FR3106216A1 - Method of providing a time and / or positioning service, regenerator device, corresponding receiver device and time server. - Google Patents

Method of providing a time and / or positioning service, regenerator device, corresponding receiver device and time server. Download PDF

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Abstract

Il est proposé un procédé de fourniture d’un service de temps et/ou de positionnement. Au moins un dispositif régénérateur (1) effectue les actions suivantes : calcul d’un temps synchronisé sur le temps GNSS, en fonction des signaux GNSS reçus ; génération d’un signal de position et de temps (signal SPT) véhiculant des informations de temps, relatives au temps synchronisé sur le temps GNSS, et des informations de position, relatives à une position du dispositif régénérateur ; et transmission du signal SPT. Au moins un dispositif récepteur (2) effectue les actions suivantes : réception et traitement d’au moins un signal SPT (transmis par un dispositif régénérateur) pour en extraire des informations de temps, relatives à un premier temps synchronisé sur le temps GNSS, et des informations de position, relatives à une position du dispositif régénérateur ; et calcul d’un deuxième temps synchronisé sur le temps GNSS, en fonction des informations extraites. Figure d’abrégé : figure 1A method of providing a time and / or positioning service is provided. At least one regenerator device (1) performs the following actions: calculating a time synchronized with GNSS time, as a function of the GNSS signals received; generation of a position and time signal (SPT signal) conveying time information, relating to time synchronized with GNSS time, and position information, relating to a position of the regenerator device; and transmitting the SPT signal. At least one receiver device (2) performs the following actions: reception and processing of at least one SPT signal (transmitted by a regenerator device) in order to extract therefrom time information, relating to a first time synchronized with GNSS time, and position information relating to a position of the regenerator device; and calculating a second time synchronized with the GNSS time, based on the information extracted. Abstract figure: Figure 1

Description

Procédé de fourniture d’un service de temps et/ou de positionnement, dispositif régénérateur, dispositif récepteur et serveur de temps correspondants.Method for providing a time and/or positioning service, corresponding regenerating device, receiving device and time server.

1. DOMAINE TECHNIQUE1. TECHNICAL AREA

Le domaine de l’invention est celui des systèmes de temps et/ou de positionnement, c'est-à-dire des systèmes configurés pour fournir un service de temps et/ou de positionnement à des récepteurs.The field of the invention is that of time and/or positioning systems, that is to say systems configured to provide a time and/or positioning service to receivers.

Plus précisément, l’invention concerne un procédé de fourniture d’un service de temps et/ou de positionnement, ainsi qu’un dispositif régénérateur, un dispositif récepteur et un serveur de temps correspondants.More specifically, the invention relates to a method for providing a time and/or positioning service, as well as a corresponding regenerator device, receiver device and time server.

L’invention a de nombreuses applications, telles que notamment, mais non exclusivement, assurer des fonctions de synchronisation dans des serveurs de temps.The invention has numerous applications, such as in particular, but not exclusively, providing synchronization functions in time servers.

2. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE2. TECHNOLOGICAL BACKGROUND

En France, une première solution connue pour fournir un service de temps s’appuie sur le «signal horaire». Selon l’Agence nationale des fréquences (ANFR), qui gère l’ensemble des fréquences radioélectriques en France, le signal horaire est un signal de référence élaboré à partir d’horloges atomiques. Depuis 1977, il est transmis sur la fréquence 162 kHz, qui servait jusqu’à la fin de l’année 2016 à diffuser le programme de France Inter sur les grandes ondes. Ce signal est inaudible mais, lorsqu’il est capté par un appareil récepteur approprié, il fournit l’heure légale française. Certaines entreprises assurant une mission de service public ont recours à ce signal, ainsi que des collectivités locales. Souvent appelé « signal horaire France Inter », ce service est largement utilisé dans des secteurs clés de l’industrie française pour synchroniser plus de 200 000 horloges. Ce service fournit une référence de temps d’une précision très élevée et d’une grande fiabilité. Il a l’avantage de pouvoir être mieux reçu dans des espaces intérieurs que d’autres bases de temps, comme celles du GPS (voir discussion ci-dessous) ou des réseaux de téléphonie mobile.In France, a first known solution to provide a time service is based on the “time signal”. According to the National Frequency Agency (ANFR), which manages all radio frequencies in France, the time signal is a reference signal produced from atomic clocks. Since 1977, it has been transmitted on the 162 kHz frequency, which was used until the end of 2016 to broadcast the France Inter program on the long waves. This signal is inaudible but, when picked up by an appropriate receiving device, it provides French legal time. Some companies carrying out a public service mission use this signal, as well as local authorities. Often referred to as the “France Inter time signal”, this service is widely used in key sectors of French industry to synchronize more than 200,000 clocks. This service provides a time reference of very high precision and reliability. It has the advantage that it can be better received in indoor spaces than other time bases, such as those of GPS (see discussion below) or mobile phone networks.

Un inconvénient de la première solution connue est que la pérennité de la diffusion de l’heure par le « signal horaire France Inter » n’est pas garantie. Un autre inconvénient est que la précision, bien qu’elle soit très élevée et d’une grande fiabilité, est inadaptée aux évolutions technologiques qui demandent une précision sans cesse plus grande.A drawback of the first known solution is that the continuity of the time broadcast by the “France Inter time signal” is not guaranteed. Another disadvantage is that the precision, although very high and highly reliable, is unsuited to technological developments which require ever greater precision.

Une deuxième solution connue pour fournir un service de temps et de positionnement est basée sur un ou plusieurs systèmes de positionnement par satellites, également désignés sous le sigle GNSS (pour «Géolocalisation et Navigation par un Système de Satellites»). Un système GNSS est un ensemble de composants reposant sur une constellation de satellites artificiels (appelés ci-après satellites GNSS) tournant en orbite autour de la Terre et émettant en permanence des signaux (appelés ci-après signaux GNSS) vers celle-ci. Les satellites GNSS possèdent des horloges atomiques extrêmement précises et synchronisées entre elles, permettant de définir ainsi une horloge universelle dénommée «temps GNSS». Tous les signaux GNSS sont émis à un même instant connu. Chaque satellite GNSS inclut dans son signal des informations donnant son identité (numéro de satellite) ainsi que les paramètres de son orbite (nécessaires au récepteur pour que ce dernier puisse estimer précisément et en temps réel la position du satellite GNSS dans le référentiel géocentrique RG). Les signaux GNSS sont reçus et décodés par un récepteur (appelé ci-après récepteur GNSS) que porte l'utilisateur. Ce récepteur GNSS fournit à l’utilisateur une solution dite «PVT» :A second known solution for providing a time and positioning service is based on one or more satellite positioning systems, also referred to by the acronym GNSS (for “Geolocation and Navigation by a Satellite System”). A GNSS system is a set of components based on a constellation of artificial satellites (hereinafter called GNSS satellites) rotating in orbit around the Earth and continuously transmitting signals (hereinafter called GNSS signals) towards it. GNSS satellites have extremely precise and synchronized atomic clocks, thus making it possible to define a universal clock called “GNSS time”. All GNSS signals are transmitted at the same known instant. Each GNSS satellite includes in its signal information giving its identity (satellite number) as well as the parameters of its orbit (necessary for the receiver so that the latter can estimate precisely and in real time the position of the GNSS satellite in the geocentric reference frame RG) . The GNSS signals are received and decoded by a receiver (hereinafter called GNSS receiver) carried by the user. This GNSS receiver provides the user with a so-called “PVT” solution:

  • P (pour «Position») : position de l'antenne du récepteur (trois coordonnées) ;P (for “Position”): position of the receiver antenna (three coordinates);
  • V (pour «Vitesse») : vitesse de l'antenne du récepteur (trois coordonnées) ;V (for "Speed"): receiver antenna speed (three coordinates);
  • T (pour «Temps») : référence de temps du récepteur, synchronisée avec le «temps GNSS» (c'est-à-dire avec les horloges atomiques extrêmement précises des satellites GNSS). La référence de temps du récepteur (aussi appelée par la suite «temps synchronisé sur le temps GNSS») comprend par exemple un signal de synchronisation PPS (pour «Pulse Par Seconde») et des informations de datation.T (for “Time”): receiver time reference, synchronized with “GNSS time” (i.e. with the extremely precise atomic clocks of the GNSS satellites). The receiver's time reference (also called “time synchronized to GNSS time” below) comprises for example a synchronization signal PPS (for “Pulse Per Second”) and dating information.

Il existe actuellement plusieurs systèmes GNSS: GPS (développé par les Etats-Unis), GALILEO (développé par la Union Européenne), GLONASS (développé par la Russie), etc.There are currently several GNSS systems: GPS (developed by the United States), GALILEO (developed by the European Union), GLONASS (developed by Russia), etc.

La deuxième solution connue bénéficie des avantages des systèmes GNSS, notamment une couverture mondiale «terre-air-mer», une précision de temps forte (10 à 20 ns avec des récepteurs GNSS professionnels) et un faible coût des récepteurs. Mais elle en subit également les inconvénients, notamment:The second known solution takes advantage of the advantages of GNSS systems, including global "land-air-sea" coverage, high time accuracy (10 to 20 ns with professional GNSS receivers) and low receiver cost. But it also suffers from its drawbacks, including:

  • un faible niveau de réception (-160 dBm par exemple) rend les récepteurs GNSS sensibles aux conditions de réception (phénomène de masquage) : il n’y a ainsi pas de réception à l’intérieur des bâtiments (« indoor ») ni en milieu couvert (forêt dense par exemple) ou dans des lieux couverts (stationnement souterrain, parking, tunnels, etc.);a low reception level (-160 dBm for example) makes GNSS receivers sensitive to reception conditions (masking phenomenon): there is thus no reception inside buildings (“indoor”) or in covered (dense forest for example) or in covered places (underground parking, car park, tunnels, etc.);
  • des difficultés de réception entre des bâtiments élevés (canyon urbain) avec, de plus, le risque de recevoir des signaux réfléchis sur des obstacles (bâtiments, montagne) donnant alors une mauvaise détermination du trajet, donc une mauvaise localisation et un transfert de temps erroné;reception difficulties between high buildings (urban canyon) with, in addition, the risk of receiving signals reflected on obstacles (buildings, mountains) then giving poor determination of the route, therefore poor localization and incorrect time transfer ;
  • le faible niveau de réception rend également les récepteurs GNSS faciles à occulter (il est possible de les rendre sourds et aveugles en les arrosant avec un signal de brouillage de forte puissance dans la bande de réception) ou, pire, facile à leurrer (en envoyant au récepteur GNSS un signal de leurrage de forte puissance dans la bande de réception, contenant des informations «pseudo-satellitaires» prenant la place de vraies informations satellitaires (provenant d’un satellite GNSS réel) et fournissant des valeurs de référence de localisation et de temps local erronées, conduisant ainsi le récepteur GNSS à déduire sa position et son temps local de manière erronée.the low level of reception also makes GNSS receivers easy to cloak (it is possible to deaf and blind them by spraying them with a high-powered jamming signal in the reception band) or, worse, easy to decoy (by sending to the GNSS receiver a high power decoy signal in the receive band, containing "pseudo-satellite" information taking the place of real satellite information (coming from a real GNSS satellite) and providing location reference values and erroneous local time, thus leading the GNSS receiver to deduce its position and its local time in an erroneous way.

Par exemple, dans les cas où les signaux GNSS ne sont plus accessibles en raison de masquage, brouillage ou leurrage, il n’est plus possible d’exploiter la référence de temps GNSS pour réaliser un service de synchronisation.For example, in cases where the GNSS signals are no longer accessible due to masking, jamming or spoofing, it is no longer possible to exploit the GNSS time reference to perform a synchronization service.

Comme expliqué plus haut, la fragilité des signaux GNSS est en partie liée à leur faible niveau de réception. Ce dernier est induit en particulier par l’éloignement des satellites GNSS qui sont en orbite terrestre moyenne (MEO, pour «Medium Earth Orbit» en anglais)à une altitude comprise entre 19 000 et 23 000 km(19100 km pour le système GLONASS, 20200 km pour le système GPS, 23222 km pour le système GALILEO, etc.).As explained above, the fragility of GNSS signals is partly linked to their low level of reception. The latter is induced in particular by the distance of the GNSS satellites which are in medium earth orbit (MEO, for “Medium Earth Orbit” in English) at an altitude of between 19,000 and 23,000 km (19,100 km for the GLONASS system, 20200 km for the GPS system, 23222 km for the GALILEO system, etc.).

