FR2750509A1

FR2750509A1 - RF receiver system for satellite reception

Info

Publication number: FR2750509A1
Application number: FR9608125A
Authority: FR
Inventors: Christian Lamiraux; Jean Pierre Raffegeau
Original assignee: MLR Electronique
Current assignee: MLR Electronique
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 1998-01-02
Anticipated expiration: 2016-06-28
Also published as: FR2750509B1

Abstract

The RF receiver system has an oscillator drive (4). The oscillator has a quartz crystal control without internal thermal compensation. The output is sampled by a processor (3). The processor also inputs the temperature of the oscillator drive body from a detector (10) and amplifier. The processor uses the information obtained to adjust the centre frequency of the channel being received.

Description

L'invention concerne un récepteur destiné à l'acquisition de signaux radioélectriques, notamment de signaux émis par des satellites, du type comprenant essentiellement une antenne de réception des signaux, un dispositif corrélateur comprenant au moins une voie à filtrecorrélateur pour l'acquisition des signaux émis d'un satellite, un processeur adapté pour indiquer à la voie la fréquence centrale pour l'acquisition des signaux, et un dispositif oscillateur pilote. The invention relates to a receiver intended for the acquisition of radioelectric signals, in particular of signals emitted by satellites, of the type essentially comprising an antenna for receiving the signals, a correlating device comprising at least one filter-correlating channel for the acquisition of the signals. emitted from a satellite, a processor adapted to indicate to the channel the central frequency for the acquisition of signals, and a pilot oscillator device.

Dans des récepteurs de ce type, par exemple ceux du système GPS, l'oscillateur pilote engendre par synthèse de fréquence les signaux de transposition permettant de transposer des signaux à recevoir à un niveau de fréquence relativement bas et dans une bande passante suffisamment étroite pour permette l'extraction de signaux dans le bruit. In receivers of this type, for example those of the GPS system, the pilot oscillator generates by frequency synthesis the transposition signals making it possible to transpose signals to be received at a relatively low frequency level and in a pass band sufficiently narrow to allow extracting signals in noise.

Il s'avère que dans un récepteur GPS, la précision de la fréquence finale doit être typiquement de + 500 Hz du fait de la longueur du codage pseudo-aléatoire GPS code CA qui a une durée de 1 ms. La fréquence porteuse L1 du signal GPS valant 1,5 GHz, la précision requise de l'oscillateur est typiquement de + 500/1,5 x 109 = + 3,3 x 10-7. It turns out that in a GPS receiver, the precision of the final frequency must typically be + 500 Hz due to the length of the pseudo-random coding GPS code CA which has a duration of 1 ms. Since the carrier frequency L1 of the GPS signal is 1.5 GHz, the required accuracy of the oscillator is typically + 500 / 1.5 x 109 = + 3.3 x 10-7.

Pour assurer cette précision, il est connu d'équiper les récepteurs GPS d'un oscillateur pilote relativement coûteux. Dans la mesure où il est connu que la qualité de l'oscillateur est liée notamment au processus interne de compensation de la dérive en fréquence du quartz de l'oscillateur en fonction de la température, l'instabilité dite de vieillissement du quartz étant relativement faible devant une instabilité thermique, on utilise des oscillateurs compensés en températures. Or c'est notamment cette mesure qui augmente le coût de l'oscillateur. To ensure this precision, it is known to equip GPS receivers with a relatively expensive pilot oscillator. Insofar as it is known that the quality of the oscillator is linked in particular to the internal process of compensating for the frequency drift of the oscillator quartz as a function of temperature, the so-called instability of aging of the quartz being relatively low in the face of thermal instability, temperature compensated oscillators are used. However, it is in particular this measure which increases the cost of the oscillator.

Une autre solution souvent retenue est d'utiliser un oscillateur de moins de précision et d'effectuer à la mise en route la recherche d'un premier satellite sur plusieurs bandes de fréquences espacées de 1 KHz. Or, ceci entraîne une perte dans le temps d'acquisition qui suit la mise en route d'un récepteur et réduit la sécurité de détection du corrélateur GPS de 1 ms. Another solution often adopted is to use an oscillator of less precision and to carry out, at the start-up, the search for a first satellite on several frequency bands spaced at 1 KHz. However, this results in a loss in acquisition time following the start-up of a receiver and reduces the detection security of the GPS correlator by 1 ms.

