FR3038391B1 - METHOD AND DEVICE FOR PROCESSING A SPECTRAL SIGNAL - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de traitement d'un signal temporel de radionavigation émanant d'un satellite, comprenant les étapes suivantes : • application (104) d'une transformée de Fourier au signal temporel pour produire un signal spectral comprenant une pluralité d'échantillons associant chacun une amplitude avec une fréquence, • estimation (108) d'une loi de répartition d'amplitude du signal spectral, • pondération (112) de l'amplitude d'un premier échantillon du signal spectral au moyen d'une fonction de pondération dépendant de la loi de répartition estimée, ladite fonction étant adaptée pour réduire une quantité d'interférences dans le premier échantillon, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de: • pondération (112) de l'amplitude d'au moins un deuxième échantillon du signal spectral au moyen d'une fonction de pondération qui dépend de la même loi de répartition estimée, pour réduire une quantité d'interférences dans le deuxième échantillon.The present invention relates to a method for processing a satellite radionavigation time signal, comprising the following steps: • applying (104) a Fourier transform to the time signal to produce a spectral signal comprising a plurality of samples each associating an amplitude with a frequency, • estimating (108) an amplitude distribution law of the spectral signal, • weighting (112) the amplitude of a first sample of the spectral signal by means of a function weighting method dependent on the estimated distribution law, said function being adapted to reduce an amount of interference in the first sample, characterized in that it further comprises a step of: • weighting (112) the amplitude of at least one second sample of the spectral signal by means of a weighting function which depends on the same estimated distribution law, to reduce an amount of interference in the second sample.
Description
DOMAINE DE L'INVENTIONFIELD OF THE INVENTION
La présente invention concerne un procédé de traitement de signaux de radionavigation émanant de satellites, et un dispositif adapté pour mettre en oeuvre un tel procédé.The present invention relates to a method for processing radionavigation signals emanating from satellites, and to a device adapted to implement such a method.
ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART
Dans le domaine des récepteurs GNSS (Global Navigation Satellite System), la tenue aux interférences est un point clé de la performance et de la continuité opérationnelle.In the field of Global Navigation Satellite System (GNSS) receivers, interference resistance is a key point of performance and operational continuity.
Ces récepteurs mettent en œuvre généralement une corrélation entre un signal de mesure et un signal de réplique, et des traitements de signal visant à réduire des interférences dans le signal de mesure avant qu’il soit corrélé avec le signal de réplique.These receivers generally implement a correlation between a measurement signal and a replica signal, and signal processing to reduce interference in the measurement signal before it correlates with the replica signal.
Parmi les différents traitements pré-corrélatifs d’élimination d’interférences, il en existe un particulièrement simple à mettre en œuvre tout en étant très efficace pour atténuer les interférences : l’excision en fréquence. L’excision en fréquence est un traitement appliqué à un signal spectral obtenu par application d’une transformée de Fourier à un signal temporel émanant d’un satellite et acquis par le récepteur.Among the various pre-correlative interference elimination treatments, there is one particularly simple to implement while being very effective in reducing interference: frequency excision. Frequency excision is a process applied to a spectral signal obtained by applying a Fourier transform to a time signal emanating from a satellite and acquired by the receiver.
Le signal spectral est un signal d’amplitude en fonction de fréquences.The spectral signal is an amplitude signal as a function of frequencies.
Ce signal étant discret, il est formé par une pluralité de couples de valeurs d’amplitudes associées à des fréquences prédéfinies. Pour qualifier les valeurs de ces fréquences prédéfinies, on parle généralement de cases de fréquences. L’excision en fréquence consiste à annuler l’amplitude du signal spectral pour certaines cases de fréquences porteuses d’interférences, par exemple des cases de fréquences en lesquelles le signal spectral est d’amplitude supérieure à un seuil d’excision prédéterminé.This signal being discrete, it is formed by a plurality of pairs of amplitude values associated with predefined frequencies. To qualify the values of these predefined frequencies, we usually speak of frequency boxes. Frequency excision consists of canceling the amplitude of the spectral signal for certain interfering frequency boxes, for example frequency boxes in which the spectral signal is of amplitude greater than a predetermined excision threshold.
Cependant, un tel traitement d’excision en fréquence présente l’inconvénient de supprimer le signal utile dans la bande de la ou des interférences. Cela a pour effet de réduire les performances du récepteur (en acquisition et en poursuite) suite à la distorsion de la fonction d’autocorrélation. D’autre part, en présence de brouillage autre que par un bruit large bande gaussien, un récepteur GNSS, du point de vue de la détection, n’est plus considéré comme optimal. Un récepteur est conçu pour détecter des signaux de type CDMA (Code Division Multiple Access) des satellites en présence de bruit thermique qui a les caractéristiques d’un bruit blanc gaussien.However, such frequency excision processing has the disadvantage of suppressing the useful signal in the band of the interference or interferences. This has the effect of reducing the performance of the receiver (acquisition and tracking) following the distortion of the autocorrelation function. On the other hand, in the presence of interference other than Gaussian broadband noise, a GNSS receiver, from the point of view of detection, is no longer considered optimal. A receiver is designed to detect signals of the Code Division Multiple Access (CDMA) type of satellites in the presence of thermal noise that has the characteristics of white Gaussian noise.