Partant de ce constat, deux fournisseurs de services de télécommunication aux Etats-Unis proposent chacun, depuis quelques mois, un service de temps et de positionnement (aussi appelé service PNT, pour «Positioning, Navigation and Timing» en anglais) en s’appuyant sur leur infrastucture satellitaire en orbite terrestre basse (LEO pour «Low Earth Orbit» en anglais):Based on this observation, two telecommunications service providers in the United States have each been offering, for several months, a time and positioning service (also called PNT service, for "Positioning, Navigation and Timing" in English) based on on their satellite infrastructure in Low Earth Orbit (LEO for “Low Earth Orbit” in English):

  • l’offre «STL» (pour «Satellite Time and Location») a été développée par la société américaine Satelles; elle fournit une solution de temps et de positionnement complètement indépendante du GPS (ou autre système GNSS); cette solution est basée sur la constellation Iridium de 66 satellites en orbite terrestre basse (LEO) et fournit un signal 1000 fois plus fort qu’un signal GNSS, pénétrant profondément dans les bâtiments et capable de contrer un brouillage GNSS sans l'aide d'une infrastructure locale; en cas d’interruption de réception du signal GNSS ou de brouillage, cette solution permet de basculer sur le temps de référence de la constellation Iridium, avec une précision du temps de l’ordre de 200 ns, soit une précision dix fois inférieure à celle du GPS; etthe “STL” offer (for “Satellite Time and Location”) was developed by the American company Satelles; it provides a time and positioning solution completely independent of GPS (or other GNSS system); this solution is based on the Iridium constellation of 66 satellites in low earth orbit (LEO) and provides a signal 1000 times stronger than a GNSS signal, penetrating deep into buildings and capable of countering GNSS jamming without the aid of local infrastructure; in the event of interruption of reception of the GNSS signal or jamming, this solution makes it possible to switch to the reference time of the Iridium constellation, with a time precision of the order of 200 ns, i.e. a precision ten times lower than that GPS; And
  • l’offre «Echo Ridge / Globalstar» a été développée par les sociétés américaines Echo Ridge et Globalstar; elle fournit une solution de temps et de positionnement complètement indépendante du GPS (ou autre système GNSS); elle est basée sur la technologie APS («Augmented Positioning System» en anglais) qui utilise les signaux ordinaires des satellites de communication (et non les signaux GNSS) pour produire des informations de position et de synchronisation précises dans les récepteurs compatibles; aucune nouvelle infrastructure n'est nécessaire car elle repose sur la constellation de 24 satellites en orbite terrestre basse (LEO) de Globalstar et sur le logiciel «Echo Ridge».the “Echo Ridge / Globalstar” offer was developed by the American companies Echo Ridge and Globalstar; it provides a time and positioning solution completely independent of GPS (or other GNSS system); it is based on APS (Augmented Positioning System) technology which uses ordinary signals from communication satellites (and not GNSS signals) to produce precise position and timing information in compatible receivers; no new infrastructure is needed as it is based on Globalstar's constellation of 24 Low Earth Orbit (LEO) satellites and “Echo Ridge” software.

Un inconvénient commun aux deux offresprécitées est que leur précision est bien inférieure à celle d’un système GNSS (GPS ou autre) du fait qu’elles utilisent les signaux ordinaires des satellites de télécommunication(de la constellation Iridium ou de la constellation Globalstar), qui sont complètement indépendants des signaux GNSS.A drawback common to the two aforementioned offers is that their precision is much lower than that of a GNSS system (GPS or other) because they use ordinary signals from telecommunications satellites (Iridium constellation or Globalstar constellation), which are completely independent of GNSS signals.

3. OBJECTIFS3. OBJECTIVES

L’invention, dans au moins un mode de réalisation, a notamment pour objectif de pallier ces différents inconvénients de l’état de la technique.The invention, in at least one embodiment, aims in particular to overcome these various drawbacks of the state of the art.

Plus précisément, dans au moins un mode de réalisation de l’invention, un objectif est de fournir une solution permettant de fournir un service de temps et/ou de positionnement, avec une précision du même ordre de grandeur que les systèmes GNSS actuels (GPS, GALILEO, etc.), même lorsque les signaux GNSS ne sont pas exploitables par les récepteurs GNSS (et ce quelle qu’en soit la raison: masquage, réception à l’intérieur des bâtiments, réception en milieu couvert, réception dans un lieu couvert, réception entre des bâtiments élevés, brouillage, leurrage…).More specifically, in at least one embodiment of the invention, an objective is to provide a solution making it possible to provide a time and/or positioning service, with an accuracy of the same order of magnitude as current GNSS systems (GPS , GALILEO, etc.), even when the GNSS signals cannot be used by the GNSS receivers (for whatever reason: masking, reception inside buildings, reception in a covered environment, reception in a place covered, reception between high buildings, jamming, decoy…).

Un autre objectif d’au moins un mode de réalisation de l’invention est de fournir une telle solution, de manière complémentaire ou alternative aux systèmes GNSS actuels.Another objective of at least one embodiment of the invention is to provide such a solution, in a complementary or alternative manner to current GNSS systems.

Un autre objectif d’au moins un mode de réalisation de l’invention est de fournir une telle solution qui permette d’assurer des fonctions de synchronisation dans des serveurs de temps ou tout autre équipement (appareil) devant bénéficier d’un service de fourniture de temps et/ou de positionnement.Another objective of at least one embodiment of the invention is to provide such a solution which makes it possible to provide synchronization functions in time servers or any other equipment (device) which must benefit from a provision service of time and/or positioning.

Un autre objectif d’au moins un mode de réalisation de l’invention est de fournir une telle solution permettant de fournir un service de temps et/ou de positionnement, qui soit robuste, fiable et de couverture mondiale.Another objective of at least one embodiment of the invention is to provide such a solution making it possible to provide a time and/or positioning service which is robust, reliable and has global coverage.

Un autre objectif d’au moins un mode de réalisation de l’invention est de fournir une telle solution qui s’appuie sur un segment spatial constitué d’une constellation comprenant un nombre peu élevé de satellites, réduisant ainsi le coût de l’infrastructure.Another objective of at least one embodiment of the invention is to provide such a solution which is based on a space segment consisting of a constellation comprising a small number of satellites, thus reducing the cost of the infrastructure .

Un autre objectif d’au moins un mode de réalisation de l’invention est de fournir une telle solution qui s’appuie sur un segment spatial constitué d’une constellation de satellites construite progressivement.Another objective of at least one embodiment of the invention is to provide such a solution which relies on a space segment consisting of a constellation of satellites built progressively.

Un autre objectif d’au moins un mode de réalisation de l’invention est de fournir une telle solution qui s’appuie sur un segment spatial constitué d’une constellation de satellites pouvant ne pas être dédiés à cette solution, réduisant ainsi le coût du déploiement du segment spatial.Another objective of at least one embodiment of the invention is to provide such a solution which is based on a space segment consisting of a constellation of satellites which may not be dedicated to this solution, thus reducing the cost of the space segment deployment.

Un autre objectif d’au moins un mode de réalisation de l’invention est de fournir une telle solution qui s’appuie sur des récepteurs simples à réaliser, peu coûteux et ne nécessitant pas d’infrastructure complémentaire au sol.Another objective of at least one embodiment of the invention is to provide such a solution which is based on receivers that are simple to produce, inexpensive and do not require additional infrastructure on the ground.

4. RÉSUMÉ4. SUMMARY

Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, il est proposé un dispositif régénérateur appartenant à un système de temps et/ou de positionnement; le dispositif régénérateur est embarqué sur un support se trouvant plus proche de la terre que les satellites GNSS et il comprend:In a particular embodiment of the invention, there is proposed a regenerative device belonging to a time and/or positioning system; the regenerative device is on board a support located closer to the earth than the GNSS satellites and it comprises:

  • un module de réception, de type récepteur GNSS et configuré pour recevoir des signaux GNSS provenant de satellites GNSS d’au moins une constellation GNSS et calculer un temps synchronisé sur le temps GNSS, en fonction des signaux GNSS reçus;a reception module, of the GNSS receiver type and configured to receive GNSS signals originating from GNSS satellites of at least one GNSS constellation and to calculate a time synchronized with the GNSS time, as a function of the GNSS signals received;
  • des moyens de génération d’un signal de position et de temps (SPT) différent desdits signaux GNSS et véhiculant des informations de temps, relatives audit temps synchronisé sur le temps GNSS, et des informations de position, relatives à une position du dispositif régénérateur; etmeans for generating a position and time signal (SPT) different from said GNSS signals and conveying time information, relating to said time synchronized to GNSS time, and position information, relating to a position of the regenerator device; And
  • des moyens de transmission du signal de position et de temps (SPT).means for transmitting the position and time signal (SPT).

La solution proposée repose sur une approche tout à fait nouvelle et inventive consistant à associer deux composantes:The proposed solution is based on a completely new and inventive approach consisting of combining two components:

  • au moins un dispositif régénérateur tel que précité, c'est-à-direembarqué sur un support se trouvant plus proche de la terre que les satellites GNSS, et configuré pour générer et transmettre des signaux d’un nouveau type, appelés «signaux de position et de temps (SPT)», contenant des informations de temps (relatives à un (premier) temps synchronisé sur le temps GNSS et calculées à partir de signaux GNSS reçus) et des informations de position (relatives à la position du dispositif régénérateur et, dans une implémentation particulière, également calculées à partir de signaux GNSS reçus); etat least one regenerative device as mentioned above, that is to say embedded on a support located closer to the earth than the GNSS satellites, and configured to generate and transmit signals of a new type, called "position signals and time (SPT)", containing time information (relating to a (first) time synchronized to GNSS time and calculated from received GNSS signals) and position information (relating to the position of the regenerative device and, in a particular implementation, also calculated from received GNSS signals); And
  • au moins un dispositif récepteur tel que détaillé plus bas, c'est-à-dire configuré pour recevoir les signaux du nouveau type précité (SPT) et en extraire les informations de temps et de position précitées pour calculer un (deuxième) temps synchronisé sur le temps GNSS et, dans une implémentation particulière, calculer également une position du dispositif récepteur.at least one receiver device as detailed below, that is to say configured to receive the signals of the aforementioned new type (SPT) and extract therefrom the aforementioned time and position information to calculate a (second) time synchronized on GNSS time and, in a particular implementation, also calculate a position of the receiver device.

Dans une implémentation particulière, il y a une pluralité de dispositifs régénérateurs et une pluralité de dispositifs récepteurs.In a particular implementation, there are a plurality of regenerative devices and a plurality of sink devices.

Un avantage de la solution proposée est de fournir un service de temps et/ou de positionnement, avec une précision du même ordre de grandeur que les systèmes GNSS actuels, même lorsque les signaux GNSS ne sont pas exploitables par les récepteurs GNSS (et ce quelle qu’en soit la raison: voir liste non exhaustive plus haut), du fait que:An advantage of the proposed solution is to provide a time and/or positioning service, with an accuracy of the same order of magnitude as the current GNSS systems, even when the GNSS signals cannot be used by the GNSS receivers (and what whatever the reason: see non-exhaustive list above), because:

  • les signaux de position et de temps (SPT) ne sont pas complètement indépendants des signaux GNSS, mais au contraire basés sur ceux-ci (les signaux de position et de temps (SPT) contiennent des informations de temps calculées à partir de signaux GNSS reçus et, dans une implémentation particulière, des informations de position du dispositif régénérateur également calculées à partir de signaux GNSS reçus). Ainsi, le dispositif récepteur peut calculer un (deuxième) temps synchronisé sur le temps GNSS ; etposition and time (SPT) signals are not completely independent of GNSS signals, but rather based on them (position and time (SPT) signals contain time information calculated from received GNSS signals and, in a particular implementation, position information of the regenerator device also calculated from received GNSS signals). Thus, the receiver device can calculate a (second) time synchronized with the GNSS time; And
  • les signaux de position et de temps (SPT) sont reçus par le dispositif récepteur avec une puissance plus élevée que les signaux GNSS puisque le dispositif régénérateur est embarqué sur un support se trouvant plus proche de la terre (et donc du dispositif récepteur) que les satellites GNSS. Ainsi, le service de temps et/ou de positionnement qui est fourni est robuste et fiable.the position and time signals (SPT) are received by the receiver device with a higher power than the GNSS signals since the regenerator device is embedded on a support located closer to the ground (and therefore to the receiver device) than the GNSS satellites. Thus, the time and/or positioning service that is provided is robust and reliable.

