La présente invention concerne un procédé de réduction d'un signal de brouillage d'un signal à large bande à étalement de spectre à destination d'un récepteur, le récepteur comportant un système de réduction du signal de brouillage comportant un contrôleur de gain automatique.
Elle concerne également un récepteur de mise en oeuvre du procédé.
L'invention s'applique avantageusement mais non limitativement aux signaux à large bande à étalement de spectre du type GPS (Global Positioning System) ou GNSS (Global Navigation Satellite System) selon la terminologie anglo-saxonne généralement utilisée par l'homme du métier.
Le principe connu de localisation GPS (ou GNSS) utilise des mesures de signaux radioélectriques reçus d'une constellation de satellites.
La distance importante des satellites à la Terre, ainsi que les techniques d'étalement de spectre utilisées, impliquent que les signaux radioélectriques reçus à la surface de la Terre sont de très faible puissance (-130 dBm, soit 10-16 Watt).
Les signaux GPS sont donc très sensibles aux brouillages (intentionnels ou pas) provenant d'autres équipements radioélectriques.
Les brouillages peuvent par exemple être une émission hors bande d'un émetteur de télévision dans les fréquences du GPS, ou un brouilleur de fort niveau sur un terrain d'opérations militaires.
Des techniques connues existent à ce jour pour améliorer la tenue au brouillage des récepteurs GPS.
Parmi les techniques connues, il existe des techniques analogiques, ou des techniques de numérisation sur un bit, mais la plus avantageuse est la numérisation sur deux bits, également appelée conversion ou numérisation non-uniforme.
La numérisation sur deux bits permet de recevoir les signaux GPS, malgré la présence de brouillage de forme sinus ou « continuous wave » (CW) selon la terminologie anglo-saxonne généralement utilisée par l'homme du métier.
On explique ici la mise en oeuvre de la numérisation sur deux bits.
Comme le montre la
Le module 2 radiofréquence est situé entre l'antenne 1 et le module 3 numérique.
Le module radiofréquence 2 comporte généralement un système 20 de réduction du brouillage.
Comme le montre la
Le premier bit est appelé « bit de signe » et est référencé par S.
Le deuxième bit est appelé « bit d'amplitude » et est référencé par M.
Le seuil du bit M est ajustable en fonction du type de signal A.
Comme le montre la
La numérisation sur plus de deux bits est également connue.
La technique connue de conversion ou numérisation sur au moins deux bits présente des avantages.
Sous un fort brouillage de type CW, et par rapport à une solution analogique, la numérisation sur un bit peut dégrader le rapport signal à bruit de près de 7dB.
Au contraire, sous ce même brouilleur CW, la numérisation sur deux bits permet d'améliorer très significativement le rapport signal à bruit. Le rapport signal à bruit est alors optimal si l'on ignore en sortie du convertisseur de bits les échantillons pour lesquels le bit M n'est pas activé, ce qui revient à ne numériser le signal que sur 1,5 bit. Ainsi, sous fort brouillage de type CW, et par rapport à une solution analogique, la numérisation sur 1,5 bit peut améliorer le rapport signal à bruit de plus de 10 dB, lorsque le rapport cyclique d'activité du bit M est fixé, par exemple, à 20%.
Par ailleurs, sous brouillage gaussien et par rapport à une solution analogique, la numérisation sur deux bits permet de limiter la dégradation du rapport signal à bruit à moins de 0.6 dB, contre 1.96 dB pour une numérisation sur un bit.
La numérisation sur deux bits présente cependant des inconvénients.
Il existe en effet une façon plus subtile de brouiller les signaux GPS que de les brouiller avec un signal de type CW, dont l'énergie forme une raie dans un spectre de réception des signaux GPS, et dont l'amplitude crête est également constante. Une solution de brouillage est ainsi d'adopter un brouilleur gaussien dans une bande élargie. L'énergie du signal de brouillage va ainsi s'étaler dans le spectre de réception des signaux GPS, avec des fluctuations rapides de l'amplitude crête du signal de brouillage, et donc être plus difficile à rejeter.
On connaît de
L'invention propose de pallier au moins un de ces inconvénients.
A cet effet, on propose selon l'invention un procédé de réduction d'un signal de brouillage selon la revendication 1.
L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques de l'une des revendications 2 à 5.
L'invention concerne également un récepteur de mise en oeuvre du procédé précité.
L'invention présente de nombreux avantages.
L'invention permet de rejeter un signal de bruitage qui n'est pas du type sinus (CW).
La présente invention permet une réduction du signal de brouillage dit de bande étroite, typiquement de bande jusqu'à 100 kHz.
