Architecture globale du système de poursuite

1.6.3.1 Architecture globale du système de poursuite numérique

Nous représentons sur la figure 1.21, l’architecture globale d’un système de poursuite du signal GPS. Celle-ci est composée de deux boucles de poursuite : une boucle pour la poursuite de la phase et une boucle pour la poursuite du code. Ces deux systèmes sont dépendants l’un de l’autre. En effet, pour poursuivre le code, il faut considérer le signal démodulé. Il faut donc multiplier le signal d’entrée de la boucle de poursuite du code par le signal de sortie de la PLL, qui correspond à la fréquence porteuse générée localement. De plus, pour estimer la fréquence porteuse avec la boucle de poursuite de la phase, il faut démultiplexer le signal en entrée de cette boucle, donc le multiplier par la sortie de la DLL qui est le code CA synchrone (Prompt) généré localement.

Fig. 1.21 – Architecture globale du système de poursuite

Plusieurs informations sont extraites du système global de poursuite pour estimer la position du récepteur. Considérons la voie en phase de la PLL. Nous avons :

IP[n] = ¹ N N X n=0 Sr[n].cos[2πf1n + φ].c[n] = Ad[n] (1.134)

Cette voie nous fournit donc directement le message de navigation. De plus, la boucle de poursuite de code nous permet de connaître à chaque instant l’évolution de la pseudo-distance satellite-récepteur. En effet, elle nous indique si cette pseudo-distance augmente, diminue ou reste identique. Enfin, la boucle PLL nous donne la valeur de la fréquence porteuse, ce qui nous permet grâce à l’effet Doppler, d’en déduire la vitesse radiale relative satellite-récepteur. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 500 1000 1500 2000 2500 3000 t [ms]

Valeurs Prompt Early et Late de la corrélation R_c(τ) : Prompt R_c(τ−d/2) : Early R_c(τ+d/2) : Late 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 −1000 −800 −600 −400 −200 0 200 400 600 800 1000 t [ms] Discriminants Early−Late cohérent Early−Late non−cohérent 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 −3000 −2000 −1000 0 1000 2000 3000 t [ms] Message de navigation

Fig. 1.22 – Exemple de poursuite du signal GPS 1.6.3.2 Exemples de poursuites

Pour ces exemples, nous disposons d’un signal GPS échantillonné à 20 MHz et quanti-fié sur 1 bit, pour une fréquence intermédiaire de 15.42 MHz (à l’entrée du convertisseur analogique-numérique). La bande passante du signal utile est de 2 MHz autour de sa fré-quence intermédiaire. La durée de la poursuite est d’une seconde et on recale le code toutes les millisecondes (on dispose d’une mesure de la corrélation toutes les millisecondes). La poursuite est réalisée à partir des informations sur le code et la fréquence porteuse dont les valeurs sont obtenues dans l’étape d’acquisition.

On représente sur la figure 1.22 un exemple de poursuite du signal GPS. Dans cet exemple la poursuite est réalisée simultanément sur le code et la fréquence porteuse. On

reporte sur la figure en haut à gauche, la valeur de la corrélation obtenue sur les voies "early", "prompt" et "late". On constate que le code est toujours bien synchrone car la valeur de la voie "prompt" est supérieure aux voies "early" et "late" qui sont, elles, égales (c.f. figure 1.17). On représente sur la figure en haut à droite la valeur du discriminant qui va conditionner le décalage du code généré localement. On constate que le code est correctement synchronisé car les valeurs du discriminant sont centrées en zéro. Finalement on reporte sur la figure du bas le message de navigation extrait du signal. Le message de navigation est correctement extrait car les transitions "1" et "-1" (multipliées par la puissance du signal) sont définies sur des périodes de 20 ms, ce qui correspond aux 20 périodes du code à étalement par bit du message de navigation.