Pour remédier à ces problèmes, il a été proposé d’ajuster l’amplitude du signal spectral sans pour autant l’annuler dans des plages fréquentielles du signal où des interférences sont présentes.To remedy these problems, it has been proposed to adjust the amplitude of the spectral signal without canceling it in frequency ranges of the signal where interference is present.
Un tel traitement est connu sous le sigle FADP (pour « Amplitude Domain Processing » dans le domaine Fréquentiel).Such a treatment is known by the acronym FADP (for "Amplitude Domain Processing" in the Frequency Domain).
On a illustré en figure 1 un traitement FADP connu appliqué à un signal spectral comprenant N cases de fréquences d’indices 1 à N.FIG. 1 illustrates a known FADP treatment applied to a spectral signal comprising N frequency boxes of indices 1 to N.
En une case de fréquence d’indice i, le signal spectral comprend une valeur de composante en phase Ii et une valeur de composante en quadrature Qi.In a frequency box of index i, the spectral signal comprises an in-phase component value Ii and a quadrature component value Qi.
Le traitement FADP comprend les étapes suivantes : • une conversion du couple (Ii, Qi) en un couple de coordonnées polaires constitué d’un module et d’une phase ; • l’estimation d’une loi de répartition Fw, • le calcul d’une fonction de pondération Cnz(r), dépendant de la loi de répartition estimée; • une multiplication du module par la fonction de pondération Gw(r), de sorte à produire un module filtré, • la production d’une paire d’amplitudes (lif, Qif) sur la base du résultat de la multiplication, et de la phase.The FADP processing comprises the following steps: a conversion of the pair (Ii, Qi) into a pair of polar coordinates consisting of a module and a phase; • the estimation of a distribution law Fw, • the calculation of a weighting function Cnz (r), depending on the estimated distribution law; • a multiplication of the module by the weighting function Gw (r), so as to produce a filtered module, • the production of a pair of amplitudes (lif, Qif) on the basis of the result of the multiplication, and the phase.
La loi de répartition utilisée pour ajuster l’amplitude du signal en la case fréquence d’indice i est déterminée de la façon suivante. K signaux spectraux ont été reçus avant le signal de référence à traiter. Chaque signal spectral comprend N échantillons, tout comme le signal à traiter.The distribution law used to adjust the amplitude of the signal in the index frequency box i is determined as follows. K spectral signals were received before the reference signal to be processed. Each spectral signal comprises N samples, just like the signal to be processed.
Les K valeurs d’amplitude en la case de fréquence d’indice i des K signaux spectraux précédents sont mémorisées.The K amplitude values in the index frequency box i of the K previous spectral signals are stored.
La loi de répartition pour le signal spectral de référence à appliquer en la fréquence d’indice i est estimée par une analyse restreinte aux K valeurs d’amplitude des K signaux spectraux précédents qui ont été mémorisées, en la même case fréquence d’indice i.The distribution law for the reference spectral signal to be applied at the frequency of index i is estimated by an analysis restricted to the K amplitude values of the K previous spectral signals which have been stored, in the same case. .
Or ce procédé présente l’inconvénient de requérir des ressources numériques importantes du récepteur.However, this method has the disadvantage of requiring significant digital resources of the receiver.
Premièrement, les N traitements FADP mis en œuvre pour les N cases de fréquences du signal de référence requièrent l’estimation de N lois de répartitions différentes, ce qui est particulièrement coûteux en charge de calcul lorsque N est grand.First, the N FADP treatments implemented for the N frequency reference signal boxes require the estimation of N different distribution laws, which is particularly expensive in computing load when N is large.
Deuxièmement, on constate qu’un historique de K signaux précédents est nécessaire pour procéder au calcul du signal de référence à traiter selon ce procédé : KN échantillons préalables doivent en effet être mémorisés pour mettre en oeuvre un ajustement des N échantillons du signal de référence, ce qui nécessite de prévoir une mémoire tampon de taille importante dans le récepteur.Secondly, it is found that a history of K previous signals is necessary to calculate the reference signal to be processed according to this method: KN prior samples must indeed be stored to implement an adjustment of N samples of the reference signal, which requires the provision of a large buffer memory in the receiver.
Par ailleurs, l’utilisation d’un historique de K signaux acquis successivement au cours d’un intervalle de temps passé de durée prolongée est inadaptée pour éliminer efficacement des interférences non stationnaires.Moreover, the use of a history of K signals acquired successively during a time interval of prolonged duration is unsuitable for effectively eliminating nonstationary interference.
EXPOSE DE L'INVENTIONSUMMARY OF THE INVENTION
Un but de l’invention est de réduire des interférences dans un signal dans le domaine fréquentiel moyennant des ressources matérielles en quantité réduite. A cet effet, il est proposé un procédé de traitement d’un signal temporel de radionavigation émanant d’un satellite, comprenant les étapes suivantes : • application d’une transformée de Fourier au signal temporel pour produire un signal spectral comprenant une pluralité d’échantillons associant chacun une amplitude avec une fréquence, • estimation d’une loi de répartition d’amplitude du signal spectral, • pondération de l’amplitude d’un premier échantillon du signal spectral au moyen d’une fonction de pondération dépendant de la loi de répartition estimée, ladite fonction étant adaptée pour réduire une quantité d’interférences dans le premier échantillon, et • pondération de l’amplitude d’au moins un deuxième échantillon du signal spectral au moyen d’une fonction de pondération qui dépend de la même loi de répartition estimée, pour réduire une quantité d’interférences dans le deuxième échantillon.An object of the invention is to reduce interference in a signal in the frequency domain by means of reduced material resources. For this purpose, there is provided a method for processing a satellite radionavigation time signal, comprising the following steps: • applying a Fourier transform to the time signal to produce a spectral signal comprising a plurality of samples each associating an amplitude with a frequency, • estimating an amplitude distribution law of the spectral signal, • weighting the amplitude of a first sample of the spectral signal by means of a law-dependent weighting function estimation function, said function being adapted to reduce an amount of interference in the first sample, and • weighting of the amplitude of at least a second sample of the spectral signal by means of a weighting function which depends on the same estimated distribution law, to reduce a quantity of interference in the second sample.