L'invention s'applique aux signaux large bande à étalement de spectre, par exemple de type CDMA (en anglais « Code Division Multiple Access », à savoir un accès multiple par répartition en code) connu de l'homme du métier, typiquement mais non limitativement à des signaux GPS/GNSS, qu'ils soient en modulation BPSK (en anglais « Binary Phase Shift Keying », à savoir une modulation binaire par déplacement de phase) ou BOC (en anglais « Binary Offset Carrier », à savoir une porteuse binaire décalée) et dérivées.
L'invention permet un gain maximal de réduction des brouilleurs bande étroite, typiquement de bande jusqu'à 100 kHz.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références numériques identiques.
Les
Le signal A est un signal à étalement de spectre, par exemple de type CDMA (en anglais « Code Division Multiple Access », à savoir un accès multiple par répartition en code) ou FDMA (en anglais « Frequency Division Multiple Access », à savoir un accès multiple par répartition en fréquence), connus de l'homme du métier, typiquement mais non limitativement un signal GPS ou GNSS, en modulation BPSK (en anglais, Binary Phase Shift Keying) ou BOC (en anglais, Binary Offset Carrier) et dérivées.
Le signal A est généré classiquement par une modulation d'une porteuse radiofréquence par un signal composite. On répète que la modulation peut être préférentiellement à deux états de phase, selon la technique BPSK connue de l'homme du métier. Le signal A est ainsi la somme d'un signal à basse fréquence (typiquement 50 bits/s) avec une séquence d'étalement pseudo-aléatoire haute fréquence (typiquement multiple entier de 1,023 Mbits/seconde). On répète que le signal peut également être modulé par une sous-porteuse, selon les techniques BOC et dérivées, connues de l'homme du métier.
Le signal A est destiné à un récepteur 100.
Comme le montre schématiquement la
La sortie du module 2 est envoyée à un module 3 numérique.
Le module 2 comporte un système 20 de réduction du signal B de brouillage.
Le système 20 comporte principalement un contrôleur 21 de gain automatique.
Le contrôleur 21 est décrit plus précisément à la
Le contrôleur 21 traite l'ensemble des signaux entrants, à savoir le signal A et le signal de brouillage B.
Le signal B de brouillage peut typiquement être de deux types, comme le montre schématiquement la
Le premier type, référencé par B1, est un signal de brouillage sinusoïdal, également appelé CW (ou « Continuous Wave »). Le signal B1 ne présente qu'une raie discrète à une fréquence donnée dans un spectre de réception, et présente une courbe CB1 de densité de probabilité d'amplitude instantanée bornée entre deux valeurs d'une amplitude de crête [-lc ; lc].
Le deuxième type de signal de brouillage, référencé par B2, est un signal appelé bande étroite, car il occupe une bande de largeur donnée dans un spectre de réception (en général la largeur est inférieure à 100 kHz). Le signal B2 a une courbe CB2 de densité de probabilité de forme gaussienne.
On comprend qu'un signal B1 de type CW a la propriété de présenter une enveloppe constante et bornée entre [-lc ; lc] (l'amplitude de crête instantanée du signal B1 est constante dans le temps), alors qu'un signal B2 bande étroite présente une enveloppe pseudo-aléatoire.
Selon l'invention, le contrôleur 21 permet de transformer une courbe CB2 de densité de probabilité d'un signal bande étroite de forme gaussienne en celle d'un signal de brouillage du type CW.
A cet effet, le contrôleur 21 effectue en continu une normalisation d'une amplitude de crête instantanée du signal B, de sorte que ladite amplitude de crête instantanée soit constante dans le temps pour le signal ainsi normalisé.
De cette façon et comme le montre la
Le signal B' de brouillage normalisé est converti en signal de brouillage sinusoïdal lorsque le signal de brouillage B est à bande étroite, c'est-à-dire avec une largeur de bande jusqu'à 100kHz.
En revanche, le signal B' de brouillage normalisé reste sous la forme d'un signal de brouillage gaussien lorsque le signal de brouillage B a une largeur de bande supérieure à une bande étroite, c'est-à-dire supérieure à 100kHz.
Cette normalisation va permettre au système 20 d'effectuer un traitement de numérisation sur deux bits non-uniformes déjà décrit, comme pour un brouillage du type CW.
On constate que le contrôleur 21 comporte, préférentiellement dans cet ordre :
L'amplificateur 211 et/ou l'amplificateur 214 comporte un gain variable qui peut être commandé par la commande 216, branchée à cet effet en sortie du détecteur 215.