Un autre avantage de la solution proposée est de fournir un service de temps et/ou de positionnement pouvant être complémentaire ou alternatif du service de même nature fourni par les systèmes GNSS actuels.Another advantage of the proposed solution is to provide a time and/or positioning service that can be complementary or alternative to the service of the same nature provided by current GNSS systems.

Selon une caractéristique particulière, le module de réception de type récepteur GNSS est configuré pour calculer également la position du dispositif régénérateur, en fonction des signaux GNSS reçus.According to a particular characteristic, the reception module of the GNSS receiver type is configured to also calculate the position of the regenerator device, according to the GNSS signals received.

Ainsi, on tire pleinement profit des signaux GNSS reçus par le dispositif régénérateur pour calculer la position de ce dernier.Thus, full advantage is taken of the GNSS signals received by the regenerator device to calculate the position of the latter.

Selon une caractéristique particulière, ledit temps synchronisé sur le temps GNSS comprend un signal de synchronisation PPS et/ou des informations de datation.According to one particular characteristic, said time synchronized with GNSS time comprises a PPS synchronization signal and/or dating information.

Selon une caractéristique particulière, les moyens de transmission sont configurés pour transmettre ledit signal de position et de temps (SPT) sur au moins deux fréquence distinctes.According to a particular characteristic, the transmission means are configured to transmit said position and time signal (SPT) on at least two distinct frequencies.

Ceci permet, grâce à la diversité de fréquences, des corrections de temps liées par exemple à la propagation des ondes dans l’atmosphère (ionosphère, troposphère…).This allows, thanks to the diversity of frequencies, time corrections linked for example to the propagation of waves in the atmosphere (ionosphere, troposphere, etc.).

Selon une caractéristique particulière, les moyens de transmission sont configurés pour transmettre ledit signal de position et de temps (SPT) de manière synchrone par rapport au temps GNSS et sur une seconde entière du temps GNSS.According to one particular characteristic, the transmission means are configured to transmit said position and time signal (SPT) synchronously with respect to GNSS time and over an entire second of GNSS time.

De cette façon, la solution proposée bénéficie de la précision du ou des systèmes GNSS sur le(s)quel(s) elle s’appuie (c'est-à-dire dont le dispositif régénérateur utilise les signaux GNSS).In this way, the proposed solution benefits from the precision of the GNSS system(s) on which it is based (i.e. whose regenerative device uses the GNSS signals).

Selon une caractéristique particulière, ledit support est fixe ou mobile, sur terre, dans l’atmosphère ou dans l’espace.According to a particular characteristic, said support is fixed or mobile, on earth, in the atmosphere or in space.

De cette façon, de nombreuses implémentations peuvent être envisagées pour fournir des signaux de position et de temps (SPT) à un maximum de dispositifs récepteurs.In this way, many implementations can be envisaged to provide position and time signals (SPT) to a maximum of receiver devices.

Selon une caractéristique particulière, ledit support est un satellite positionné sur une première orbite terrestre possédant une altitude inférieure à celle d’une deuxième orbite terrestre sur laquelle sont positionnés lesdits satellites GNSS.According to a particular characteristic, said support is a satellite positioned in a first terrestrial orbit having an altitude lower than that of a second terrestrial orbit on which said GNSS satellites are positioned.

Ainsi, on optimise la couverture terrestre du signal de position et de temps (SPT) transmis par le dispositif régénérateur. Si le système de temps et/ou de positionnement comprend un nombre suffisant de satellites embarquant chacun un dispositif régénérateur, on peut obtenir une couverture mondiale pour fournir des signaux de position et de temps (SPT) à des dispositifs récepteurs sur terre. En outre, les différents dispositifs régénérateurs fonctionnent de manière indépendante entre eux, par conséquent le segment spatial (c'est-à-dire la constellation de satellites embarquant les dispositifs régénérateurs) peut être construit progressivement et de manière opportuniste en fonction des satellites lancés. La constellation de satellites embarquant les dispositifs régénérateurs peut même ne pas être dédiée (chaque dispositif régénérateur est dans ce cas une charge utile secondaire, considérée comme un «passager secondaire» par rapport à une charge utile principale du satellite), réduisant ainsi le coût du déploiement du segment spatial. Une solution intermédiaire peut également être envisagée, avec un ou plusieurs satellites dédiés (c'est-à-dire dont la charge utile principale est un dispositif régénérateur) et un ou plusieurs satellites non dédiés (c'est-à-dire dont la (ou une des) charge(s) utile(s) secondaire(s) est un dispositif régénérateur).Thus, the terrestrial coverage of the position and time signal (SPT) transmitted by the regenerator device is optimized. If the time and/or positioning system comprises a sufficient number of satellites each carrying a regenerative device, worldwide coverage can be obtained to provide position and time signals (SPT) to receiving devices on earth. In addition, the various regenerator devices operate independently of each other, consequently the space segment (that is to say the constellation of satellites carrying the regenerator devices) can be built gradually and opportunistically depending on the satellites launched. The constellation of satellites carrying the regenerative devices may not even be dedicated (each regenerative device is in this case a secondary payload, considered as a “secondary passenger” compared to a main payload of the satellite), thus reducing the cost of the space segment deployment. An intermediate solution can also be envisaged, with one or more dedicated satellites (that is to say whose main payload is a regenerative device) and one or more non-dedicated satellites (that is to say whose ( or one of the secondary payload(s) is a regenerative device).

Selon une caractéristique particulière, la première orbite terrestre est une orbite terrestre basse (LEO) ou une orbite terrestre moyenne (MEO).According to a particular characteristic, the first earth orbit is a low earth orbit (LEO) or a medium earth orbit (MEO).

De cette façon, on optimise encore la couverture terrestre du signal de position et de temps (SPT) transmis par le dispositif régénérateur.In this way, the terrestrial coverage of the position and time signal (SPT) transmitted by the regenerator device is further optimized.

Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est proposé un dispositif récepteur appartenant à un système de temps et/ou de positionnement, caractérisé en ce qu’il comprendun premier module de réception («récepteur SPT») comprenant lui-même :In another embodiment of the invention, there is proposed a receiver device belonging to a time and/or positioning system, characterized in that it comprises a first reception module (“SPT receiver”) itself comprising :

  • des moyens de réception, configurés pour recevoir au moins un signal de position et de temps (SPT) transmis par un dispositif régénérateur et véhiculant des informations de temps, relatives à un premier temps synchronisé sur le temps GNSS, et des informations de position, relatives à une position du dispositif régénérateur;reception means, configured to receive at least one position and time signal (SPT) transmitted by a regenerating device and conveying time information, relating to a first time synchronized on the GNSS time, and position information, relating at a position of the regenerative device;
  • des moyens de traitement, configurés pour extraire les informations de temps et de position véhiculées par ledit au moins un signal de position et de temps (SPT) ; etprocessing means, configured to extract the time and position information conveyed by said at least one position and time signal (SPT); And
  • des moyens de calcul, configurés pour calculer un deuxième temps synchronisé sur le temps GNSS, en fonction des informations de temps et de position extraites dudit au moins un signal de position et de temps (SPT).calculating means, configured to calculate a second time synchronized with the GNSS time, as a function of the time and position information extracted from said at least one position and time signal (SPT).

Comme expliqué plus haut, le dispositif récepteur est, avec le dispositif régénérateur, une des deux composantes associées dans l’approche nouvelle et inventive sur laquelle repose la solution proposée. La solution proposée s’appuie donc sur un récepteur simple à réaliser et peu coûteux. En outre, les signaux de position et de temps (SPT) étant reçus par le dispositif récepteur avec une puissance plus élevée que les signaux GNSS, il n’est pas nécessaire d’ajouter au sol une infrastructure complémentaire (notamment, pas d’infrastructure onéreuse dans les bâtiments pour pallier habituellement le fait que les signaux GNSS ne sont pas exploitables en réception «indoor» à l’intérieur de ces bâtiments).As explained above, the receiver device is, with the regenerative device, one of the two associated components in the new and inventive approach on which the proposed solution is based. The proposed solution is therefore based on a receiver that is simple to produce and inexpensive. In addition, the position and time signals (SPT) being received by the receiver device with a higher power than the GNSS signals, it is not necessary to add additional infrastructure on the ground (in particular, no infrastructure expensive in buildings to usually compensate for the fact that GNSS signals cannot be used in "indoor" reception inside these buildings).

Selon une caractéristique particulière, les moyens de réception sont configurés pour recevoir au moins quatre signaux de position et de temps (SPT) transmis chacun par un dispositif régénérateur différent. Les moyens de traitement sont configurés pour extraire des informations de temps et de position véhiculées par chacun desdits au moins quatre signaux de position et de temps (SPT). Les moyens de calcul sont configurés pour calculer ledit deuxième temps et une position du dispositif récepteur, en fonction des informations de temps et de position extraites desdits au moins quatre signaux de position et de temps (SPT).According to a particular characteristic, the reception means are configured to receive at least four position and time signals (SPT) each transmitted by a different regenerating device. The processing means are configured to extract time and position information conveyed by each of said at least four position and time signals (SPT). The calculating means are configured to calculate said second time and a position of the receiver device, according to the time and position information extracted from said at least four position and time signals (SPT).

Ainsi, le dispositif récepteur fournit à la fois le deuxième temps (synchronisé sur le temps GNSS) et la position du dispositif récepteur, même lorsque les signaux GNSS ne sont pas exploitables par les récepteurs GNSS (et ce quelle qu’en soit la raison: voir liste non exhaustive plus haut).Thus, the receiver device provides both the second time (synchronized to the GNSS time) and the position of the receiver device, even when the GNSS signals cannot be used by the GNSS receivers (for whatever reason: see non-exhaustive list above).

Selon une caractéristique particulière, le deuxième temps calculé comprend un signal de synchronisation PPS (PPS_SPT) et/ou des informations de datation.According to a particular characteristic, the second calculated time comprises a synchronization signal PPS (PPS_SPT) and/or dating information.

Selon une caractéristique particulière, le dispositif récepteur comprend:According to a particular characteristic, the receiver device comprises:

  • un oscillateur local délivrant un signal d’horlogeau premier module de réception («récepteur SPT») ; eta local oscillator delivering a clock signal to the first receiving module (“SPT receiver”); And
  • des moyens d’asservissement de l’oscillateur localsur au moins une référence de fréquence appartenant au groupe comprenant :
    • une première référence de fréquence, qui est le signal de synchronisation PPS (PPS_SPT) compris dans le deuxième temps calculé; et
    • une deuxième référence de fréquence, qui est un autre signal de synchronisation PPS externe audit dispositif récepteur.
    means for slaving the local oscillator to at least one frequency reference belonging to the group comprising:
    • a first frequency reference, which is the PPS synchronization signal (PPS_SPT) included in the second calculated time; And
    • a second frequency reference, which is another PPS synchronization signal external to said receiver device.