Dans la mise en oeuvre de ce procédé, une seule et même loi de répartition a besoin d’être estimée pour ajuster l’amplitude de plusieurs échantillons du signal spectral, voire tous les échantillons du signal spectral.In the implementation of this method, a single distribution law needs to be estimated to adjust the amplitude of several samples of the spectral signal, or all the samples of the spectral signal.
La charge de calcul liée à l’établissement des lois de répartition est donc significativement diminuée.The calculation load related to the establishment of distribution laws is therefore significantly reduced.
Les étapes du procédé peuvent être répétées pour plusieurs signaux spectraux. La loi de répartition d’amplitude d’un des signaux spectraux, que l’on appelle par convention signal de référence, peut alors être estimée par une analyse d’échantillons restreinte aux échantillons dudit signal spectral de référence.The process steps can be repeated for several spectral signals. The amplitude distribution law of one of the spectral signals, which is conventionally called a reference signal, can then be estimated by sample analysis restricted to the samples of said reference spectral signal.
Cette analyse diffère fondamentalement des procédés de l’art antérieur mentionnés en introduction par la provenance des échantillons analysés.This analysis differs fundamentally from the processes of the prior art mentioned in the introduction by the source of the samples analyzed.
Les procédés de l’art antérieur calculent en effet non seulement des lois de répartitions différentes pour différents échantillons du signal de référence (et donc différentes fréquences), mais encore construisent chacune de ces lois de répartition au moyen d’un historique de valeurs passées se rapportant à une fréquence donnée. En restreignant l’analyse de valeurs d’amplitudes au seul contenu du signal de référence pour construire une loi de répartition, aucune mémorisation de K signaux spectraux préalable n’est nécessaire, ce qui permet de diminuer considérablement la mémoire requise pour mettre en oeuvre l’ajustement des valeurs d’amplitude du signal de référence par rapport aux procédés décrits en introduction.The methods of the prior art in fact calculate not only different distributions of distributions for different samples of the reference signal (and therefore different frequencies), but also construct each of these distribution laws by means of a history of past values of relating to a given frequency. By restricting the analysis of amplitude values to only the content of the reference signal to construct a distribution law, no prior K spectral signal storage is necessary, which considerably reduces the memory required to implement the signal. adjustment of the amplitude values of the reference signal with respect to the methods described in the introduction.
On pourrait penser de prime abord que le fait de s’abstenir de tout historique des valeurs d’amplitude pour construire la loi de répartition, et le fait d’utiliser cette loi de répartition pour l’ajustement de valeurs d’amplitudes en des fréquences différentes du signal spectral de référence, ne permet pas d’obtenir une loi de répartition efficace pour la réduire d’interférence dans le signal de référence. Or, contre toute attente, il a été constaté que l’ajustement du signal de référence au moyen d’une loi de répartition établie sur la base de l’analyse échantillons restreinte aux valeurs d’amplitudes du seul signal de référence fournit des résultats satisfaisants pour l’ensemble des fréquences de ce signal de référence.One might think at first sight that the fact of refraining from any history of amplitude values to construct the distribution law, and the fact of using this distribution law for the adjustment of amplitude values at frequencies different from the reference spectral signal, does not allow to obtain a distribution law effective to reduce interference in the reference signal. However, against all odds, it has been found that the adjustment of the reference signal by means of a distribution law established on the basis of the sample analysis restricted to the amplitude values of the single reference signal gives satisfactory results. for all the frequencies of this reference signal.
Par ailleurs, restreindre l’analyse de valeurs d’amplitudes au seul contenu du signal de référence pour construire la loi de répartition permet une élimination d’interférences non stationnaires.Furthermore, restricting the analysis of amplitude values to only the content of the reference signal to build the distribution law allows elimination of non-stationary interference.
Le procédé de traitement ainsi proposé peut en outre être complété par les caractéristiques suivantes prises seules ou bien en combinaison lorsque cela est techniquement possible.The treatment method thus proposed may further be completed by the following characteristics taken alone or in combination when technically possible.
Le procédé peut comprendre une mémorisation de la fonction de pondération calculée, l’ajustement de l’amplitude du deuxième échantillon du signal spectral étant mis en œuvre au moyen de la fonction de pondération mémorisée.The method may include storing the calculated weighting function, the adjustment of the amplitude of the second sample of the spectral signal being implemented by means of the stored weighting function.
Le procédé peut comprendre en outre un comptage d’occurrences de valeurs d’amplitudes du signal spectral au cours de l’estimation de la loi de répartition d’amplitude du signal spectral.The method may further include counting occurrences of amplitude values of the spectral signal during estimation of the amplitude distribution law of the spectral signal.