La présente invention a pour but de proposer un récepteur du type indiqué plus haut qui pallie les inconvénients qui viennent d'être énoncés des récepteurs de l'état de la technique. The present invention aims to provide a receiver of the type indicated above which overcomes the drawbacks which have just been stated of the receivers of the prior art.

Pour atteindre ce but, l'oscillateur pilote comprend un quartz sans compensation thermique interne, un capteur de température est associé à l'oscillateur et le processeur est pourvu de moyens d'ajustage de la fréquence centrale de la voie d'acquisition à indiquer au dispositif corrélateur en fonction de la température ambiante de l'oscillateur pilote. To achieve this goal, the pilot oscillator comprises a quartz without internal thermal compensation, a temperature sensor is associated with the oscillator and the processor is provided with means for adjusting the central frequency of the acquisition channel to be indicated to the correlating device as a function of the ambient temperature of the pilot oscillator.

Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les moyens d'ajustage des fréquences centrales de la voie d'acquisition sont formés par un logiciel d'étalonnage pourvu d'un tableau de mise en relation des dérives thermique en fréquence de l'oscillateur et des températures ambiantes de celui-ci. According to an advantageous characteristic of the invention, the means for adjusting the central frequencies of the acquisition channel are formed by a calibration software provided with a table relating the thermal drifts in frequency of the oscillator and ambient temperatures of it.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence à la figure unique, illustrant, à titre d'exemple, un mode de réalisation de l'invention. The invention will be better understood and other objects, characteristics, details and advantages thereof will appear more clearly in the explanatory description which follows, made with reference to the single figure, illustrating, by way of example, a mode of realization of the invention.

Comme le montre la figure unique, un récepteur d'acquisition des signaux radioélectriques, notamment de signaux émis par des satellites, proposé par l'invention, comprend essentiellement une antenne de réception 1 des signaux à acquérir, une unité 2 comprenant un certain nombre de canaux d'acquisition pour acquérir simultanément les signaux émis par plusieurs satellites, un processeur 3 de commande de l'unité d'acquisition 2 et un dispositif oscillateur pilote 4. As shown in the single figure, a receiver for acquiring radio signals, in particular signals transmitted by satellites, proposed by the invention, essentially comprises an antenna 1 for receiving the signals to be acquired, a unit 2 comprising a certain number of acquisition channels for simultaneously acquiring the signals transmitted by several satellites, a processor 3 for controlling the acquisition unit 2 and a pilot oscillator device 4.

L'unité d'acquisition comprend un montage en série d'un dispositif à amplificateurs et filtres 6 et un dispositif corrélateur 7 comprenant un certain nombre de voies d'acquisition, chacune pourvus d'un filtre-corrélateur numérique. Ces dispositifs sont connus en soi et ne seront pas décrits plus en détail. The acquisition unit comprises a series connection of an amplifier and filter device 6 and a correlator device 7 comprising a number of acquisition channels, each provided with a digital filter-correlator. These devices are known per se and will not be described in more detail.

Au dispositif d'entrée à amplificateurs et filtres 6 est associé, de façon connu en soi, un dispositif d'oscillateurs de transposition, qui est asservi à l'oscillateur local 4, comme cela est montré par les lignes fléchées, et sert pour établir les fréquences permettant la transposition des signaux reçus par l'antenne 1 à un niveau de fréquence relativement bas et dans une bande passante suffisamment étroite pour permettre l'extraction du signal utile du bruit dans le dispositif corrélateur 7 sur lequel agit directement l'oscillateur pilote 4. Associated with the amplifier and filter input device 6 is, in a manner known per se, a transposition oscillator device, which is controlled by the local oscillator 4, as shown by the arrow lines, and is used to establish the frequencies allowing the transposition of the signals received by the antenna 1 at a relatively low frequency level and in a pass band sufficiently narrow to allow the extraction of the useful signal from the noise in the correlating device 7 on which the pilot oscillator acts directly 4.

Le dispositif oscillateur 4 selon l'invention comprend un oscillateur à quartz nu 9, c'est-à-dire sans compensation thermique interne. A cet oscillateur est associé un capteur 10 de la température ambiante proche du quartz. Les valeurs mesurées sont transmises à un convertisseur analogiquenumérique 11 qui les transmet au processeur 3 sous forme de signaux numériques. The oscillator device 4 according to the invention comprises a bare quartz oscillator 9, that is to say without internal thermal compensation. With this oscillator is associated a sensor 10 of the ambient temperature close to the quartz. The measured values are transmitted to an analog-to-digital converter 11 which transmits them to the processor 3 in the form of digital signals.