De cette façon, dans le cas où chaque support embarquant un dispositif régénérateur est mobile (satellite en orbite LEO par exemple), l’asservissement permet à l’oscillateur local de délivrer un signal d’horloge présentant la stabilité de temps requise dans le premier module de réception («récepteur SPT») entre deux temps de survol d’un support embarquant un dispositif régénérateur. Le nombre de supports (satellites en orbite LEO par exemple) et de dispositifs régénérateurs embarqués sur ceux-ci peut ainsi être fortement réduit et le coût de l’infrastructure est donc minimisé. Par exemple, avec vingt satellites en orbite LEO et embarquant chacun un dispositif régénérateur, il est possible de fournir un service de temps (synchronisation) avec l’hypothèse d’une position connue du dispositif récepteur et l’asservissement de l’horloge disposant de bonnes propriétés de stabilité. La fourniture de la position nécessite plus de vingt satellites car il faut au moins quatre satellites en visibilité. Un service de positionnement mondial est possible avec une constellation plus importante, par exemple d’au moins cent satellites LEO (le chiffre exact reste à déterminer).In this way, in the case where each support carrying a regenerative device is mobile (satellite in LEO orbit for example), the servo-control allows the local oscillator to deliver a clock signal having the time stability required in the first reception module (“SPT receiver”) between two overflight times of a support carrying a regenerative device. The number of supports (satellites in LEO orbit for example) and regenerative devices on board them can thus be greatly reduced and the cost of the infrastructure is therefore minimized. For example, with twenty satellites in LEO orbit and each carrying a regenerative device, it is possible to provide a time service (synchronization) with the assumption of a known position of the receiver device and the servo clock having good stability properties. The provision of the position requires more than twenty satellites because it requires at least four satellites in visibility. A global positioning service is possible with a larger constellation, for example of at least one hundred LEO satellites (the exact number is yet to be determined).

Selon une caractéristique particulière, le dispositif récepteur comprend:According to a particular characteristic, the receiver device comprises:

  • un deuxième module de réception, de type récepteur GNSS et configuré pour recevoir des signaux GNSS provenant de satellites GNSS d’au moins une constellation GNSS et calculer un troisième temps synchronisé sur le temps GNSS et une position du dispositif récepteur, en fonction des signaux GNSS reçus; eta second reception module, of the GNSS receiver type and configured to receive GNSS signals originating from GNSS satellites of at least one GNSS constellation and to calculate a third time synchronized with the GNSS time and a position of the receiver device, as a function of the GNSS signals receipts; And
  • des moyens de décision d’au moins une première information de sortie du dispositif récepteur, configurés pour effectuer une sélection entre au moins une information de sortie du premier module de réception («récepteur SPT») et au moins une information de sortie du deuxième module de réception de type récepteur GNSS, en fonction d’au moins un critère de sélection.means for deciding at least one first output cue from the receiver device, configured to make a selection between at least one output cue from the first reception module (“SPT receiver”) and at least one output cue from the second module reception of the GNSS receiver type, as a function of at least one selection criterion.

De cette façon, le service de temps et/ou de positionnement de la solution proposée est complémentaire du service de même nature fourni par les systèmes GNSS actuels.In this way, the time and/or positioning service of the proposed solution is complementary to the service of the same nature provided by current GNSS systems.

Selon une caractéristique particulière, le critère de sélection est fonction d’une comparaison entre au moins une première information d’intégrité fournie par le premier module de réception («récepteur SPT») et au moins une deuxième information d’intégrité fournie par le deuxième module de réception de type récepteur GNSS.According to one particular characteristic, the selection criterion is a function of a comparison between at least one first integrity cue provided by the first reception module ("SPT receiver") and at least one second integrity cue provided by the second GNSS receiver type receiving module.

De cette façon, la sélection est simple à mettre en œuvre.In this way, the selection is simple to implement.

Selon une caractéristique particulière, ladite au moins une première information de sortie du dispositif récepteur appartient au groupe comprenant:According to one particular characteristic, said at least one first output cue from the receiver device belongs to the group comprising:

  • un signal de synchronisation PPS;a PPS synchronization signal;
  • au moins une information de datation;at least one dating information;
  • au moins une information de position; etat least one position information; And
  • un signal d’horloge asservi sur le temps GNSS.a clock signal slaved to GNSS time.

Selon une caractéristique particulière, les moyens de décision sont également configurés pour générer au moins une deuxième information de sortie appartenant au groupe comprenant:According to a particular characteristic, the decision means are also configured to generate at least one second output cue belonging to the group comprising:

  • au moins une information d’état du dispositif récepteur; etat least one status information of the receiver device; And
  • au moins une information indiquant une qualité de ladite au moins une première information de sortie.at least one piece of information indicating a quality of said at least one first output piece of information.

Selon une caractéristique particulière, lesdits moyens d’asservissement sont configurés pour asservir ledit oscillateur localsur au moins une référence de fréquence appartenant au groupe comprenant :According to a particular characteristic, said slaving means are configured to slave said local oscillator to at least one frequency reference belonging to the group comprising:

  • ladite première référence de fréquence, qui est le signal de synchronisation PPS (PPS_SPT) compris dans le deuxième temps calculé;said first frequency reference, which is the PPS synchronization signal (PPS_SPT) comprised in the second calculated time;
  • ladite deuxième référence de fréquence, qui est un autre signal de synchronisation PPS (PPS_EXT) externe audit dispositif récepteur; etsaid second frequency reference, which is another PPS synchronization signal (PPS_EXT) external to said receiver device; And
  • une troisième référence de fréquence, qui est un signal de synchronisation PPS (PPS_GNSS) compris dans le troisième temps calculé.a third frequency reference, which is a PPS synchronization signal (PPS_GNSS) included in the third calculated time.

De cette façon, le troisième temps calculé (très précis puisque synchronisé sur le temps GNSS et calculé par le deuxième module de réception de type récepteur GNSS) peut lui aussi servir à asservir l’oscillateur local.In this way, the third calculated time (very precise since synchronized on the GNSS time and calculated by the second reception module of the GNSS receiver type) can also be used to control the local oscillator.

Selon une caractéristique particulière, le dispositif récepteur comprend des moyens d’interface configurés pour fournir à un premier équipement, externe audit dispositif récepteur, un service de temps et/ou de positionnement.According to a particular characteristic, the receiver device comprises interface means configured to provide a first equipment item, external to said receiver device, with a time and/or positioning service.

Ainsi, tout premier équipement (notamment mais non exclusivement un serveur de temps) configuré pour coopérer avec le dispositif récepteur peut bénéficier du service de temps et/ou de positionnement.Thus, any first piece of equipment (in particular but not exclusively a time server) configured to cooperate with the receiver device can benefit from the time and/or positioning service.

Selon une caractéristique particulière, le dispositif récepteur est intégré dans un deuxième équipement pour fournir audit deuxième équipement un service de temps et/ou de positionnement.According to one particular characteristic, the receiver device is integrated into a second piece of equipment to supply said second piece of equipment with a time and/or positioning service.

Ainsi, tout deuxième équipement (notamment mais non exclusivement un serveur de temps) intégrant le dispositif récepteur peut bénéficier du service de temps et/ou de positionnement.Thus, any second piece of equipment (in particular but not exclusively a time server) integrating the receiver device can benefit from the time and/or positioning service.

Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est proposé un serveur de temps qui intègre ou coopère avec un dispositif récepteur, et qui est configuré pour recevoir un service de temps et/ou de positionnement fourni par le dispositif récepteur et distribuer ledit service de temps et/ou de positionnement au sein d’un réseau.In another embodiment of the invention, there is proposed a time server which integrates or cooperates with a receiving device, and which is configured to receive a time and/or positioning service provided by the receiving device and to distribute said time and/or positioning service within a network.

Le serveur de temps proposé bénéficie de tous les avantages (discutés plus haut) du dispositif récepteur qu’il intègre ou avec lequel il coopère.The proposed time server benefits from all the advantages (discussed above) of the receiver device that it integrates or with which it cooperates.

Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est proposé un procédé de fourniture d’un service de temps et/ou de positionnement, dans lequel au moins un dispositif régénérateureffectue les étapes suivantes :In another embodiment of the invention, there is proposed a method for providing a time and/or positioning service, in which at least one regenerative device performs the following steps:

  • réception de signaux GNSS provenant de satellites GNSS d’au moins une constellation GNSS;reception of GNSS signals from GNSS satellites of at least one GNSS constellation;
  • calcul d’un temps synchronisé sur le temps GNSS, en fonction des signaux GNSS reçus;calculation of a time synchronized with the GNSS time, according to the GNSS signals received;
  • génération d’un signal de position et de temps (SPT) véhiculant des informations de temps, relatives audit temps synchronisé sur le temps GNSS, et des informations de position, relatives à une position du dispositif régénérateur; etgeneration of a position and time signal (SPT) conveying time information, relating to said time synchronized to GNSS time, and position information, relating to a position of the regenerative device; And
  • transmission du signal de position et de temps (SPT).transmission of the position and time signal (SPT).

Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est proposé un procédé de fourniture d’un service de temps et/ou de positionnement, dans lequel le au moins un dispositif récepteureffectue les étapes suivantes :In another embodiment of the invention, there is proposed a method for providing a time and/or positioning service, in which the at least one receiver device performs the following steps:

  • réception d’au moins un signal de position et de temps (SPT) transmis par un dispositif régénérateur et véhiculant des informations de temps, relatives à un premier temps synchronisé sur le temps GNSS, et des informations de position, relatives à une position du dispositif régénérateur;reception of at least one position and time signal (SPT) transmitted by a regenerative device and conveying time information, relating to a first time synchronized to the GNSS time, and position information, relating to a position of the device regenerator;
  • traitement dudit au moins un signal de position et de temps (SPT) pour en extraire les informations de temps et de position ; etprocessing said at least one position and time signal (SPT) to extract time and position information therefrom; And
  • calcul d’un deuxième temps synchronisé sur le temps GNSS, en fonction des informations de temps et de position extraites dudit au moins un signal de position et de temps (SPT).calculation of a second time synchronized with the GNSS time, according to the time and position information extracted from said at least one position and time signal (SPT).

5. LISTE DES FIGURES5. LIST OF FIGURES

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple indicatif et non limitatif, et des dessins annexés, dans lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description, given by way of indicative and non-limiting example, and the appended drawings, in which:

illustre un système de temps et de positionnement selon un mode de réalisation particulier de l’invention, comprenant notamment un dispositif régénérateur embarqué sur un satellite LEO et un dispositif récepteur; illustrates a time and positioning system according to a particular embodiment of the invention, comprising in particular a regenerative device on board a LEO satellite and a receiver device;

illustre une première manière de transmettre le signal de position et de temps (signal SPT) généré par le dispositif régénérateur; illustrates a first way of transmitting the position and time signal (SPT signal) generated by the regenerative device;

illustre une deuxième manière de transmettre le signal de position et de temps (signal SPT) généré par le dispositif régénérateur; illustrates a second way of transmitting the position and time signal (SPT signal) generated by the regenerative device;

présente un exemple de schéma-bloc du dispositif régénérateur ; presents an example of a block diagram of the regenerative device;

présente un exemple de schéma-bloc du dispositif récepteur; presents an example of a block diagram of the receiver device;

illustre un exemple d’architecture matérielle du bloc 202 (récepteurSPT) de la figure 4 ; illustrates an example of hardware architecture of block 202 (receiverSPT) of FIG. 4;

présente un exemple de fonctions réalisées par le bloc 202 (récepteur SPT) de la figure 4 ; shows an example of functions performed by block 202 (SPT receiver) of FIG. 4;

illustre un premier exemple d’asservissement d’un oscillateur local au sein du dispositif récepteur, dans le cas où l’oscillateur local est une micro-horloge atomique; illustrates a first example of slaving of a local oscillator within the receiver device, in the case where the local oscillator is an atomic micro-clock;

illustre un deuxième exemple d’asservissement d’un oscillateur local au sein du dispositif récepteur; illustrates a second example of slaving of a local oscillator within the receiver device;

illustre un serveur de temps intégrant un dispositif récepteur; illustrates a time server incorporating a receiver device;

illustre un système de temps et de positionnement selon un autre mode de réalisation particulier de l’invention, comprenant un serveur de temps coopérant avec un dispositif récepteur; illustrates a time and positioning system according to another particular embodiment of the invention, comprising a time server cooperating with a receiver device;

présente un organigramme d’un mode de réalisation particulier du procédé exécuté par le dispositif régénérateur; et presents a flowchart of a particular embodiment of the process performed by the regenerative device; And

présente un organigramme d’un mode de réalisation particulier du procédé exécuté par le dispositif récepteur. presents a flowchart of a particular embodiment of the method executed by the receiver device.