La fonction de pondération peut être de la forme Gw(k) = °ù k est la valeur de l’amplitude à pondérer et fw est la loi de répartition estimée.The weighting function can be of the form Gw (k) = where k is the amplitude value to be weighted and fw is the estimated distribution law.
La transformée de Fourier peut être une transformée complexe de sorte que le signal spectral comprend une composante de signal en phase et une composante de signal en quadrature ; un échantillon du signal spectral a alors pour amplitude un module du signal complexe calculé en coordonnées cartésiennes sur la base des deux composantes.The Fourier transform can be a complex transform so that the spectral signal comprises a phase signal component and a quadrature signal component; a sample of the spectral signal then has for amplitude a module of the complex signal calculated in Cartesian coordinates on the basis of the two components.
Le procédé peut comprendre en outre un fenêtrage sélectionnant un bloc d’échantillons temporels dans le signal temporel, la transformée de Fourier étant appliquée sélectivement au bloc sélectionné. L’étape de pondération étant répétée pour chaque échantillon du signal spectral, de sorte à produire une pluralité d’échantillons pondérés, le procédé peut comprendre en outre l’application d’une transformée de Fourier inverse à la pluralité d’échantillons pondérés, de sorte à produire un signal temporel de radionavigation corrigé.The method may further include windowing selecting a block of time samples in the time signal, the Fourier transform being selectively applied to the selected block. Since the weighting step is repeated for each sample of the spectral signal so as to produce a plurality of weighted samples, the method may further include applying an inverse Fourier transform to the plurality of weighted samples, so as to produce a corrected radio navigation time signal.
Selon un autre aspect de l’invention, il est proposé un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé qui précède, lorsque ce produit programme est exécuté par un ordinateur.According to another aspect of the invention there is provided a computer program product comprising program code instructions for performing the steps of the foregoing method, when this program product is executed by a computer.
Selon un troisième aspect de l’invention, il est en outre proposé un dispositif de traitement comprenant: • une entrée pour recevoir un signal temporel de radionavigation émanant d’un satellite, • un convertisseur configuré pour produire un signal spectral à partir du signal temporel par application d’un transformée de Fourier, le signal spectral comprenant une pluralité d’échantillons associant chacun une amplitude avec une fréquence, • un module d’analyse spectrale configuré pour : o estimer une loi de répartition d’amplitude du signal spectral produit par le convertisseur, o pondérer l’amplitude d’un premier échantillon du signal spectral au moyen d’une fonction de pondération qui dépend de la loi de répartition estimée, ladite fonction étant adaptée pour réduire une quantité d’interférences dans le premier échantillon, o pondérer l’amplitude d’au moins un deuxième échantillon du signal spectral reçu au moyen d’une fonction de pondération qui dépend de la même loi de i répartition, pour réduire une quantité d’interférences dans le deuxième échantillon.According to a third aspect of the invention, there is further provided a processing device comprising: • an input for receiving a radio navigation time signal from a satellite, • a converter configured to produce a spectral signal from the time signal by applying a Fourier transform, the spectral signal comprising a plurality of samples each associating an amplitude with a frequency, a spectral analysis module configured to: estimate an amplitude distribution law of the spectral signal produced by the converter, o weighting the amplitude of a first sample of the spectral signal by means of a weighting function which depends on the estimated distribution law, said function being adapted to reduce a quantity of interference in the first sample, o weighting the amplitude of at least one second sample of the received spectral signal by means of a function weighting which depends on the same distribution law, to reduce a quantity of interference in the second sample.
Le dispositif de traitement peut comprendre en outre un convertisseur inverse configuré pour produire un signal temporel corrigé par application d’une transformée de Fourier inverse aux échantillons dont l’amplitude a été pondérée par le module d’analyse spectrale, et un corrélateur configuré pour corréler le signal temporel corrigé avec au moins un signal de réplique prédéterminé.The processing device may further include an inverse converter configured to produce a corrected time signal by applying an inverse Fourier transform to samples whose amplitude has been weighted by the spectral analysis module, and a correlator configured to correlate. the time signal corrected with at least one predetermined replica signal.
Enfin, il est également proposé un récepteur de signaux de radionavigation émanant de satellites, comprenant un dispositif selon le troisième aspect de l’invention, configuré pour traiter les signaux reçus par le récepteur.Finally, there is also provided a satellite radionavigation signal receiver, comprising a device according to the third aspect of the invention, configured to process the signals received by the receiver.
DESCRIPTION DES FIGURES 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 : • La figure 1, déjà discutée, est un diagramme d’étapes d’un procédé de traitement dans le domaine fréquentiel connu de l’état de la technique ; • La figure 2 représente schématiquement un récepteur de signaux de radionavigation selon un mode de réalisation de l’invention ; • La figure 3 est un diagramme d’étapes d’un procédé de traitement d’un signal de radionavigation émanant de satellites, selon un mode de réalisation de l’invention ; • La figure 4 illustre deux signaux spectraux, l’un traité par un procédé d’excision en en fréquence connu de l’état de la technique, et l’autre traité via un procédé de traitement selon un mode de réalisation de l’invention.DESCRIPTION OF THE FIGURES Other characteristics, objects and advantages of the invention will emerge from the description which follows, which is purely illustrative and nonlimiting, and which should be read with reference to the appended drawings in which: FIG. 1, already discussed is a step diagram of a frequency domain processing method known from the state of the art; FIG. 2 schematically represents a receiver of radionavigation signals according to one embodiment of the invention; FIG. 3 is a diagram of steps of a method of processing a radionavigation signal emanating from satellites, according to one embodiment of the invention; FIG. 4 illustrates two spectral signals, one processed by a frequency excision method known from the state of the art, and the other treated via a treatment method according to one embodiment of the invention. .
Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.In all the figures, similar elements bear identical references.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
En référence à la figure 2, un récepteur R de signaux de radionavigation comprend un capteur de signaux C et un dispositif de traitement de signaux 1.With reference to FIG. 2, a receiver R of radionavigation signals comprises a signal sensor C and a signal processing device 1.
Le capteur C est typiquement adapté pour acquérir des signaux de radionavigation temporels émis par un satellite S, par exemple de type GPS, GLONASS ou GNSS.The sensor C is typically adapted to acquire temporal radionavigation signals emitted by a satellite S, for example of the GPS, GLONASS or GNSS type.
Le capteur C est un capteur numérique, c’est-à-dire qu’il comprend des moyens de conversion analogique-numérique permettant de fournir un signal de radionavigation sous forme numérique au dispositif de traitement 1.The sensor C is a digital sensor, that is to say it comprises analog-digital conversion means for providing a digital navigation signal in digital form to the processing device 1.
Le dispositif de traitement 1 comprend une entrée 2, une mémoire tampon 4, un premier convertisseur 6, un module d’analyse spectrale 8 et un deuxième convertisseur 10.The processing device 1 comprises an input 2, a buffer memory 4, a first converter 6, a spectral analysis module 8 and a second converter 10.
La mémoire tampon 2 est adaptée pour mémoriser de façon temporaire des données numériques reçues via l’entrée 2 ou produites par le module 8, le convertisseur 6 et/ou le convertisseur 10.The buffer memory 2 is adapted to temporarily store digital data received via the input 2 or produced by the module 8, the converter 6 and / or the converter 10.
La mémoire tampon 4 est une mémoire vive, par exemple de type RAM.The buffer memory 4 is a random access memory, for example of the RAM type.
Le convertisseur 6 est configuré pour convertir un signal temporel reçu par l’entrée 2 dans le domaine spectral par application d’une transformée de Fourier, et pour fournir le signal spectral ainsi converti au module d’analyse spectrale 8.The converter 6 is configured to convert a time signal received by the input 2 into the spectral domain by applying a Fourier transform, and to supply the spectral signal thus converted to the spectral analysis module 8.
Le module d’analyse spectrale 8 est configuré pour traiter le signal spectral produit par le convertisseur 6.The spectral analysis module 8 is configured to process the spectral signal produced by the converter 6.
Le module d’analyse 8 est prévu pour fournir des données traitées au convertisseur 10.The analysis module 8 is provided to supply processed data to the converter 10.
Le convertisseur 10 est configuré pour convertir un signal spectral en un signal temporel par application d’une transformée de Fourier inverse.The converter 10 is configured to convert a spectral signal into a time signal by applying an inverse Fourier transform.
Le convertisseur 6 et/ou le convertisseur 10 et/ou le module 8 peuvent comprendre un ou plusieurs processeurs.The converter 6 and / or the converter 10 and / or the module 8 can comprise one or more processors.
Le dispositif de traitement 1 comprend en outre une mémoire 12 et un corrélateur 14.The processing device 1 further comprises a memory 12 and a correlator 14.
La mémoire 12 mémorise au moins un signal de réplique.The memory 12 stores at least one replica signal.
La mémoire 12 est par exemple une mémoire morte d’un des types suivants : disque dur, flash, EEPROM, etc.The memory 12 is for example a read-only memory of one of the following types: hard disk, flash, EEPROM, etc.
Le corrélateur 14 est agencé en sortie du convertisseur 10.The correlator 14 is arranged at the output of the converter 10.
Le corrélateur 14 est configuré pour corréler un signal produit par le convertisseur inverse 10 avec un signal de réplique mémorisé par la mémoire 12.The correlator 14 is configured to correlate a signal produced by the inverse converter 10 with a replica signal stored by the memory 12.
Le fonctionnement du récepteur R va maintenant être décrit.The operation of the receiver R will now be described.
Le capteur C acquiert un signal temporel émis par le satellite S. Le signal acquis est numérisé par le capteur C et fourni au dispositif de traitement 1 via son entrée 2.The sensor C acquires a time signal emitted by the satellite S. The acquired signal is digitized by the sensor C and supplied to the processing device 1 via its input 2.
Le signal temporel numérique transporte plusieurs informations : • un signal utile émis par le satellite S, • un bruit thermique dans lequel le signal utile est noyé, • des interférences indésirables, que l’on souhaite éliminer.The digital time signal carries several information: • a useful signal emitted by the satellite S, • a thermal noise in which the useful signal is embedded, • unwanted interference, which it is desired to eliminate.
En référence à la figure 3, le dispositif de traitement 1 met en œuvre divers traitements sur le signal temporel acquis par le capteur C, dans le but d'atténuer les interférences présentes dans ce signal.Referring to Figure 3, the processing device 1 implements various processing on the time signal acquired by the sensor C, in order to mitigate the interference present in this signal.