Grâce à ce capteur de température, on établit un tableau des écarts de fréquence de l'oscillateur pilote 9 en fonction de la température ambiante de l'oscillateur. Using this temperature sensor, a table of frequency deviations of the pilot oscillator 9 is established as a function of the ambient temperature of the oscillator.

Le tableau est établi par un logiciel qui est géré par le processeur. Pour cela, on s'assure que l'ensemble formé par le capteur 10 et le convertisseur 11 produit des signaux à peu près linéaires pour la gamme de températures d'utilisation par exemple comprises entre -200C à 700C et que le transfert des données peut être établi approximativement à 1 bit/degré de manière à surveiller une centaine de valeurs de températures différentes. Un tel tableau établi dans le logiciel peut par exemple avoir 256 lignes pour couvrir 256 états possibles chacun étant constitué par un couple de valeurs de température et d'écart de fréquence occassionné par cette température. The table is established by software which is managed by the processor. To do this, it is ensured that the assembly formed by the sensor 10 and the converter 11 produces approximately linear signals for the range of operating temperatures for example between -200C to 700C and that the data transfer can be set at approximately 1 bit / degree in order to monitor a hundred different temperature values. Such a table established in the software can, for example, have 256 lines to cover 256 possible states, each consisting of a pair of temperature values and frequency deviation caused by this temperature.

On décrira ci-après l'établissement du tableau et le fonctionnement du récepteur selon l'invention. The establishment of the table and the operation of the receiver according to the invention will be described below.

A la première mise en service du récepteur, les deux séries de valeurs sont mises à zéro. La fréquence de l'oscillateur est ajustée à mieux de 250 Hz tout en maintenant la température du quartz à une valeur centrale de par exemple 250C pendant la durée de temps pendant laquelle le récepteur acquiert les satellites visibles, établit la position géographique du récepteur capte les données de l'almanach GPS et établit la valeur de l'écart de fréquence d'oscillateur. When the receiver is put into service for the first time, the two series of values are set to zero. The frequency of the oscillator is better adjusted to 250 Hz while maintaining the temperature of the quartz at a central value of for example 250C during the period of time during which the receiver acquires the visible satellites, establishes the geographical position of the receiver picks up the GPS almanac data and establishes the value of the oscillator frequency deviation.

Pendant cette première mise en route du récepteur qui a pour but d'assurer le calage du récepteur à des conditions définies, un drapeau du logiciel est placé à la valeur numérique 0. Une fois le calage terminé, l'opérateur place une mémoire drapeau à 1, ce qui autorise le déroulement du logiciel d'établissement du tableau sus-mentionné. La valeur d'écart d'oscillateur initiale s'inscrit dans une ligne centrale du tableau et le récepteur est ensuite soumis à une rampe de températures allant de par exemple -200C à +700C, chaque pas occasionnant l'inscription d'une paire de mots caractérisant un état dans le tableau. During this first start-up of the receiver which aims to ensure the setting of the receiver under defined conditions, a software flag is set to the numerical value 0. Once the setting is completed, the operator places a flag memory at 1, which authorizes the running of the above table establishment software. The initial oscillator deviation value is entered in a central row of the table and the receiver is then subjected to a temperature ramp ranging for example from -200C to + 700C, each step causing the recording of a pair of words characterizing a state in the table.

En régime d'exploitation, après que le tableau a été rempli, le logiciel lors de l'acquisition d'un satellite et, le cas échéant, périodiquement pendant le fonctionnement, procède à la lecture des valeurs de mesure de la température ambiante de l'oscillateur 9, et cherche pour la température mesurée l'écart de la fréquence d'oscillateur dans le tableau. C'est en prenant en compte cette valeur que le processeur 3 indique au dispositif corrélateur les fréquences centrales des voies d'acquisition des signaux satellites. Par conséquent, même si la fréquence de l'oscillateur a varié en raison d'une variation de la température ambiante de la valeur de référence, l'acquisition des satellites peut s'effectuer rapidement. In operating mode, after the table has been filled, the software when acquiring a satellite and, if necessary, periodically during operation, reads the measurement values of the ambient temperature of the oscillator 9, and searches for the measured temperature deviation from the oscillator frequency in the table. It is by taking this value into account that the processor 3 indicates to the correlating device the central frequencies of the channels for acquiring the satellite signals. Therefore, even if the frequency of the oscillator has varied due to a change in the ambient temperature from the reference value, satellite acquisition can be performed quickly.