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 t [ms]

Valeurs Prompt Early et Late de la corrélation

R_c(τ) : Prompt R_c(τ−d/2) : Early R_c(τ+d/2) : Late 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 −3000 −2000 −1000 0 1000 2000 3000 t [ms] Discriminants Early−Late cohérent Early−Late non−cohérent 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 −3000 −2000 −1000 0 1000 2000 3000 t [ms] Message de navigation

Fig. 1.23 – Exemple de poursuite sans recalage du code

On reporte sur la figure 1.23, un exemple de poursuite sans recalage du code. On constate alors l’évolution attendue des discriminants (c.f. figure 1.20), c’est-à-dire la crois-sance suivie de la décroiscrois-sance et de l’annulation du discriminant. Cependant, on observe des sauts du discriminant cohérent liés à l’évolution du signe du bit de navigation. Dans cet exemple, le message de navigation est correctement extrait jusqu’à l’annulation, soit le décrochage du discriminant. En général, quand le signal GPS est décroché, il faut relancer une étape d’acquisition pour retrouver la synchronisation en code et en fréquence. Sur la

figure 1.24, nous représentons un exemple de poursuite sans recalage de la porteuse. Dans cet exemple, on retrouve comme sur la figure 1.22, des valeurs pour la corrélation et le discriminant qui confirment la bonne poursuite du code. Cependant, le message de na-vigation n’est pas correctement démodulé. Dans ce cas, les résidus de phases issus d’une mauvaise synchronisation de la porteuse, déforment les informations extraites.

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 500 1000 1500 2000 2500 3000 t [ms]

Valeurs Prompt Early et Late de la corrélation

R_c(τ) : Prompt R_c(τ−d/2) : Early R_c(τ+d/2) : Late 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 −1500 −1000 −500 0 500 1000 t [ms] Discriminants Early−Late cohérent Early−Late non−cohérent 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 −3000 −2000 −1000 0 1000 2000 3000 t [ms] Message de navigation

Fig. 1.24 – Exemple de poursuite sans recalage de la porteuse

1.7 Conclusion

Nous avons présenté dans ce chapitre les différents traitements du signal réalisés par un récepteur GPS. On retiendra qu’il existe principalement deux traitements particuliers qui sont l’acquisition et la poursuite du code et de la porteuse [Kap96]. Aujourd’hui avec la modernisation du système GPS et l’apparition de Galileo, beaucoup de travaux de recherche portent sur ces deux aspects. Dans ce travail, nous allons nous intéresser plus particulièrement à la boucle de poursuite du code. Dans une DLL, il est nécessaire de détecter un retard entre le code émis et le code généré localement et d’en estimer sa valeur.

par plusieurs porteuses. Par exemple, pour le système GPS NAVSTAR (NAVigation Sys-tem Time And Ranging), le code C/A sera transmis sur L₂ en plus de L₁ et un code de même nature sera transmis sur une nouvelle fréquence porteuse L5 (1.176 GHz). Pour le système européen Galileo, de nouveaux codes (Modulation BOC : Binary Offset Carrier) seront aussi transmis sur plusieurs porteuses [Bas04]. Le but des algorithmes de fusion que nous avons développés dans cette thèse est d’estimer et de détecter les retards à par-tir du signal discriminant des boucles DLL. Le discriminant utilisé dans ce travail est le discriminant Early-minus-Late. On considèrera un système multi-porteuses pour lequel le discriminant est obtenu en parallèle sur plusieurs porteuses. L’inconvénient lié à ce type de signaux qui a conditionné la création de nouvelles méthodes de fusion, est qu’ils ne sont pas obligatoirement synchrones. En effet, Le signal GPS effectue une trajectoire différente en fonction de sa fréquence porteuse et de l’état d’ionisation de l’ionosphère.

Les positions GPS sont en général fournies par les récepteurs classiques toutes les secondes. Une position est calculée sur la période de pré-détection (en général 20 ms), et une moyenne est effectuée sur une seconde. Dans notre approche, nous souhaitons détecter une ou plusieurs ruptures dans l’évolution du discriminant qui seront traitées en temps différé. On considère alors que son évolution est stationnaire dans la partie linéaire du discriminant autour du point d’accrochage. On recherchera alors les ruptures de pentes du discriminant. Deux approches seront étudiées dans cette thèse : la détection de la première rupture présente et la réinitialisation des traitements, et la détection d’un ensemble de ruptures pour un signal acquis sur une seconde.