6. DESCRIPTION DÉTAILLÉE6. DETAILED DESCRIPTION

Sur toutes les figures du présent document, les éléments et étapes identiques sont désignés par une même référence numérique.In all the figures of this document, identical elements and steps are designated by the same reference numeral.

6.16.1 Principe généralGeneral principle

On présente maintenant, en relation avec la figure 1 , un système de temps et de positionnement selon un mode de réalisation particulier de l’invention, comprenant notamment:We now present, in relation to FIG. 1 , a time and positioning system according to a particular embodiment of the invention, comprising in particular:

  • au moins un dispositif régénérateur 1 embarqué sur un satellite LEO 6(orbite terrestre basse) et configuré (au moins) poureffectuer les actions suivantes (correspondant aux étapes référencées 110 à 113 sur la figure 11 ) :
    • recevoir (110) des signaux GNSS 4 provenant de satellites GNSS 3 d’au moins une constellation GNSS et calculer (111) d’une part un temps synchronisé sur le temps GNSS et d’autre part la position du dispositif régénérateur, en fonction des signaux GNSS reçus ;
    • générer (112) un signal de position et de temps (SPT) 5 différent des signaux GNSS 4 et véhiculant des informations de temps, relatives à un premier temps synchronisé sur le temps GNSS (comprenant par exemple un signal de synchronisation PPS (appelé par la suite «PPS_GNSS») et/ou des informations de datation), et des informations de position, relatives à une position du dispositif régénérateur; et
    • transmettre (113) le signal de position et de temps (SPT) 5 (dans une implémentation particulière détaillée par la suite, cette transmission est effectuée sur au moins deux fréquences distinctes et de manière synchrone par rapport au temps GNSS et sur une seconde entière du temps GNSS) ; et
    at least one regenerative device 1 on board a LEO 6 satellite (low earth orbit) and configured (at least) to perform the following actions (corresponding to the steps referenced 110 to 113 in FIG. 11 ):
    • receive (110) GNSS 4 signals originating from GNSS 3 satellites of at least one GNSS constellation and calculate (111) on the one hand a time synchronized with the GNSS time and on the other hand the position of the regenerator device, according to the GNSS signals received;
    • generate (112) a position and time signal (SPT) 5 different from the GNSS signals 4 and conveying time information, relating to a first time synchronized on the GNSS time (comprising for example a PPS synchronization signal (called by the following “PPS_GNSS”) and/or dating information), and position information, relating to a position of the regenerative device; And
    • transmit (113) the position and time signal (SPT) 5 (in a particular implementation detailed below, this transmission is carried out on at least two distinct frequencies and synchronously with respect to the GNSS time and over an entire second of the GNSS time); And
  • au moins un dispositif récepteur 2 placé au sol (c'est-à-dire sur la terre 8) et configuré (au moins) poureffectuer les actions suivantes (correspondant aux étapes référencées 121 à 123 sur la figure 12 ) :
    • recevoir (121) un ou plusieurs signaux de position et de temps (SPT) transmis par un ou plusieurs dispositifs régénérateurs (chaque signal de position et de temps (SPT) véhiculant chacun des informations de temps, relatives au premier temps synchronisé sur le temps GNSS, et des informations de position, relatives à la position du dispositif régénérateurqui l’a transmis) ;
    • extraire (122), de chaque signal de position et de temps (SPT), les informations de temps et de position ; et
    • calculer (123) au minimum un deuxième temps synchronisé sur le temps GNSS (comprenant par exemple lui aussi un signal de synchronisation PPS (appelé par la suite «PPS_SPT») et/ou des informations de datation), en fonction des informations de temps et de position extraites. Si le dispositif récepteur 2 est configuré pour recevoir au moins quatre signaux de position et de temps (SPT) transmis par au moins quatre dispositifs régénérateurs différents, il peut également être configuré pour calculer une position du dispositif récepteur en fonction des informations de temps et de position extraites des au moins quatre signaux de position et de temps (SPT).
    at least one receiver device 2 placed on the ground (that is to say on the earth 8) and configured (at least) to perform the following actions (corresponding to the steps referenced 121 to 123 in FIG. 12 ):
    • receive (121) one or more position and time signals (SPT) transmitted by one or more regenerative devices (each position and time signal (SPT) each carrying time information, relating to the first time synchronized to the GNSS time , and position information, relating to the position of the regenerative device which transmitted it);
    • extracting (122), from each position and time signal (SPT), the time and position information; And
    • calculate (123) at least a second time synchronized to the GNSS time (for example also comprising a PPS synchronization signal (hereinafter called “PPS_SPT”) and/or dating information), as a function of the time information and of positions extracted. If the receiver device 2 is configured to receive at least four position and time signals (SPT) transmitted by at least four different regenerative devices, it can also be configured to calculate a position of the receiver device according to the time and position extracted from the at least four position and time (SPT) signals.

Dans l’exemple de la figure 1, le dispositif régénérateur 1 est embarqué en tant que charge secondaire, à côté d’une charge utile principale 8, sur un satellite LEO 6 qui n’est donc pas dédié à la présente solution.In the example of Figure 1, the regenerative device 1 is on board as a secondary load, alongside a main payload 8, on a LEO satellite 6 which is therefore not dedicated to the present solution.

Dans une variante, le système comprend au moins un satellite LEO dédié (c'est-à-dire dont la charge utile principale est le dispositif régénérateur 1).In a variant, the system comprises at least one dedicated LEO satellite (that is to say whose main payload is the regenerator device 1).

Dans une autre variante, au moins un dispositif régénérateur 1 est embarqué sur un satellite positionné sur une première orbite terrestre (par exemple MEO (orbite terrestre moyenne)) possédant une altitude inférieure à celle d’une deuxième orbite terrestre (elle aussi de type MEO) sur laquelle sont positionnés les satellites GNSS.In another variant, at least one regenerative device 1 is on board a satellite positioned in a first earth orbit (for example MEO (medium earth orbit)) having an altitude lower than that of a second earth orbit (also of MEO type ) on which the GNSS satellites are positioned.

Dans une autre variante, au moins un dispositif régénérateur 1 est embarqué sur un support, autre qu’un satellite, et qui est fixe ou mobile, sur terre, dans l’atmosphère ou dans l’espace. Tous types de supports mobiles peuvent être envisagés: aéronefs, ballons, etc.In another variant, at least one regenerative device 1 is on board a support, other than a satellite, and which is fixed or mobile, on earth, in the atmosphere or in space. All types of mobile supports can be considered: aircraft, balloons, etc.

Le dispositif récepteur 2 comprend un premier module de réception, appelé par la suite «récepteur SPT», configuré pour effectuer les actions précitées: réception (121) des signaux de position et de temps (SPT), extraction (122) des informations de temps et de position et calcul (123) d’un deuxième temps synchronisé sur le temps GNSS et d’une position du dispositif récepteur.The receiver device 2 comprises a first reception module, hereinafter called “SPT receiver”, configured to carry out the aforementioned actions: reception (121) of position and time signals (SPT), extraction (122) of time information and position and calculation (123) of a second time synchronized to the GNSS time and of a position of the receiver device.

Dans une implémentation particulière détaillée par la suite, le dispositif récepteur 2 comprend en outre:In a particular implementation detailed below, the receiver device 2 further comprises:

  • un deuxième module de réception, appelé par la suite «récepteur GNSS», configuré pour recevoir directement les signaux GNSS 4 provenant des satellites GNSS 3 et calculer d’une part un troisième temps synchronisé sur le temps GNSS (comprenant par exemple le signal de synchronisationPPS_GNSSet/ou des informations de datation) et d’autre part la position du dispositif récepteur, en fonction des signaux GNSS reçus; eta second reception module, subsequently called “GNSS receiver”, configured to directly receive the GNSS 4 signals coming from the GNSS 3 satellites and calculate on the one hand a third time synchronized to the GNSS time (comprising for example the synchronization signal PPS_GNSSet /or dating information) and on the other hand the position of the receiver device, according to the GNSS signals received; And
  • des moyens de décision fournissant au moins une première information de sortie du dispositif récepteur 2 (par exemple un signal de synchronisation PPS(appelé par la suite «PPS_OUT»), au moins une information de datation, au moins une information de position, un signal d’horloge asservi sur le temps GNSS, etc.). Ces moyens de décision tirent profit de la présence de deux récepteurs différents (à savoir le récepteur SPT et le récepteur GNSS) au sein du dispositif récepteur 2, pour effectuer une sélection entre au moins une information de sortie du récepteur SPT et au moins une information de sortie du récepteur GNSS, en fonction d’au moins un critère de sélection. Le critère de sélection est par exemple fonction d’une comparaison entre au moins une première information d’intégrité fournie par le récepteur SPTet au moins une deuxième information d’intégrité fournie par le récepteur GNSS. Optionnellement, les moyens de décision sont également configurés pour générer au moins une deuxième information de sortie (par exemple au moins une information d’état du dispositif récepteur2, au moins une information indiquant une qualité de la (ou les) première(s) information(s) de sortie.decision means supplying at least one first output item of information from the receiver device 2 (for example a synchronization signal PPS (hereinafter called “PPS_OUT”), at least one item of dating information, at least one item of position information, a signal clock slaved to GNSS time, etc.). These decision means take advantage of the presence of two different receivers (namely the SPT receiver and the GNSS receiver) within the receiver device 2, to make a selection between at least one output item of information from the SPT receiver and at least one item of information output from the GNSS receiver, as a function of at least one selection criterion. The selection criterion is for example a function of a comparison between at least one first integrity cue provided by the SPT receiver and at least one second integrity cue provided by the GNSS receiver. Optionally, the decision means are also configured to generate at least one second output item of information (for example at least one item of information about the state of the receiver device2, at least one item of information indicating a quality of the first information(s) output(s).

Dans une implémentation particulière détaillée par la suite, le dispositif récepteur 2 comprend en outreun oscillateur local ultra-stable, délivrant un signal d’horlogeau récepteur SPT, et des moyens d’asservissement de cet oscillateur localsur au moins une référence de fréquence. L’oscillateur asservi (formant une horloge locale stable) est préférentiellement capable de maintenir une référence de temps pendant au moins 30 minutes avec une précision meilleure que 200 ns. Comme détaillé par la suite, la référence de fréquence est par exemple choisie parmi:In a particular implementation detailed below, the receiver device 2 further comprises an ultra-stable local oscillator, delivering a clock signal to the SPT receiver, and means for slaving this local oscillator to at least one frequency reference. The slaved oscillator (forming a stable local clock) is preferentially able to maintain a time reference for at least 30 minutes with an accuracy better than 200 ns. As detailed below, the frequency reference is for example chosen from:

  • une première référence de fréquence, qui est le signal de synchronisation PPS_SPT (compris dans le deuxième temps calculé par le récepteur SPT); eta first frequency reference, which is the synchronization signal PPS_SPT (included in the second time calculated by the receiver SPT); And
  • une deuxième référence de fréquence, qui est un autre signal de synchronisation PPS (noté par la suite PPS-EXT) externe au dispositif récepteur et disposant de bonnes propriétés de stabilité ; eta second frequency reference, which is another synchronization signal PPS (hereinafter denoted PPS-EXT) external to the receiver device and having good stability properties; And
  • une troisième référence de fréquence, qui est le signal de synchronisation PPS_GNSS (compris dans le troisième temps calculé par le récepteur GNSS).a third frequency reference, which is the PPS_GNSS synchronization signal (included in the third time calculated by the GNSS receiver).