Le signal numérique reçu via l’entrée 2 est mémorisé dans la mémoire tampon 4.The digital signal received via the input 2 is stored in the buffer memory 4.
Dans une étape 104, le convertisseur 6 applique une transformée de Fourier (TFD) au signal mémorisé.In a step 104, the converter 6 applies a Fourier transform (TFD) to the stored signal.
La transformée de Fourier est par exemple une FFT (« Fast Fourier Transform »).The Fourier transform is for example a FFT (Fast Fourier Transform).
La transformation 104 est de préférence mise en œuvre sur un bloc d’échantillons du signal mémorisé dans la mémoire tampon 4 de taille prédéterminée, le bloc étant préalablement sélectionné par un fenêtrage 102.The transformation 104 is preferably implemented on a block of samples of the signal stored in the buffer 4 of predetermined size, the block being previously selected by a windowing 102.
Le fenêtrage 102 a pour effet de limiter l’étalement spectral du signal spectral produit par la transformation de Fourier 104.The windowing 102 has the effect of limiting the spectral spread of the spectral signal produced by the Fourier transform 104.
Le fenêtrage 102 est par exemple du type Blackman-Harris.The windowing 102 is for example of the Blackman-Harris type.
Le signal obtenu par l'application de la transformée de Fourier 104 est un signal spectral comprenant N échantillons d’indices 1 à N. N est par exemple un multiple de 2. On a de préférence 256 < N < 1024.The signal obtained by the application of the Fourier transform 104 is a spectral signal comprising N samples of indices 1 to N. N is for example a multiple of 2. It is preferably 256 <N <1024.
Chaque échantillon du signal spectral est associé à une case de fréquence correspondante. Chaque case de fréquence est représentative d’une sous-bande de fréquences spécifique du signal spectral.Each sample of the spectral signal is associated with a corresponding frequency box. Each frequency box is representative of a specific frequency sub-band of the spectral signal.
Lorsque la transformée de Fourier appliquée est une transformée complexe, le signal spectral comprend deux composantes de signal : une composante en phase I et une composante en quadrature Q.When the applied Fourier transform is a complex transform, the spectral signal comprises two signal components: a phase I component and a quadrature Q component.
Chaque échantillon d’indice t comprend alors deux valeurs d'amplitude : une valeur d'amplitude en phase Ii, et une valeur d'amplitude en quadrature Qi.Each sample of index t then comprises two amplitude values: a phase amplitude value Ii, and a quadrature amplitude value Qi.
Dans une étape 106, le module d’analyse 8 calcule pour chaque échantillon du signal spectral un module correspondant.In a step 106, the analysis module 8 calculates for each sample of the spectral signal a corresponding module.
Le module η de l’échantillon d’indice i est exprimé en coordonnée cartésiennes, c'est-à-dire qu'il est égal à ou dépend de y/f + Q,.The modulus η of the sample of index i is expressed in Cartesian coordinates, that is to say that it is equal to or depends on y / f + Q ,.
On constate que, contrairement au procédé FADP connu décrit en introduction, il n'est pas opéré de conversion en coordonnées polaires ce qui réduit substantiellement la complexité des calculs mis en œuvre. L'étape 106 produit donc N modules {r1;... rN}.It is noted that, unlike the known FADP method described in the introduction, it is not converted to polar coordinates which substantially reduces the complexity of the calculations implemented. Step 106 therefore produces N modules {r1; ... rN}.
Dans une étape 108, le module d’analyse 8 estime une loi de répartition d'amplitude du signal spectral.In a step 108, the analysis module 8 estimates an amplitude distribution law of the spectral signal.
La loi de répartition fw d'amplitude est déterminée par une analyse d’échantillons dans le domaine spectral.The amplitude distribution law fw is determined by sample analysis in the spectral domain.
Toutefois, de façon non conventionnelle, cette analyse est restreinte au seul signal spectral produit par l’étape 104 de transformation de Fourier.However, unconventionally, this analysis is restricted to the only spectral signal produced by the Fourier transform step 104.
La loi de répartition /west obtenue par recensement ou comptage des différentes valeurs de module du signal spectral, en les différentes cases de fréquences d'indices 1 à N.The law of distribution / west obtained by counting or counting the different module values of the spectral signal, in the different frequency boxes of indices 1 to N.
La loi de répartition peut être représentée par une courbe prenant en abscisse toutes les valeurs de la dynamique de codage du signal spectral et en ordonnée le nombre d’occurrences des valeurs de module sont représentées dans l'ensemble {γ4 ... rN}.The distribution law can be represented by a curve taking on the abscissa all the values of the coding dynamics of the spectral signal and on the ordinate the number of occurrences of the module values are represented in the set {γ4 ... rN}.
La loi de répartition ainsi estimée est mémorisée dans la mémoire tampon 4.The distribution law thus estimated is stored in the buffer memory 4.
Dans une étape 112 de pondération, le module d’analyse 8 pondère le signal spectral initialement produit par l’étape 104, au moyen d’une fonction de pondération Gw, de sorte à produire un signal spectral filtré.In a weighting step 112, the analysis module 8 weighs the spectral signal initially produced by step 104, by means of a weighting function Gw, so as to produce a filtered spectral signal.
