Récepteur GNSS à commutation d'oscillateur local ajustable en fréquence DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne les récepteurs GNSS bi ou multi-constellation. ETAT DE LA TECHNIQUE La multiplication des constellations de radionavigation (GPS, GALILEO, GLONASS, BEIDOU) nécessite l'utilisation de systèmes de radionavigation bi ou multi-constellation adaptés pour traiter des signaux GNSS de constellations différentes. L'apparition de nouvelles constellations de radionavigation pose un nouveau problème d'adaptation des systèmes de radionavigation aux nouvelles bandes de fréquences de réception, notamment lors de la modernisation des systèmes de radionavigation, par exemple lors d'un changement d'un module GPS en un module GPS-GLONASS ou GPS-GALILEO. On connait des systèmes de radionavigation bi ou multi-constellation adaptés pour traiter des signaux GNSS de constellations différentes et utilisant des codes GNSS différents.
Ces systèmes de radionavigation, en référence à la figure 1, comportent un duplexeur 19 en sortie de l'entrée radiofréquence 2 et une voie analogique 3 pour chacun des types de GNSS utilisés par le récepteur. Chaque voie analogique 3 est constituée d'un étage radiofréquence RF 38, et d'un étage à fréquence intermédiaire 39, l'étage 38, et l'étage 39 comportant chacun des amplificateurs 31, et des filtres 32. En sortie de l'étage 38, un mélangeur 33 et une boucle à verrouillage de phase 78 (ou PLL pour « Phase-locked Loop ») génèrent un signal d'oscillateur local de manière à transposer les signaux GNSS à une fréquence intermédiaire. L'étage à fréquence intermédiaire 39 filtre et amplifie le signal de manière à ne laisser passer que les signaux à cette fréquence intermédiaire.
La sortie de l'étage à fréquence intermédiaire 39 est connectée à une voie de corrélation 51 qui extrait les données de navigation contenues dans le signal GNSS. Ces systèmes de radionavigation comportent donc une boucle à verrouillage de phase 78 pour chacun des codes GNSS utilisés par le récepteur.
Il a été proposé, comme illustré en figure 2, de mutualiser la boucle à verrouillage de phase 78 sur plusieurs voies analogiques en parallèle. A cet effet, il a été proposé de mettre deux étages radiofréquence RF 38 en parallèle, une seule boucle à verrouillage de phase 78, et un commutateur radiofréquence 79 adapté pour connecter alternativement chacun des étages 10 radiofréquence RF 38 à la boucle à verrouillage de phase 78. L'inconvénient d'une telle solution est qu'elle nécessite un commutateur radiofréquence 79. Or, les commutateurs radiofréquence 79 comportent des composants tels que des diodes PIN, des transistors FET, et des microsystèmes électromécaniques qui apportent de la distorsion sur les signaux, et des problèmes 15 d'isolation entre voies. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention permet de pallier au moins un des inconvénients précités en 20 proposant un récepteur multi-constellation permettant de recevoir sur une même entrée radiofréquence des signaux à des fréquences différentes de manière alternée et ce sans utiliser de commutateur radiofréquence. A cet effet, l'invention propose un récepteur GNSS comportant : - au moins une entrée radiofréquence adaptée pour recevoir des signaux 25 GNSS dans au moins une première et une seconde bande de fréquences de réception ; - une boucle à verrouillage de phase adapté pour générer un signal d'oscillateur local ; un étage radiofréquence; 30 - un étage à fréquence intermédiaire adapté pour ne transmettre que les signaux à une fréquence intermédiaire ; un mélangeur , connecté entre l'étage radiofréquence et l'étage à fréquence intermédiaire, et adapté pour mélanger le signal GNSS reçu avec le signal d'oscillateur local ; - une première voie de corrélation adaptée pour calculer le temps de propagation des signaux GNSS reçus dans la première bande de fréquences de réception ; - une seconde voie de corrélation adaptée pour calculer le temps de propagation des signaux GNSS reçus dans la seconde bande de fréquences de réception ; le récepteur GNSS étant caractérisé en ce que la sortie de l'étage à fréquence intermédiaire est connectée à la première voie de corrélation et à la seconde voie de corrélation; et en ce que la boucle à verrouillage de phase est adaptée pour générer alternativement : - un premier signal d'oscillateur local à une première fréquence d'oscillateur local, de manière à transposer les signaux GNSS reçus dans la première bande de fréquences à la fréquence intermédiaire ; et un second signal d'oscillateur local à une seconde fréquence d'oscillateur local, de manière à transposer les signaux GNSS reçus dans la seconde bande de 20 fréquences à la fréquence intermédiaire Le récepteur décrit ci-dessous permet donc de recevoir sur une même entrée radiofréquence des signaux GNSS à des fréquences différentes de manière alternée en utilisant une seule boucle à verrouillage de phase et un seul étage superhétérodyne pour l'ensemble de ces fréquences. 