Dans une implémentation particulière, le dispositif récepteur 2 est intégré seul dans un boîtier. Il comprend des moyens d’interface configurés pour fournir à un autre équipement (placé à proximité du dispositif récepteur) un service de temps et/ou de positionnement. Dans une autre implémentation particulière, le dispositif récepteur 2 est intégré à un autre équipement pour lui fournir un service de temps et/ou de positionnement. Dans les deux implémentations précitées, on entend par «autre équipement» tout équipement nécessitant et/ou distribuant un service de temps et/ou de positionnement. Comme détaillé par la suite, il peut notamment, mais non exclusivement, s’agir d’un serveur de temps configuré pour recevoir un service de temps et/ou de positionnement fourni par le dispositif récepteur 2 et distribuer ce service au sein d’un réseau.In a particular implementation, the receiver device 2 is integrated alone in a box. It includes interface means configured to provide another piece of equipment (placed close to the receiver device) with a time and/or positioning service. In another particular implementation, the receiver device 2 is integrated with another piece of equipment to provide it with a time and/or positioning service. In the two aforementioned implementations, “other equipment” means any equipment requiring and/or distributing a time and/or positioning service. As detailed below, it may in particular, but not exclusively, be a time server configured to receive a time and/or positioning service supplied by the receiver device 2 and to distribute this service within a network.

6.26.2 Exemples de cExamples of c onfigurationsconfigurations possiblespossible du systèmeof the system

Dans une première configuration, le système de temps et de positionnement proposé offre un service diffusion du temps GNSS. Le dispositif récepteur 2 voit au moins un satellite LEO 6 embarquant un dispositif régénérateur 1. Dans cette configuration, un prérequis est que le dispositif récepteur 2 connaît sa position: soit parce qu’il s’agit d’un dispositif récepteur fixe dont la position est connue, soit parce que le système comprend des moyens de réaliser une localisation grossière du dispositif récepteur. La localisation grossière est par exemple effectuée en exploitant la mesure de fréquence Doppler. En effet, l’utilisation de satellites LEO dont la vitesse est élevée permet d’exploiter de manière efficace les mesures de fréquence Doppler. Il est ainsi possible de réaliser une estimation de la position à quelques centaines de mètres près sur deux passages. Ce principe reprend le concept de localisation utilisé dans les systèmes ARGOS et COSPAS/SARSAT et le système DORIS (positionnement précis de satellites). Dans le cas d’un récepteur fixe, plusieurs mesures sur un nombre de passages plus élevé permettent d’améliorer la précision de position si nécessaire.In a first configuration, the proposed time and positioning system offers a GNSS time broadcasting service. The receiver device 2 sees at least one LEO satellite 6 carrying a regenerator device 1. In this configuration, a prerequisite is that the receiver device 2 knows its position: either because it is a fixed receiver device whose position is known, or because the system includes means for carrying out a rough localization of the receiver device. The coarse localization is for example carried out by exploiting the Doppler frequency measurement. Indeed, the use of LEO satellites whose speed is high makes it possible to efficiently exploit the Doppler frequency measurements. It is thus possible to estimate the position to within a few hundred meters over two passages. This principle takes up the concept of location used in the ARGOS and COSPAS/SARSAT systems and the DORIS system (precise positioning of satellites). In the case of a fixed receiver, several measurements over a higher number of passes can improve the position accuracy if necessary.

Dans une deuxième configuration, le système de temps et de positionnement proposé permet d’offrir un service de localisation et de temps GNSS pour un dispositif récepteur 2 mobile. Le dispositif récepteur doit être en visibilité d’au moins quatre satellites LEO 6 embarquant chacun un dispositif régénérateur 1, pour déterminer sa position et déterminer le temps avec précision. Le temps sera basé sur le temps GNSS.In a second configuration, the proposed time and positioning system makes it possible to offer a GNSS location and time service for a mobile receiver device 2. The receiver device must be in visibility of at least four LEO 6 satellites, each carrying a regenerative device 1, to determine its position and determine the time with precision. The time will be based on GNSS time.

Selon le type de constellation de satellites LEO (embarquant chacun un dispositif régénérateur 1) et la couverture associée, l’une et/ou l’autre des première et deuxième configurations est (sont) possible(s). Par exemple, une première phase d’implémentation est de mettre à disposition un service de temps sécurisé exploitable par des serveurs de temps fixe (première configuration avec par exemple 20 satellites LEO) puis de fournir un service de temps sécurisé pour des serveurs mobiles et un service de localisation qui pourrait fonctionner en intérieur (indoor) grâce à l’utilisation de signaux en UHF plus pénétrants (comparativement aux signaux GNSS en bande L émis par des satellites MEO à 20000 km). Dans la deuxième configuration, une constellation de l’ordre de 200 satellites LEO, pour des altitudes comprises entre 600 km et 800 km, est par exemple envisageable car il faut un minimum de quatre satellites LEO en visibilité du dispositif récepteur 2 avec une diversité de plans orbitaux.Depending on the type of constellation of LEO satellites (each embedding a regenerative device 1) and the associated coverage, one and/or the other of the first and second configurations is (are) possible. For example, a first phase of implementation is to provide a secure time service usable by fixed time servers (first configuration with for example 20 LEO satellites) then to provide a secure time service for mobile servers and a location service that could operate indoors through the use of more penetrating UHF signals (compared to L-band GNSS signals from MEO satellites at 20,000 km). In the second configuration, a constellation of the order of 200 LEO satellites, for altitudes between 600 km and 800 km, is for example possible because a minimum of four LEO satellites are required in visibility of the receiver device 2 with a diversity of orbital planes.

6.36.3 Exemple de dExample of d étails du dispositif régénérateurregenerative device details

Les f ig ures 2a et 2b illustrent deux manières de transmettre le signal de position et de temps (SPT) généré par le dispositif régénérateur1 embarqué sur un satellite LEO 6. On suppose que le satellite LEO 6 est du type «CUBESAT» et comprend: Figures 2a and 2b illustrate two ways of transmitting the position and time signal ( SPT ) generated by the regenerator device 1 on board a LEO 6 satellite. It is assumed that the LEO 6 satellite is of the "CUBESAT" type and includes:

  • une plateforme 61, 62 permettant au satellite de fonctionner (elle comprend notamment les éléments suivants: structure mécanique, ordinateur de bord (OBC), système de production et de stockage d’énergie (EPS), système de télécommunication (antennes, émetteur, récepteur…), etc.);a platform 61, 62 enabling the satellite to operate (it notably comprises the following elements: mechanical structure, on-board computer (OBC), energy production and storage system (EPS), telecommunications system (antennas, transmitter, receiver …), etc.);
  • une charge utile principale 63 générant et transmettant un signal RF de mission 68sur une fréquence F3 avec une antenne référencée 65 ; eta main payload 63 generating and transmitting a mission RF signal 68 on a frequency F3 with an antenna referenced 65; And
  • le dispositif régénérateur1 qui constitue une charge utile secondaire et qui génère et transmet un signal de position et de temps (SPT) 69a/69b sur deux fréquences avec deux antennes.the regenerative device 1 which constitutes a secondary payload and which generates and transmits a position and time signal (SPT) 69a/69b on two frequencies with two antennas.

Dans le premier exemple illustré sur la figure 2a, la fonction de génération du signal de position et de temps (SPT) 69a/69b par le dispositif régénérateur1 est entièrement indépendante et basée sur le propre front-end RF du dispositif régénérateur. Le dispositif régénérateur 1 utilise par exemple deux fréquences d’émission autorisées, F1 et F2, pouvant être choisies dans les bandes libres ISM pour peu qu’elles offrent les caractéristiques suffisantes de puissance d’émission et de bande exploitable avec un minimum de 1 MHz. Les deux fréquences F1 et F2 sont émises par deux antennes référencées 64a et 64b.In the first example shown in Figure 2a, the function of generating the position and time signal (SPT) 69a/69b by the regenerative device 1 is entirely independent and based on the regenerative device's own RF front-end. The regenerator device 1 uses for example two authorized transmission frequencies, F1 and F2, which can be chosen in the free ISM bands provided that they offer sufficient characteristics of transmission power and usable band with a minimum of 1 MHz. . The two frequencies F1 and F2 are emitted by two antennas referenced 64a and 64b.

Dans le deuxième exemple illustré sur la figure 2b, la fonction de génération du signal de position et de temps (SPT) par le dispositif régénérateur1 utilise un front-end disponible sur la plateforme du satellite. Le signal de position et de temps (SPT) 69a/69b généré par le dispositif régénérateur1, est transmis sur deux fréquences F1 et F3. Pour la fréquence F3, le signal de position et de temps (SPT) 69b est superposé (grâce à l’élément 611) au signal RF de mission 68 disponible sur la liaison descendante et présentant des caractéristiques satisfaisantes en termes de bande passante (comme par exemple les signaux Argos génération 4 de la constellation de 20 nano-satellites Argos en cours de développement). Le signal résultant 610 est transmis sur la fréquence F3 avec l’antenne référencée 65.In the second example illustrated in FIG. 2b, the position and time signal (SPT) generation function by the regenerator device 1 uses a front-end available on the satellite platform. The position and time signal (SPT) 69a/69b generated by the regenerator device 1 is transmitted on two frequencies F1 and F3. For the frequency F3, the position and time signal (SPT) 69b is superimposed (thanks to the element 611) on the mission RF signal 68 available on the downlink and having satisfactory characteristics in terms of bandwidth (as per generation 4 Argos signals from the constellation of 20 Argos nano-satellites under development). The resulting signal 610 is transmitted on the frequency F3 with the antenna referenced 65.

Le signal de position et de temps (SPT) est transmis sur deux fréquences distinctes pour transmettre un temps précis vers le sol (compensation des effets ionosphériques en exploitant la diversité de fréquence).The position and time signal (SPT) is transmitted on two separate frequencies to transmit precise time to the ground (compensation for ionospheric effects by exploiting frequency diversity).

La f ig ure 3 présente un exemple de schéma-bloc du dispositif régénérateur. Figure 3 shows an example of a block diagram of the regenerator device.

Le bloc 101 est une antenne de réception large bande couvrant l’ensemble des fréquences GNSS (L1/E1, L5/E5, L2, G1/G2, E6, B1, B3).Block 101 is a broadband reception antenna covering all GNSS frequencies (L1/E1, L5/E5, L2, G1/G2, E6, B1, B3).

Le bloc 102 est une tête RF permettant de recevoir les signaux GNSS pour différentes constellations (GPS, GALILEO, BEIDOU, GLONASS, etc.). Il intègre des filtres et un amplificateur faible bruit (LNA).Block 102 is an RF head for receiving GNSS signals for different constellations (GPS, GALILEO, BEIDOU, GLONASS, etc.). It incorporates filters and a low noise amplifier (LNA).

Le bloc 103 réalise une fonction de transformation du signal RF en fréquence intermédiaire (FI) ou en bande de base (BdB).Block 103 performs a function of transforming the RF signal into intermediate frequency (IF) or baseband (BdB).

Le bloc 104 réalise une fonction de conversion analogique/numérique des signaux RF en fréquence intermédiaire ou en bande de base. Cette fonction peut comprendre plusieurs voies de numérisation séparées mais parfaitement synchronisées entre elles.Block 104 performs an analog/digital conversion function of RF signals at intermediate frequency or at baseband. This function can include several separate but perfectly synchronized scanning channels.

Le bloc 106 réalise une fonction de traitement GNSS comprenant : la démodulation des signaux GNSS, les mesures de fréquence et de temps par rapport au référentiel GNSS, la production d’un signal PPS (PPS_GNSS), le calcul de la position courante du dispositif régénérateur en instantané («snapshot»).Block 106 performs a GNSS processing function comprising: demodulation of GNSS signals, frequency and time measurements relative to the GNSS reference frame, production of a PPS signal (PPS_GNSS), calculation of the current position of the regenerator device instant (“snapshot”).

Le bloc 107 réalise une fonction de navigation comprenant le calcul de la position précise du dispositif régénérateur. Elle inclut un modèle d’orbite et un filtre de navigation.Block 107 performs a navigation function including calculating the precise position of the regenerative device. It includes an orbit model and a navigation filter.

Le bloc 108 réalise une fonction de génération de messages avec les informations de temps et de position calculées par les blocs 106 et 107.Block 108 performs a message generation function with the time and position information computed by blocks 106 and 107.

Le bloc 109 réalise une fonction de génération d’un signal de position et de temps (SPT), en bande de base ou en fréquence intermédiaire, à partir des messages générés par le bloc 108.Block 109 performs a function of generating a position and time signal (SPT), at baseband or at intermediate frequency, from the messages generated by block 108.