Le module d’analyse 8 utilise au cours de l’étape 112 une fonction de pondération Gw qui dépend de la loi de répartition préalablement estimée au cours de l’étape 108.The analysis module 8 uses, during the step 112, a weighting function Gw which depends on the distribution law previously estimated during the step 108.
La fonction de pondération Gw est une fonction qui attribue un poids de pondération à chacune des valeurs de la dynamique de codage du signal spectral.The weighting function Gw is a function that assigns a weighting weight to each of the values of the coding dynamics of the spectral signal.
La fonction de pondération est par exemple de la forme :The weighting function is for example of the form:
Avec k représentant la dynamique de codage du signal spectral : 0 < k < 2M -1, où M est le nombre de bits du signal spectral.With k representing the coding dynamics of the spectral signal: 0 <k <2M -1, where M is the number of bits of the spectral signal.
La fonction de pondération est calculée de sorte à désaccentuer l’amplitude des échantillons du signal spectral dans lesquels la détection du signal utile est peu probable (ou pouvant conduire à augmenter le taux de fausse alarme). Par ce traitement, le rapport signal à bruit global est alors augmenté.The weighting function is calculated so as to de-emphasize the amplitude of the samples of the spectral signal in which the detection of the useful signal is unlikely (or may lead to increase the false alarm rate). By this treatment, the overall signal-to-noise ratio is then increased.
Le signal spectral filtré comprend une composante en phase filtrée If, et une composante en quadrature filtrée Qf.The filtered spectral signal comprises a filtered phase component If, and a filtered quadrature component Qf.
La composante en phase filtrée If comprend N valeurs d’amplitude Ikf à INf. La valeur d’amplitude I^f est le produit de la valeur d’amplitude ή par la valeur de la fonction de pondération Gw à l’amplitudeThe filtered phase component If comprises N amplitude values Ikf to INf. The amplitude value I ^ f is the product of the amplitude value ή by the value of the weighting function Gw at the amplitude
La composante en phase filtrée Qf comprend N valeurs d’amplitude Qkf à QNf. La valeur d’amplitude Qrf est le produit de la valeur d’amplitude par la valeur de la fonction de pondération Gw à l’amplitude (J.The filtered phase component Qf comprises N amplitude values Qkf to QNf. The amplitude value Qrf is the product of the amplitude value by the value of the weighting function Gw at the amplitude (J.
Chaque couple de valeurs (Jif.Qif) forme un échantillon complexe en la case de fréquence d’indice i du signal spectral filtré.Each pair of values (Jif.Qif) forms a complex sample in the index frequency box i of the filtered spectral signal.
On constate ici que la loi de répartition ainsi que la fonction de pondération ont été calculées une seule fois pour pondérer l’ensemble des N composantes I et Q produit par l’étape 104, cet ensemble couvrant toutes les cases de fréquence du signal spectral. L’estimation de la loi de répartition Fw à partir du module r de tous les échantillons complexes d’un seul signal spectral permet de déterminer la statistique du bruit (bruit thermique + interférence) en présence d’interférences non stationnaires.It can be seen here that the distribution law as well as the weighting function have been calculated once only to weight the set of N components I and Q produced by step 104, this set covering all the frequency boxes of the spectral signal. The estimation of the distribution law Fw from the module r of all the complex samples of a single spectral signal makes it possible to determine the noise statistic (thermal noise + interference) in the presence of non-stationary interference.
Dans une étape 114, le convertisseur 10 applique une transforme de Fourier inverse à au signal spectral filtré, de sorte à obtenir un signal temporel de radionavigation corrigé dans lequel des interférences ont été réduites voire annulées.In a step 114, the converter 10 applies an inverse Fourier transform to the filtered spectral signal, so as to obtain a corrected radio navigation time signal in which interference has been reduced or canceled.
Le signal temporel corrigé ne contient donc plus que le signal utile et le bruit thermique.The corrected time signal thus contains only the useful signal and the thermal noise.
Le signal temporel corrigé est ensuite corrélé par le corrélateur 14 avec un signal de réplique mémorisé par la mémoire 8, de sorte à produire un signal de radionavigation de sortie.The corrected time signal is then correlated by the correlator 14 with a replica signal stored by the memory 8, so as to produce an output radionavigation signal.
Le signal de navigation de sortie peut être utilisé comme donnée d’entrée à d’autres traitements, par exemple un traitement d’hybridation avec des mesures inertielles mesurées par des capteurs inertiels.The output navigation signal can be used as an input to other processes, for example hybridization processing with inertial measurements measured by inertial sensors.
Les étapes mises en œuvre par le module d’analyse 8 sont répétées pour différents signaux spectraux fournis par le convertisseur 6.The steps implemented by the analysis module 8 are repeated for different spectral signals provided by the converter 6.
En particulier, le traitement de chacun de ces signaux comprend l’estimation d'une loi de répartition propre à ce signal et le calcul d’une fonction de pondération également propre à ce signal.In particular, the processing of each of these signals comprises estimating a distribution law specific to this signal and calculating a weighting function also specific to this signal.
Ces différents signaux peuvent être des signaux successivement acquis par le capteur C.These different signals may be signals successively acquired by the sensor C.