25 L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises individuellement ou en l'une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles. La sortie de l'étage à fréquence intermédiaire est connectée à la première voie 30 de corrélation et à la seconde voie de corrélation par l'intermédiaire d'un commutateur adapté pour connecter la sortie de l'étage à fréquence intermédiaire alternativement avec la première voie de corrélation et la seconde voie de corrélation. Le récepteur GNSS comporte en outre un système de synchronisation de la fréquence de la boucle à verrouillage de phase et du commutateur, de manière à ce que : - la sortie de l'étage intermédiaire soit connectée à la première voie de corrélation lorsque la boucle à verrouillage de phase génère le premier signal d'oscillateur local; - la sortie de l'étage intermédiaire soit connectée à la seconde voie de corrélation lorsque la boucle à verrouillage de phase génère le second signal d'oscillateur local. La sortie de l'étage à fréquence intermédiaire est connectée de manière permanente à la première voie de corrélation et à la seconde voie de corrélation.
L'étage radiofréquence est adapté pour amplifier et filtrer le signal sur l'ensemble des bandes de fréquence de réception. L'étage radiofréquence comporte un filtre réjecteur adapté pour couper les fréquences comprises entre la première bande de fréquences et la seconde bande de fréquences.
L'invention propose également un procédé de réception mise en oeuvre par un récepteur GNSS comme décrit plus haut caractérisé en ce qu'il consiste à alterner entre : - une première phase au cours de laquelle la boucle à verrouillage de phase génère un premier signal d'oscillateur local à une première fréquence d'oscillateur local, de manière à ce que les signaux GNSS reçus dans la première bande de fréquences soient transposés à une fréquence intermédiaire et poursuivis par la voie de corrélation adaptée pour calculer le temps de propagation des signaux GNSS reçus dans la première bande de fréquences de réception ; une seconde phase au cours de laquelle la boucle à verrouillage de phase génère un second signal d'oscillateur local à une seconde fréquence d'oscillateur local, de manière à ce que les signaux GNSS reçus dans la seconde bande de fréquences soient transposés à la fréquence intermédiaire et poursuivis par la voie de corrélation adaptée pour calculer le temps de propagation des signaux GNSS reçus dans la seconde bande de fréquences de réception. Le procédé selon l'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises individuellement ou en l'une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles : Au cours de la première phase, la sortie de l'étage intermédiaire est connectée à la voie de corrélation adaptée pour calculer le temps de propagation des signaux 15 GNSS reçus dans la première bande de fréquences de réception ; et en ce que ; Au cours de la seconde phase, la sortie de l'étage intermédiaire est connectée à la voie de corrélation adaptée pour calculer le temps de propagation des signaux GNSS reçus dans la seconde bande de fréquences de réception ; 20 Au cours de la première et de la deuxième phase, la sortie de l'étage intermédiaire est connectée à la fois au corrélateur adapté pour calculer le temps de propagation des signaux GNSS reçus dans la première bande de fréquences de réception et au corrélateur adapté pour calculer le temps de propagation des signaux GNSS reçus dans la seconde bande de fréquences de réception. 25 DESCRIPTION DES FIGURES D'autres objectifs, caractéristiques et avantages sortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins donnés à titre illustratif et non limitatif parmi 30 lesquels : - la figure 1 est un schéma d'un récepteur GNSS classique de l'art antérieur ; - la figure 2 est un schéma d'un récepteur GNSS à commutateur radiofréquence de l'art antérieur ; - la figure 3 est un schéma d'un récepteur GNSS selon un mode de réalisation l'invention ; - les figures 4 et 5 représentent les bandes de fréquence de réception et la bande passante de l'étage radiofréquence pour un récepteur selon la figure 3 pour deux bandes de fréquences de réception respectivement proches et éloignées l'une de l'autre ; - la figure 6 est un schéma d'un récepteur GNSS avec un filtre réjecteur selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 7 représente les bandes de fréquence de réception et la bande passante de l'étage radiofréquence pour un récepteur selon la figure 6. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence aux figures 3 et 6, un récepteur GNSS 1 comporte au moins une entrée radiofréquence 2, typiquement une antenne radiofréquence, adaptée pour recevoir des signaux GNSS dans plusieurs bandes de fréquences de réception. L'entrée radiofréquence peut notamment être adaptée pour recevoir des signaux GNSS de différentes constellations GNSS différentes. Pour simplifier la représentation, une seule entrée radiofréquence 2 a été représentée sur les figures 3 et 6. Pour des raisons de clarté, le récepteur GNSS 1 décrit dans la suite du texte est adapté pour recevoir des signaux GNSS dans une première et une seconde bande 25 de fréquences de réception. Le récepteur GNSS 1 décrit peut bien évidement être adapté pour fonctionner sur plus de deux bandes de fréquences. Le récepteur GNSS 1 comporte une chaine de traitement du signal 3, une boucle à verrouillage de phase 7, et un module de traitement numérique 5. La chaine de traitement du signal 3 comporte un étage radiofréquence 38, un mélangeur 33 et un 30 étage à fréquence intermédiaire 39.
Boucle à verrouillage de phase 7 La boucle à verrouillage de phase 7 (ou PLL pour « Phase-locked Loop ») génère un signal d'oscillateur à une fréquence FOL. Ce signal d'oscillateur est injecté dans la chaine de traitement 3 au niveau du mélangeur 33 de manière à opérer la transposition à une fréquence intermédiaire et l'échantillonnage numérique des signaux. La boucle à verrouillage de phase 7 est ajustable en fréquence. Elle est adaptée pour générer alternativement un premier signal d'oscillateur local OL1 à une première 10 fréquence d'oscillateur local et un second signal d'oscillateur local OL2 à une seconde fréquence d'oscillateur local. La boucle à verrouillage de phase 7 est commandée par un système de synchronisation 9. 15 Etaqe radiofréquence 38 L'entrée de l'étage 38 est connectée à l'entrée radiofréquence 2. L'étage 38 comporte un ou plusieurs amplificateurs radiofréquence 32 adaptés pour amplifier les signaux GNSS reçus par l'entrée radiofréquence 2 et un ou plusieurs filtres d'antenne 31 adaptés pour ne laisser passer que les fréquences de 20 réception. Le filtre d'antenne 31, placé avant l'amplificateur radiofréquence 32, élimine les fréquences indésirables de façon à éviter que des signaux parasites de forte amplitude ne saturent l'amplificateur radiofréquence 31. Les caractéristiques de ce filtre 31 sont choisies afin d'éliminer toute fréquence parasite. 25 L'amplificateur 32 assure ensuite une première amplification. Il est conçu de façon à obtenir le meilleur rapport signal sur bruit possible. Il est important qu'il introduise le moins de bruit interne pour obtenir une meilleure réception. Les éléments constituant l'étage 38 sont adaptés pour filtrer et amplifier les signaux GNSS dans l'ensemble des bandes de fréquences de réception. 30 A titre d'exemple, dans le cas où le récepteur GNSS 1 est adapté pour recevoir les signaux GPS L1 et GLONASS G1, l'étage 38 est adapté pour traiter les signaux dans la bande de fréquences GPS L1 autour de 1575 MHz et dans la bande de fréquences GLONASS G1 autour de 1602 MHz. La bande passante de l'étage 38 comprend les bandes de fréquences de réception de l'ensemble des signaux reçus. Comme illustré sur la figure 4, dans le cas où le récepteur est adapté pour recevoir des signaux GNSS dans une première et une seconde bande de fréquences de réception, la bande passante de l'étage 38 comprend la première et la seconde bande de fréquences de réception. Dans le cas de signaux proches en fréquence, par exemple GPS L1 (1575 MHz) 10 et GLONASS G1 (1602 MHz) (comme illustré en figure 4), la bande passante de l'étage 38 est relativement étroite et le récepteur GNSS est donc peu sensible aux interférences externes. En revanche, dans le cas de signaux plus éloignés entre eux, par exemple GPS 15 L1 (1575 MHz) et GPS L2 (1227 MHz) (comme illustré en figure 5), la bande passante de l'étage 38 est large et le récepteur GNSS est donc sensible aux interférences externes comprises entre les deux fréquences utiles. L'étage 38 peut alors comporter un filtre réjecteur 381 (comme illustré en figure 20 7). Le filtre réjecteur 381 est typiquement placé entre le filtre d'antenne 31 et l'amplificateur 32. En référence à la figure 6, ce filtre réjecteur 381 est adapté pour couper les fréquences comprises entre la première bande de fréquences et la seconde bande de fréquences. 