ms suffit pour détecter le code C/A, il faudra au maximum une seconde pour trouver le pic de corrélation C/A, puis un maximum de 5 étapes de recherche du signal Y de 10 ms chacune (20 canaux esclaves pour couvrir 100 ms d'incertitude : 5 étapes sont nécessaires). Pour cet exemple, la réduction du temps de recherche est d'un rapport 400 pour 1.

La plupart du temps, les environnements de fonctionnement des récepteurs PPS sont non brouillés. La mise en oeuvre de l'invention apporte donc un confort d'utilisation sensible sans altérer l'intégrité de la solution de navigation fournie par le récepteur (il n'exploite en effet aucune donnée décodée sur un signal civil codé par C/A, potentiellement un signal de leurre) ni la performance globale de TTFF sous brouilleur, la durée de cette recherche préalable étant négligeable.

Cette solution peut être étendue à toutes les structures de signaux 25 comprenant sur la même porteuse un code d'étalement de période courte et un code d'étalement de période longue.

Claims (14)

1. REVENDICATIONS1. Procédé d'acquisition, par un récepteur d'un système de localisation par satellites, d'un signal émis par un satellite à un temps d'émission, le signal portant un premier code présentant une première période et un seconde code présentant une seconde période supérieure à la première période, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : rechercher le premier code dans une première fenêtre temporelle d'observation, la détection du premier code indiquant le temps d'émission modulo la première période, rechercher le second code dans une seconde fenêtre temporelle d'observation plus restreinte que la première fenêtre, le temps d'émission modulo la première période se retrouvant dans la seconde fenêtre, décaler la seconde fenêtre d'observation d'un temps correspondant à la première période jusqu'à détecter le second code, la détection du second code indiquant le temps d'émission modulo la seconde période et permettant l'acquisition du second code.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel suite à la détection du premier code, on amène le temps d'émission modulo la première période dans la seconde fenêtre en venant décaler les première et seconde fenêtres d'une même durée.
3. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel on met en oeuvre une acquisition directe du second code : en cas d'échec de la détection du premier code, ou en cas d'échec de la détection du second code, après que le premier code a été détecté.
4. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel, le récepteur transmet une information de présence d'interférence et de durée d'acquisition rallongée.
5. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la recherche d'un code met en ceuvre une intégration de résultats de corrélation entre le signal émis par le satellite et un code de réplique généré par le récepteur, le code étant détecté lorsque l'intégration dépasse un seuil de détection.
6. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le décalage d'une fenêtre temporelle d'observation consiste à décaler le code de réplique qui y est associé.
7. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel on alloue plusieurs canaux au signal émis par le satellite, chaque canal mettant en ceuvre plusieurs corrélations au moyen de plusieurs corrélateurs entre le signal émis par le satellite et le code de réplique, le code de réplique étant décalé entre corrélateurs d'un même canal.
8. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la recherche du premier code par un premier canal consiste à décaler la première fenêtre temporelle d'observation en modifiant le décalage du code de réplique de tous les corrélateurs du premier canal et à intégrer les résultats de corrélation entre le signal émis par le satellite et les codes de réplique, la modification étant poursuivie de manière itérative jusqu'à détection du premier code ou jusqu'à ce que la première période ait été parcourue par les décalages successifs de la première fenêtre temporelle d'observation.
9. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel on alloue le premier canal dit maître à la détection du premier code, et un ou plusieurs canaux, dits esclaves, à la détection du second code, la recherchedu premier code par le canal maître et la recherche du second code par les canaux esclaves étant réalisées en parallèle.
10. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la génération du code de réplique des canaux esclaves est pilotée par le canal maître, et dans lequel la modification du décalage des codes de réplique est synchrone sur tous les canaux.
11. 11. Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, dans lequel les codes de réplique des canaux esclaves sont décalés d'un canal esclave à l'autre d'une durée correspondant à un nombre entier de la première période.
12. 12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant une étape d'initialisation dans laquelle on exploite une estimation de temps d'émission et une incertitude sur cette estimation correspondant à l'écart entre un temps maximum estimé d'émission et un temps minimum estimé d'émission.
13. 13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'excursion maximale des décalages successifs de la seconde fenêtre est bornée par l'incertitude sur l'estimation de temps récepteur.
14. 14. Récepteur d'un système de localisation par satellites, disposant de plusieurs canaux comprenant chacun plusieurs corrélateurs, caractérisé en ce qu'il comprend un ou plusieurs canaux maîtres alloués à la détection du premier code d'un signal émis par un ou plusieurs satellites et un ou plusieurs canaux esclaves associés à chaque canal maître et alloués à la détection du second code du signal émis par le satellite correspondant, et en ce qu'il comprend en outre des moyens de pilotage des canaux configurés pour mettre enoeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.