Il peut également être prévu de prévoir dans le module d’analyse 8 plusieurs processeurs fonctionnant en parallèle, chaque processeur traitant un bloc spécifique d’un signal temporel mémorisé dans la mémoire tampon d’entrée 2. Chaque signal est traité indépendamment des autres.It can also be provided to provide in the analysis module 8 several processors operating in parallel, each processor processing a specific block of a time signal stored in the input buffer 2. Each signal is processed independently of others.
Le procédé de traitement décrit précédemment peut être codé sous la forme d’un programme dont les instructions de code sont exécutées par les différents composants du dispositif de traitement de signal 1.The previously described method of processing may be encoded as a program whose code instructions are executed by the different components of the signal processing device 1.
On a illustré en figure 4 un exemple de pondération 112 d’un signal spectral au moyen de la fonction de pondération Gw conformément à la présente invention (courbe de droite), et, à titre comparatif, un ajustement par excision en fréquence (courbe de gauche). L’excision en fréquence annule le signal complexe des cases fréquence dont la valeur du module est supérieure à un seuil d’excision. Les cases fréquence dont la valeur du module est inférieure au seuil d’excision ne sont pas modifiées. Dans l’exemple de signal représenté sur la courbe de gauche de la figure 4, le traitement d’excision en fréquence a pour conséquence l’annulation de 5 cases fréquence transportant non seulement des interférences mais également une partie du signal utile émis par le satellite S.FIG. 4 illustrates an example of weighting 112 of a spectral signal by means of the weighting function G w according to the present invention (right curve), and, by way of comparison, an adjustment by frequency excision (curve of FIG. left). The frequency excision cancels the complex signal of the frequency boxes whose value of the module is greater than an excision threshold. The frequency boxes whose module value is less than the excision threshold are not modified. In the signal example shown in the left curve of FIG. 4, the frequency excision processing results in the cancellation of 5 frequency boxes carrying not only interference but also a portion of the useful signal transmitted by the satellite. S.
Contrairement à l’excision en fréquence, l’adoucissement de l’excision en fréquence mis en œuvre au cours de l’étape 112, au moyen de la fonction de pondération Gw, autorise que le module du signal spectral soit simplement diminué à une valeur non nulle en certaines cases de fréquence où la détection du signal utile est probable (2 cases de fréquences sur la courbe de droite de la figure 4).In contrast to the frequency excision, the softness of the frequency excision implemented during step 112, by means of the weighting function Gw, allows the module of the spectral signal to be simply decreased to a value non-zero in certain frequency boxes where the detection of the useful signal is probable (2 frequency boxes on the right-hand curve of FIG. 4).
Par rapport à l’excision en fréquence, la solution proposée améliore de 5 dB le ratio J/S de la poursuite des satellites (ratio puissance du brouilleur / puissance signal utile). Cette amélioration permet donc d’atteindre un gain de performance moyen de 35 dB de la tenue en J/S de la poursuite des satellites par rapport à un récepteur GNSS ne disposant pas de traitements pré-corrélatifs.Compared with frequency excision, the proposed solution improves the satellite tracking ratio J / S by 5 dB (power ratio of the interferer / useful signal power). This improvement therefore makes it possible to achieve an average performance gain of 35 dB in the J / S tracking capability of satellites compared to a GNSS receiver that does not have pre-correlative processing.
Lors de la mise en oeuvre du procédé précédemment décrit, on a calculé une loi de répartition de modules Fw (en vue de leur pondération subséquente par une loi non linéaire Gw déduite de Fw) à partir d’un bloc de N échantillons fréquentiels obtenus en appliquant une transformée de Fourier discrète directe (TFDD) sur un bloc d’échantillons temporels associé (d’indice n), plutôt que de calculer N lois de répartition (c’est-à-dire une pour chacune des N variables aléatoires fréquentielles composant un bloc fréquentiel) à partir des T derniers blocs de N échantillons fréquentiels successivement obtenus en appliquant une TFDD sur les blocs d’échantillons temporels associés se succédant dans le temps (d’indices n-T+1, n-T+2,..., n-1, n).During the implementation of the method described above, a distribution law of modules Fw (with a view to their subsequent weighting by a nonlinear law Gw deduced from Fw) was calculated from a block of N frequency samples obtained in applying a direct discrete Fourier transform (TFDD) on an associated time-stamp block (of index n), rather than calculating N distribution rules (ie one for each of the N component frequency random variables a frequency block) from the last T blocks of N frequency samples successively obtained by applying a TFDD on time-successive blocks of associated temporal samples (indices n-T + 1, n-T + 2,. .., n-1, n).
Le procédé tire ses avantages du postulat suivant : la moyenne temporelle d’une variable aléatoire fréquentielle donnée (sur les T dernières réalisations) est égale, qualitativement parlant, à la moyenne d’ensemble des variables aléatoires fréquentielles sur la réalisation courante. L’opération réalisée par ce procédé s’apparente à une « égalisation » peu coûteuse car conduite dans le domaine fréquentiel.The method derives its advantages from the following postulate: the temporal average of a given random frequency variable (over the last T realizations) is equal, qualitatively speaking, to the overall average of the frequency random variables on the current realization. The operation performed by this method is similar to an inexpensive "equalization" because it is conducted in the frequency domain.
Par ailleurs, la notion de seuil d’excision disparaît, et les complexités de calcul rencontrées dans l’art antérieur sont réduites.Moreover, the concept of excision threshold disappears, and the computational complexities encountered in the prior art are reduced.
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