Le mélangeur 212 réalise une transposition en fréquence des radiofréquences RF vers des fréquences intermédiaires Fl.
Le contrôleur 21 comporte également un oscillateur local non représenté alimentant le mélangeur 212.
Le filtre 213 est un filtre de canal utilisant la technologie à ondes de surfaces. Le filtre 213 est donc par conception limité en fréquence et présente un temps de propagation de groupe élevé, à savoir de l'ordre de 700 ns. Il est cependant nécessaire à la bonne réception des signaux A.
Ainsi, pour contrecarrer le temps de propagation relativement élevé du filtre 213, le gain de l'amplificateur 211 et le gain de l'amplificateur 214 sont commandés par la commande 216. La bande passante de l'amplificateur 211 et la bande passante de l'amplificateur 214 sont de préférence supérieures à 100 kHz, ce qui permet d'atténuer le retard du filtre 213.
Le détecteur 215 est plus précisément représenté à la
Il comporte un échantillonneur bloqueur 2151 dont la sortie est branchée en entrée d'un convertisseur analogique/numérique 2152.
Le convertisseur 2152 numérise sur deux bits le signal issu de l'échantillonneur bloqueur, et élabore également un bit de type qui diffère selon que ce signal B' normalisé est gaussien ou sinusoïdal. On rappelle en effet que
En entrée du convertisseur 2152, on branche un seuil S dont la valeur est fixée à 0, un seuil M, un seuil d'amplitude auxiliaire M2 et un seuil de type. Le détecteur 215 permet ainsi de réaliser l'extraction
Le rapport cyclique d'activité du bit M est maintenu constant par une boucle de contrôle de gain, non représentée, qui ajuste le niveau d'entrée de l'échantillonneur bloqueur 2151.
L'échantillonneur bloqueur 2151 respecte les règles de conversion des signaux, et le critère de Nyquist-Shannon.
Le convertisseur 2152 est ainsi un convertisseur à base de comparateurs dont les seuils précités sont fixes.
Comme le montre la
Le seuil d'amplitude auxiliaire M2 sert à l'extraction d'un bit d'amplitude auxiliaire M2, en vue de l'élaboration du bit de type. Le seuil M2 est placé relativement au seuil M. Le seuil M2 sélectionné est inférieur au seuil M.
Le bit de type est obtenu en mesurant le rapport cyclique d'activité du bit M2. Précisément, le bit de type est obtenu en comparant le bit d'amplitude auxiliaire M2 filtré passe-bas, et le seuil de type.
Le seuil de type sélectionné a une valeur comprise entre la valeur théorique du rapport cyclique d'activité du bit M2 obtenue lorsque le signal entrant présente une densité de probabilité de type gaussienne, et la valeur théorique du rapport cyclique d'activité du bit M2 obtenue lorsque le signal entrant présente une densité de probabilité de type CW. Ces valeurs théoriques sont connues de l'homme du métier.
Ainsi, en sortie du convertisseur 2152, le comportement du bit de type est alors le suivant :
Comme on peut le constater sur la
Le contrôleur 21 est dit rapide, car il est capable de suivre la vitesse de variation de l'amplitude du signal de brouillage B entrant. La bande passante du contrôleur 21 est supérieure à 100 kHz. Toute variation d'amplitude à fréquence inférieure à la fréquence de coupure du contrôleur 21 sera normalisée, et sera donc à amplitude de crête instantanée constante.
Avantageusement, et comme le montrent les
Le pondérateur 22 a pour fonction d'optimiser la pondération du signal normalisé et numérisé. Le pondérateur 22 a pour but de rejeter les échantillons de signaux A+B contenant trop peu de signal A et trop de bruit B. Le pondérateur accentue alors la normalisation lorsqu'un brouilleur du type CW ou bande étroite brouille le signal A.
Comme le montre la
Le pondérateur 22 utilise, grâce au module 221, le bit de type issu du convertisseur 2152 pour modifier les poids des bits d'amplitude M et de signes S.
La modification des poids s'effectue, grâce au module 222, à l'aide d'une table 220 d'allocations représentée à la
Le bit de type issu du convertisseur 2152 présente le comportement suivant :
On comprend que la densité de probabilité de type CW peut provenir directement d'un signal de type CW ou être issue d'un signal de type bande étroite traité par le contrôleur 21.
Les échantillons entrant dans le module numérique 3 voient leur pondération modifiée en fonction du type du signal entrant :
Les échantillons entrant dans le module numérique 3 voient leurs poids modifiés en fonction du type du signal entrant :
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