Le bloc 112 réalise une fonction de conversion numérique/analogique du signal de position et de temps (SPT) à émettre.Block 112 performs a digital/analog conversion function of the position and time signal (SPT) to be transmitted.

Le bloc 113 reçoit le signal de position et de temps (SPT) après sa conversion par le bloc 112 et réalise une fonction de transposition en fréquence RF pour l’émission, ainsi qu’une fonction d’amplification du signal RF résultant de la transposition.Block 113 receives the position and time signal (SPT) after its conversion by block 112 and performs an RF frequency transposition function for transmission, as well as an amplification function of the RF signal resulting from the transposition .

Le bloc 114 est une antenne d’émission du signal de position et de temps (SPT) généré par le bloc 113.Block 114 is a transmit antenna for the position and time signal (SPT) generated by block 113.

Le bloc 105 délivre un signal d’horloge locale ultra stable aux blocs 102, 103 et 104, pour la réception des signaux GNSS.Block 105 delivers an ultra-stable local clock signal to blocks 102, 103 and 104, for receiving GNSS signals.

Le bloc 111 délivre un signal d’horloge locale ultra stable au bloc 109, pour l’émission du signal de position et de temps (SPT).Block 111 provides an ultra-stable local clock signal to block 109, for transmitting the position and time signal (SPT).

Le bloc 110 réalise une fonction de calcul des paramètres de dérive d’horloge locale par rapport à l’horloge GNSS de référence. Le bloc 110 reçoit les sorties des blocs 106 et 111. La sortie du bloc 110 est fournie au bloc 108.Block 110 performs a function of calculating local clock drift parameters with respect to the reference GNSS clock. Block 110 receives the outputs of blocks 106 and 111. The output of block 110 is provided to block 108.

Les blocs 101 à 114 peuvent être réalisés de manière matérielle (hardware) et/ou logicielle (software), indifféremment sur une machine de calcul reprogrammable (ordinateur PC, processeur DSP ou microcontrôleur) exécutant un programme comprenant une séquence d’instructions, ou sur une machine de calcul dédiée (par exemple un ensemble de portes logiques comme un FPGA ou un ASIC, ou tout autre module matériel).Blocks 101 to 114 can be produced in a material (hardware) and/or software (software) manner, either on a reprogrammable calculation machine (PC computer, DSP processor or microcontroller) executing a program comprising a sequence of instructions, or on a dedicated calculation machine (for example a set of logic gates such as an FPGA or an ASIC, or any other hardware module).

Les caractéristiques du signal RF de position et de temps (SPT), transmis par le bloc 114, sont par exemple les suivantes:The characteristics of the RF position and time signal (SPT), transmitted by block 114, are for example the following:

  • les deux fréquences de porteuse choisies pour transmettre (chacune) le signal de position et de temps (SPT) sont dans une bande libre ou non contrainte;the two carrier frequencies selected to transmit (each) the position and time signal (SPT) are in a free or unconstrained band;
  • le signal de position et de temps (SPT) est transmis simultanément sur les deux fréquences porteuses suffisamment séparées l’une de l’autre pour permettre les corrections de temps liées à la propagation des ondes dans l’atmosphère (ionosphère, troposphère…);the position and time signal (SPT) is transmitted simultaneously on the two carrier frequencies sufficiently separated from each other to allow time corrections related to the propagation of waves in the atmosphere (ionosphere, troposphere, etc.);
  • la modulation du signal de position et de temps (SPT) est de type BPSK ou QPSK;the modulation of the position and time signal (SPT) is of the BPSK or QPSK type;
  • dans un mode préférentiel, le signal de position et de temps (SPT) est étalé en fréquence via un code d’étalement de type CDMA (Code Division Multiple Access) permettant de séparer plusieurs sources émettant à la même fréquence. Dans un mode simplifié, le signal de position et de temps (SPT) est modulé sans code d’étalement, ce qui ne permet pas de séparer les signaux de position et de temps (SPT) émis par plusieurs dispositifs régénérateurs dans le cas où les fréquences sont identiques (collisions); la séparation des sources s’effectue alors grâce aux écarts de fréquence Doppler entre celles-ci;in a preferred mode, the position and time signal (SPT) is frequency spread via a CDMA type spreading code (Code Division Multiple Access) making it possible to separate several sources transmitting at the same frequency. In a simplified mode, the position and time signal (SPT) is modulated without spreading code, which does not make it possible to separate the position and time signals (SPT) transmitted by several regenerative devices in the case where the frequencies are identical (collisions); the separation of the sources is then carried out thanks to the differences in Doppler frequency between them;
  • dans le cas de l’utilisation d’un code d’étalement, chaque dispositif régénérateur génère un signal de position et de temps (SPT) avec son propre code CDMA permettant de l’identifier de manière unique;in the case of the use of a spreading code, each regenerative device generates a position and time signal (SPT) with its own CDMA code allowing it to be uniquely identified;
  • les codes CDMA utilisés sont orthogonaux entre eux pour minimiser les interférences entre les signaux de position et de temps (SPT) émis simultanément à la même fréquence par plusieurs dispositifs régénérateurs en visibilité du dispositif récepteur;the CDMA codes used are mutually orthogonal to minimize interference between the position and time signals (SPT) transmitted simultaneously at the same frequency by several regenerative devices in visibility of the receiver device;
  • les signaux de position et de temps (SPT) sont émis de manière synchrone par rapport au temps GNSS et sur la seconde entière du temps GNSS;the position and time signals (SPT) are transmitted synchronously with respect to GNSS time and on the whole second of GNSS time;
  • les messages portés par le signal de position et de temps (SPT) contiennentau minimum, les informations de temps GNSS, les éphémérides du satellite porteur du dispositif régénérateur, les paramètres de correction d’horloge, le temps d’émission, des paramètres d’état du signal de position et de temps (SPT) (fiable, non fiable, en maintenance...).the messages carried by the position and time signal (SPT) contain at least the GNSS time information, the ephemeris of the satellite carrying the regenerator device, the clock correction parameters, the transmission time, the parameters of status of the position and time signal (SPT) (reliable, unreliable, in maintenance...).

6.46.4 Exemple de dExample of d étails du dispositif récepteurreceiving device details

La figure 4 présente un exemple de schéma-bloc du dispositif récepteur. FIG. 4 presents an example block diagram of the receiver device.

Le bloc 201 (aussi appelé plus haut «récepteur GNSS») réalise une fonction de réception et de traitement des signaux GNSS, avec production par exemple du signal PPS_GNSS (référence de synchronisation basée sur la seconde entière du signal GNSS), d’informations PVT (Position, Vitesseet Temps), des mesures brutes, des informations d’intégrité, etc. Le bloc 201 dispose, dans un mode préférentiel, d’algorithmes réduisant la sensibilité aux perturbations d’origine électromagnétique et d’algorithmes de mesure d’intégrité permettant d’évaluer la qualité et la fiabilité des données (i.e. temps, position et vitesse) produites. Le récepteur GNSS peut être un récepteur du commerce ou bien un récepteur logiciel fonctionnant sur une électronique de type radio logicielle et intégré sur une même unité de traitement que le récepteur SPT (bloc 202).Block 201 (also called above “GNSS receiver”) performs a function of receiving and processing GNSS signals, with production for example of the PPS_GNSS signal (synchronization reference based on the whole second of the GNSS signal), PVT information (Position, Velocity and Time), raw measurements, health information, etc. Block 201 has, in a preferential mode, algorithms reducing the sensitivity to disturbances of electromagnetic origin and integrity measurement algorithms making it possible to evaluate the quality and reliability of the data (i.e. time, position and speed) produced. The GNSS receiver can be a commercial receiver or else a software receiver operating on software radio type electronics and integrated on the same processing unit as the SPT receiver (block 202).

Le bloc 202 (aussi appelé plus haut «récepteur SPT») réalise une fonction de réception et de traitement des signaux de position et de temps (SPT), avec production par exemple du signal PPS_SPT, d’informations PVT (Position, Vitesseet Temps), des mesures brutes, des informations d’intégrité, etc.Block 202 (also called above “SPT receiver”) performs a function of receiving and processing position and time signals (SPT), with production for example of the PPS_SPT signal, PVT information (Position, Velocity and Time) , raw metrics, health information, and more.

La figure 5 illustre un exemple d’architecture matérielle du bloc 202 (récepteurSPT). Il comprend deux antennes 2021, deux amplificateurs (LNA) 51, un bloc RF 52 et un bloc de type machine de calcul reprogrammable (par exemple sous forme FPGA/CPU (SoC)). Figure 5 illustrates an example hardware architecture of block 202 (SPT receiver). It comprises two antennas 2021, two amplifiers (LNA) 51, an RF block 52 and a reprogrammable computing machine type block (for example in FPGA/CPU (SoC) form).

La figure 6 présente un exemple de fonctions réalisées par le bloc 202 (récepteur SPT). Figure 6 shows an example of functions performed by block 202 (SPT receiver).

Le bloc 2021 est une antenne de réception compatible avec les signaux RF de position et de temps (SPT) émis par les dispositifs régénérateurs.Block 2021 is a receiving antenna compatible with position and time (SPT) RF signals emitted by regenerative devices.

Le bloc 2022 est une tête RF permettant de recevoir les signaux de position et de temps (SPT). Il intègre des filtres et un amplificateur faible bruit (LNA).Block 2022 is an RF head for receiving position and time (SPT) signals. It incorporates filters and a low noise amplifier (LNA).

Le bloc 2023 réalise une fonction de transformation du signal RF en fréquence intermédiaire (FI) ou en bande de base (BdB).Block 2023 performs a function of transforming the RF signal into intermediate frequency (IF) or baseband (BdB).

Le bloc 2024 réalise une fonction de conversion analogique/numérique des signaux RF en fréquence intermédiaire ou en bande de base.Block 2024 performs an analog/digital conversion function of RF signals at intermediate frequency or at baseband.

Le bloc 2025 réalise une fonction d’acquisition et de démodulation des signaux de position et de temps (SPT): mesure de la fréquence doppler, mesure de la pseudo-distance Récepteur/Emetteur, extraction des messages SPT (messages contenus dans les signaux de position et de temps (SPT)), etc.Block 2025 performs a function of acquisition and demodulation of position and time signals (SPT): measurement of the Doppler frequency, measurement of the Receiver/Transmitter pseudo-distance, extraction of SPT messages (messages contained in the signals of position and time (SPT)), etc.

Le bloc 2026 réalise une fonction de calcul de la position vitesse et temps du récepteur SPT. Il fournit notamment le signal PPS_SPT (PPS dérivé du signal de position et de temps (SPT) après estimation du biais d’horloge entre le récepteur et l’émetteur).Block 2026 performs a function of calculating the speed and time position of the SPT receiver. In particular, it provides the PPS_SPT signal (PPS derived from the position and time signal (SPT) after estimating the clock bias between the receiver and the transmitter).

Le bloc 2027 réalise une fonction de communication externe.Block 2027 performs an external communication function.

Le bloc 2028 fournit un signal d’horloge locale ultra stable.Block 2028 provides an ultra-stable local clock signal.

Nous revenons maintenant à la description de la figure 4.We now return to the description of Figure 4.