25 Mélangeur 33 Le mélangeur 33 est connecté entre la sortie de l'étage 38 et l'entrée de l'étage 39. Le mélangeur 33 est adapté pour combiner le signal GNSS reçu au signal d'oscillateur local généré par la PLL 7. Ces deux ondes entrent en battement à une fréquence intermédiaire FI. Le mélangeur 33 produit alors un signal, modulé en amplitude, à la fréquence FReception FOL. Le mélangeur 33 produit en fait des signaux à la fréquence FReception - FOL, mais aussi à la fréquence de réception FReception et aux fréquences FReception Fet FL0 tion OL et d'autres fréquences indésirables, qui sont des produits d'intermodulation d'ordres supérieurs. Les signaux aux fréquences indésirables notamment FReception et FReception FOL sont éliminés par un filtre 35 de l'étage à fréquence intermédiaire 39. Le mélangeur 33 et la PLL réalisent donc ensemble un changement de fréquence, c'est-à-dire une modification de la fréquence centrale du signal modulé, sans changer l'allure du spectre. La nouvelle fréquence centrale FReception FOL s'appelle fréquence intermédiaire FI. La première fréquence d'oscillateur local est choisie de manière à ce que lorsque la PLL 7 génère le premier signal d'oscillateur local OL1 à la première fréquence d'oscillateur local, les signaux GNSS reçus dans la première bande de fréquences sont transposés à la fréquence intermédiaire. Les signaux GNSS reçus dans la seconde bande de fréquences sont transposés à une fréquence différente de la fréquence intermédiaire et donc éliminés par le filtre 35 de l'étage à fréquence intermédiaire 39. De même, la seconde fréquence d'oscillateur local est choisie de manière à ce que lorsque la PLL 7 génère le second signal d'oscillateur local OL2 à la seconde fréquence d'oscillateur local, les signaux GNSS reçus dans la seconde bande de fréquences sont transposés à la fréquence intermédiaire. Les signaux GNSS reçus dans la première bande de fréquences sont transposés à une fréquence différente de la fréquence intermédiaire et donc éliminés par le filtre 35 de l'étage à fréquence intermédiaire 39. Etaqe à fréquence intermédiaire 39 L'étage 39 comporte également un ou plusieurs amplificateurs de fréquence intermédiaire 34 adaptés pour amplifier les signaux à la fréquence intermédiaire et un 30 ou plusieurs filtres de fréquence intermédiaire 35 adaptés pour éliminer les fréquences indésirables et notamment FReception et FReception + FOL et ne garder que la fréquence désirée du signal de sortie du mélangeur, à savoir la fréquence intermédiaire FI correspondant à FReception - FoL. Le filtre de fréquence intermédiaire 35 est conçu pour avoir une bande passante étroite qui n'affecte pas la puissance du signal. Les éléments constituant l'étage 39 sont adaptés pour fonctionner sur une bande de fréquences de fonctionnement centrée sur la fréquence intermédiaire unique.
La largeur de cette bande de fréquences de fonctionnement peut aller de quelques MHz à plus de 200 MHz. La largeur de la bande de fréquences de fonctionnement étant inversement proportionnelle à la sélectivité de l'étage 39, elle est choisie de manière à ce que la sélectivité de l'étage 39 soit adaptée à celle des signaux GNSS reçus dans la première et la seconde bande de fréquences. A titre d'exemple, dans le cas d'un récepteur GPS L1 / GLONASS G1, une bande de 20 MHz est considérée comme suffisante. Module de traitement numérique 5 Le module de traitement numérique 5 est adapté pour mesurer les temps de 20 propagation des signaux GNSS reçus. Le module de traitement numérique 5 comporte plusieurs voies de corrélation 51a, 51b, chaque voie de corrélation 51a, 51b étant adaptée pour mesurer le temps de propagation des signaux GNSS dans une des bandes de fréquences du récepteur. 25 Les voies de corrélation 51a, 51b poursuivent et maintiennent un verrouillage de code sur un code PRN (Pseudo Random Noise) contenu dans le signal GNSS en utilisant des mesures de corrélation associées à une réplique du code des satellites généré localement par une horloge interne du récepteur 1. Les données de navigation contenues dans le signal GNSS sont extraites par corrélation avec la 30 réplique du code des satellites.