Si l'acquisition n'est pas assurée, le processeur commande un balayage de la fréquence centrale de la voie d'acquisition considérée dans une gamme de fréquences de par exemple 500 Hz autour de la valeur indiquée par le tableau. If acquisition is not ensured, the processor commands a scan of the central frequency of the acquisition channel considered in a frequency range of for example 500 Hz around the value indicated in the table.

Si la fréquence centrale finalement trouvée lors du balayage dépasse une valeur de seuil d'écart admissible, de par exemple 150 Hz, de la valeur indiquée en fonction du tableau, le programme permet d'actualiser le tableau en cours d'exploitation. Cette actualisation pourrait se faire sous forme d'un décalage de l'ensemble des données inscrites dans le tableau de la valeur d'écart constatée. Ce décalage de l'ensemble du tableau pourrait être effectué déjà lors d'une première constatation d'un écart ou après un certain nombre de fois, en considérant qu'il s'agit alors d'une dérive due au vieillissement de l'oscillateur.If the central frequency finally found during the scanning exceeds a threshold value of admissible deviation, for example 150 Hz, from the value indicated according to the table, the program makes it possible to update the table during operation. This updating could be done in the form of a shift of all the data entered in the table of the observed difference value. This shift of the whole table could be made already when a first finding of a deviation or after a certain number of times, considering that it is then a drift due to the aging of the oscillator .

La description du récepteur selon l'invention, qui vient d'être faite en se référant à la figure unique, montre que l'invention permet d'accroître la vitesse d'acquisition des signaux radioélectriques sélectionnés tout en réduisant le coût et l'encombrement du récepteur par rapport aux récepteurs connus grâce à l'emploi d'un oscillateur à quartz nu, d'un capteur de température associé à celui-ci et du logiciel décrit, à la place des systèmes à oscillateur compensé ou stabilisé en température selon l'état de la technique. The description of the receiver according to the invention, which has just been made with reference to the single figure, shows that the invention makes it possible to increase the speed of acquisition of the radio signals selected while reducing the cost and the bulk. of the receiver compared to known receivers thanks to the use of a bare quartz oscillator, of a temperature sensor associated with it and of the software described, instead of systems with compensated or temperature stabilized oscillator according to the 'state of the art.

Claims

RESELL I CAT I ON S

1. Receiver intended for the acquisition of radioelectric signals, in particular of signals emitted by satellites, of the type essentially comprising an antenna for receiving the signals, a correlating device comprising at least one channel with filter-correlator for the acquisition of the signals received , a processor adapted to indicate to the acquisition channel the central frequency for the acquisition of the signals, and a pilot oscillator device, characterized in that the pilot oscillator (4) comprises a quartz without internal thermal compensation and a sensor temperature associated with the oscillator to measure the ambient temperature of the latter and that the processor (3) is provided with means for adjusting the central frequency of the acquisition channel to be indicated to this channel, according to a variation measured from the ambient temperature of the pilot oscillator (4).

2. Receiver according to claim 1, characterized in that the means for adjusting the central frequency of the acquisition channel of the correlating device (7) are formed by a calibration software comprising a table relating temperatures ambient conditions of the oscillator and the frequency thermal drifts caused by them.

3. Receiver according to one of claims 1 or 2, characterized in that an analog-digital converter is associated with the temperature sensor (10) to apply the temperature measurement values to the processor (3), in the form of data digital.

4. Receiver according to one of claims 2 or 3, characterized in that the table comprises a certain number of lines each comprising two words formed respectively by a temperature variation value and the frequency difference produced by it, with respect to a reference condition.

5. Receiver according to claim 4, characterized in that the reference conditions are established during the acquisition of signals from a satellite at a predetermined ambient temperature of the crystal of the oscillator.

6. Receiver according to one of the preceding claims, characterized in that the processor is adapted to establish the value of the central frequency to be indicated to an acquisition channel by searching in the table for the frequency difference value associated with the temperature value measured by the sensor (10) at the time of acquisition.

7. Receiver according to one of claims 2 to 7, characterized in that the frequency differences entered in the table are capable of being offset as a whole when, during an acquisition of a signal, the difference of the actual central acquisition frequency differs from the central frequency indicated by the processor according to the table by a predetermined frequency value.