Le module de traitement numérique 5 comporte notamment une première voie de corrélation 51a comportant N corrélateurs 51a adaptés pour calculer le temps de propagation des signaux GNSS dans la première bande de fréquences de réception, et une seconde voie de corrélation 51a comportant M corrélateurs 51b adaptés pour calculer le temps de propagation des signaux GNSS dans la seconde bande de fréquences de réception. Mode de réalisation sans commutateur Dans le cas où les voies de corrélation 51a, 51b sont adaptées pour corréler des signaux issus de constellations différentes, par exemple GPS et GLONASS, ne fonctionnant pas avec les mêmes codes d'étalement, il n'y a pas de risque d'interférence entre les différents signaux transposés. Il est donc possible de laisser les voies de corrélation 51 connectées en permanence en parallèle en sortie de l'étage 39.
La sortie de l'étage à fréquence intermédiaire 39 est connectée en permanence à la fois aux N corrélateurs 51a et aux M corrélateurs 51b et la PLL 7 est programmée de manière à alterner entre deux phases : - une première phase au cours de laquelle la PLL 7 génère un signal à une première fréquence d'oscillateur local, de manière à ce que les signaux GNSS reçus dans la première bande de fréquences soient transposés à la fréquence intermédiaire et poursuivis par les N corrélateurs 51a ; - une seconde phase au cours de laquelle la PLL génère un signal à une seconde fréquence d'oscillateur local, de manière à ce que les signaux GNSS reçus dans la première bande de fréquences soient transposés à la fréquence intermédiaire et poursuivis par les M corrélateurs 51b. Mode de réalisation avec commutateur 10 Dans un autre mode de réalisation, le récepteur GNSS 1 comporte en outre un commutateur 10 et la sortie de l'étage 39 est connectée à l'ensemble des voies de 30 corrélation 51 par l'intermédiaire de ce commutateur 10. Le commutateur 10 est un commutateur numérique.
Le commutateur 10 est adapté pour connecter alternativement l'étage 39 à l'une ou l'autre des voies de corrélation. Système de synchronisation 9 de la fréquence de la boucle à verrouillage de 5 phase 7 et du commutateur 10 Le système de synchronisation 9 synchronise la commutation de fréquence du signal d'oscillateur local généré par la PLL 7 et celle du commutateur 10, de manière à ce que la sortie de l'étage 39 soit connectée à la voie de corrélation 51a ou 51b adaptée pour traiter les signaux correspondant à la fréquence de l'oscillateur local 10 OL1 ou OL2 généré par la PLL 7. Plus précisément, le système de synchronisation 9 synchronise la PLL 7 et le commutateur 10 de manière à ce que : - au cours de la première phase, la sortie de l'étage à fréquence intermédiaire 15 39 soit connectée aux N corrélateurs 51a adapté pour calculer le temps de propagation des signaux GNSS reçus dans la première bande de fréquences de réception ; et en ce que - au cours de la seconde phase, la sortie de l'étage à fréquence intermédiaire 39 soit connectée aux M corrélateurs 51b adapté pour calculer le temps de 20 propagation des signaux GNSS reçus dans la seconde bande de fréquences de réception. Le récepteur GNSS 1 décrit plus haut est adapté pour traiter des signaux GNSS dans deux bandes de fréquences de réception. Le récepteur GNSS 1 décrit peut bien évidement être adapté pour fonctionner sur plus de deux bandes de fréquences.
25 Dans le cas d'un récepteur GNSS 1 adapté pour fonctionner sur X bandes de fréquences, la PLL 7 est programmée de manière à ce que la PLL 7 génère alternativement un signal d'oscillateur local à X fréquences de manière à transposer alternativement les signaux GNSS reçus dans chaque bande de fréquences à la fréquence intermédiaire, chacune des X voies de corrélation 51 poursuivant les 30 signaux GNSS 1/X du temps.