Le bloc 203 (aussi appelé plus haut «oscillateurlocal ») délivre un signal d’horloge locale ultra-stable (signal PPS_OL), asservi sur une référence de fréquence (qui est l’un des signaux PPS_SPT, PPS_GNSS et PPS_EXT discutés plus haut) grâce au bloc 204. L’oscillateur local constitue la référence de fréquence de la fonction de synchronisation et de positionnement (bloc 205) lorsqu’aucune autre référence de fréquence n’est disponible. L’oscillateur local est réglé sur une fréquence fOLet doit présenter de bonnes caractéristiques de stabilité et de bruit de phase. Dans une implémentation préférentielle, cette fréquence prend la valeur 10 MHz, mais n’est pas limitée à cette valeurs L’oscillateur local est contrôlable en fréquence via l’application d’une tension d’alimentation fournie pas une fonction externe. La fréquence de l’oscillateur local peut être contrôlée via une tension analogique calculée par le bloc 204. Cette tension analogique est directement calculée par une boucle d’asservissement de l’oscillateur local sur une référence de fréquence pouvant être extraite du signal GNSS ou du récepteur SPT, voire d’une référence de fréquence externe au dispositif récepteur et disposant des propriétés de stabilité, court et moyen terme, satisfaisantes.Block 203 (also called above "local oscillator") delivers an ultra-stable local clock signal (PPS_OL signal), locked to a frequency reference (which is one of the PPS_SPT, PPS_GNSS and PPS_EXT signals discussed above) thanks to block 204. The local oscillator constitutes the frequency reference of the synchronization and positioning function (block 205) when no other frequency reference is available. The local oscillator is tuned to a frequency f OL and must have good stability and phase noise characteristics. In a preferred implementation, this frequency takes the value 10 MHz, but is not limited to this value. The local oscillator is frequency controllable via the application of a supply voltage supplied by an external function. The frequency of the local oscillator can be controlled via an analog voltage calculated by block 204. This analog voltage is directly calculated by a feedback loop of the local oscillator on a frequency reference that can be extracted from the GNSS signal or from the receiver SPT, or even a frequency reference external to the receiver device and having satisfactory short and medium term stability properties.

La figure 7 illustre un premier exemple d’asservissement d’un oscillateur local au sein du dispositif récepteur, dans le cas où l’oscillateur local est une micro-horloge atomique. Le même principe peut être appliqué à tout autre type d’oscillateur (OCXO par exemple) pourvu que ses performances intrinsèques de stabilité de fréquence soient suffisamment bonnes pour maintenir le temps avec une précision inférieure à 200 ns sur 30 minutes sans aide externe. FIG. 7 illustrates a first example of slaving of a local oscillator within the receiver device, in the case where the local oscillator is an atomic micro-clock. The same principle can be applied to any other type of oscillator (OCXO for example) provided that its intrinsic frequency stability performance is good enough to maintain time with an accuracy of less than 200 ns over 30 minutes without external aid.

Ce système permet d'asservir le signal de synchronisation généré par la micro-horloge, nommé PPS_out, sur un signal de synchronisation entrant, nommé PPS_in. Cet asservissement consiste à annuler l'intervalle de temps présent entre les deux fronts montants des signaux PPS_in et PPS_out.This system makes it possible to slave the synchronization signal generated by the micro-clock, named PPS_out, to an incoming synchronization signal, named PPS_in. This slaving consists in canceling the time interval present between the two rising edges of the signals PPS_in and PPS_out.

Le fonctionnement est le suivant. Il nécessite l'imbrication de deux boucles d'asservissement:Operation is as follows. It requires the nesting of two servo loops:

- première boucle d'asservissement: Un signal radiofréquence (noté «RF signal») (typiquement 10 MHz) est généré par un oscillateur local (72). Ce signal est multiplié dans une boucle à verrouillage de phase (77) puis comparé (78) à la fréquence de résonance de la transition hyperfine d'un atome alcalin (71). Le résultat de cette comparaison est appliqué sur l’entrée «commande» de l'oscillateur local (72) de sorte à en asservir la fréquence. Il faut noter que si le coefficient multiplicateur (77) est modifié (N augmenté ou diminué), l'asservissement entraîne une variation de la fréquence de l'oscillateur local. C'est cette fonction qui sera utilisée par la suite;- first control loop: A radiofrequency signal (denoted “RF signal”) (typically 10 MHz) is generated by a local oscillator (72). This signal is multiplied in a phase-locked loop (77) and then compared (78) to the resonance frequency of the hyperfine transition of an alkaline atom (71). The result of this comparison is applied to the "command" input of the local oscillator (72) so as to control its frequency. It should be noted that if the multiplier coefficient (77) is modified (N increased or decreased), the slaving leads to a variation in the frequency of the local oscillator. It is this function that will be used later;

- deuxième boucle d'asservissement: Le signal PPS_out est généré par un compteur (73) à partir du signal radiofréquence. L'intervalle de temps présent entre les deux fronts montants des signaux PPS_in et PPS_out est calculé par un soustracteur (74). (cet intervalle est nommé φ err.). L'intervalle de temps est transformé en correction de fréquence par un correcteur (75) (typiquement, un proportionnel intégrateur). Un interrupteur (76) permet d'appliquer ou non la correction sur le coefficient multiplicateur de la boucle à verrouillage de phase. Si l'interrupteur (76) est fermé, une correction est appliquée au multiplicateur. La première boucle d'asservissement étant activée, cette correction fait varier la fréquence de l'oscillateur local (72), ce qui entraîne une modification du signal PPS_out (la modification consiste à augmenter ou réduire la durée entre deux impulsions de ce signal PPS_out). L 'intervalle de temps présent entre les deux fronts montants des signaux PPS_in et PPS_out est alors réduit, et tend vers zéro après quelques temps de fonctionnement. Le signal PPS_out est alors synchronisé sur le signal PPS_in. Si l'interrupteur (76) est ouvert, alors l'asservissement est coupé et le signal PPS_out n'est plus asservi sur le signal PPS_in.- second control loop: The PPS_out signal is generated by a counter (73) from the radio frequency signal. The time interval present between the two rising edges of the signals PPS_in and PPS_out is calculated by a subtractor (74). (this interval is called φ err.). The time interval is transformed into a frequency correction by a corrector (75) (typically a proportional integrator). A switch (76) makes it possible to apply or not the correction to the multiplier coefficient of the phase-locked loop. If the switch (76) is closed, a correction is applied to the multiplier. The first control loop being activated, this correction varies the frequency of the local oscillator (72), which leads to a modification of the PPS_out signal (the modification consists in increasing or reducing the duration between two pulses of this PPS_out signal) . The time interval present between the two rising edges of the signals PPS_in and PPS_out is then reduced, and tends towards zero after a few operating times. The PPS_out signal is then synchronized on the PPS_in signal. If the switch (76) is open, then the servo-control is cut off and the PPS_out signal is no longer slaved to the PPS_in signal.

De manière générale ce système permet de palier à une indisponibilité temporaire du signal PPS_in. En effet, tant qu'un signal PPS_in est disponible, le signal PPS_out s'asservit dessus (il le recopie). Lorsque le signal PPS_in est temporairement indisponible, le signal PPS_out continue de fournir un signal dont la qualité est celle de la référence de fréquence atomique.In general, this system makes it possible to compensate for a temporary unavailability of the PPS_in signal. Indeed, as long as a PPS_in signal is available, the PPS_out signal is slaved to it (it copies it). When the PPS_in signal is temporarily unavailable, the PPS_out signal continues to provide a signal whose quality is that of the atomic frequency reference.

La figure 8 illustre un deuxième exemple d’asservissement d’un oscillateur local au sein du dispositif récepteur. Le dispositif récepteur comprend des éléments référencés 81a à 87, qui sont détaillés ci-après. FIG. 8 illustrates a second example of slaving of a local oscillator within the receiver device. The receiver device comprises elements referenced 81a to 87, which are detailed below.

Elément 81a: Oscillateur ultra stable asservi sur une référence de fréquence précise et fiable. L’oscillateur est asservi via une commande en tension 88 générée par l’élément 86.Element 81a: Ultra stable oscillator controlled by an accurate and reliable frequency reference. The oscillator is controlled via a voltage command 88 generated by element 86.

Elément 81b: Compteur de périodes d’horloge générées par l’oscillateur 81a permettant de produire un signal sous forme d’une impulsion de durée courte à chaque seconde (signal PPS_OL).Element 81b: Counter of clock periods generated by oscillator 81a making it possible to produce a signal in the form of a pulse of short duration every second (PPS_OL signal).

Elément 82a: Référence de fréquence externe fiable et stable pouvant provenir d’une source de type horloge atomique, rubidium ou tout autre source de fréquence ayant de bonnes propriétés de stabilité et asservie sur le temps GNSS.Element 82a: Reliable and stable external frequency reference that can come from an atomic clock type source, rubidium or any other frequency source with good stability properties and GNSS time-controlled.

Elément 82b: Compteur de périodes d’horloge de l’élément 82a permettant de générer un signal sous forme d’une impulsion de durée courte à chaque seconde (signal PPS_EXT).Element 82b: Counter of clock periods of element 82a used to generate a signal in the form of a pulse of short duration every second (signal PPS_EXT).

Elément 83a: Référence de fréquence construite à partir du signal GNSS.Element 83a: Frequency reference constructed from GNSS signal.

Elément 83b: Compteur asservi sur la référence de fréquence GNSS 83a et permettant de générer une impulsion de durée courte toutes les secondes (signal PPS_GNSS). Le front montant de cette impulsion correspond à une seconde entière du temps GNSS. D’un point de vue implémentation, ce compteur est intégré directement dans le module de réception GNSS global.Element 83b: Counter slaved to the GNSS frequency reference 83a and making it possible to generate a pulse of short duration every second (PPS_GNSS signal). The rising edge of this pulse corresponds to a whole second of GNSS time. From an implementation point of view, this counter is integrated directly into the global GNSS reception module.

Elément 84a: Référence de fréquence provenant de l’exploitation du signal SPT portant l’information de temps GNSS.Element 84a: Frequency reference coming from the exploitation of the SPT signal carrying the GNSS time information.

Elément 84b: Compteur asservi sur la référence de fréquence issue de l’exploitation du signal SPT, et permettant de générer une impulsion de durée courte toutes les secondes (signal PPS_SPT). Le front montant de cette impulsion correspond à une seconde entière très proche de la seconde entière du temps GNSS. D’un point de vue implémentation, ce compteur est intégré directement dans le module de réception du signal SPT comme dans le cas du récepteur GNSS.Element 84b: Counter slaved to the frequency reference resulting from the exploitation of the SPT signal, and making it possible to generate a pulse of short duration every second (PPS_SPT signal). The rising edge of this pulse corresponds to a whole second very close to the whole second of GNSS time. From an implementation point of view, this counter is integrated directly into the SPT signal reception module as in the case of the GNSS receiver.

Elément 85: Ce module permet de construire un signal de comparaison entre les signaux PPS_EXT, PPS_GNSS et PPS_SPT générés par les différentes références de fréquence et le signal PPS_OL généré par l’oscillateur local.Element 85: This module is used to construct a comparison signal between the PPS_EXT, PPS_GNSS and PPS_SPT signals generated by the various frequency references and the PPS_OL signal generated by the local oscillator.

Elément 86: Ce module exploite le signal de comparaison généré par l’élément 85, afin de construire le signal de commande 88 pour l’asservissement de l’oscillateur local. Les informations de comparaison sur plusieurs sources de signal permettent de monitorer d’éventuelles altérations des signaux (signaux GNSS et signaux SPT en particulier) reçus. Le module 86 délivre également un ensemble de paramètres, noté PARAM_OUT, décrivant le comportement de l’horloge locale 81a du dispositif récepteur 2. Ces paramètres sont déterminés pendant un certain temps de comparaison entre les horloges GNSS et l’horloge locale du dispositif régénérateur 1 (embarqué sur le satellite 6). Ces paramètres sont susceptibles d’être intégrés dans les messages transmis via les signaux SPT (signal de position et de temps) 5, pour permettre au dispositif récepteur 2 de corriger des biais ou dérives d’horloge du dispositif régénérateur 1 (embarqué sur le satellite 6) par rapport aux horloges des satellites GNSS.Element 86: This module exploits the comparison signal generated by element 85, in order to construct the control signal 88 for the control of the local oscillator. The comparison information on several signal sources makes it possible to monitor possible alterations of the signals (GNSS signals and SPT signals in particular) received. The module 86 also delivers a set of parameters, denoted PARAM_OUT, describing the behavior of the local clock 81a of the receiver device 2. These parameters are determined for a certain comparison time between the GNSS clocks and the local clock of the regenerator device 1 (embedded on satellite 6). These parameters are likely to be integrated into the messages transmitted via the SPT signals (position and time signal) 5, to enable the receiver device 2 to correct biases or clock drifts of the regenerator device 1 (onboard the satellite 6) relative to GNSS satellite clocks.

Elément 87: Ce module permet de sélectionner le signal PPS_OUT à fournir en sortie. Le sélecteur est commandé par le bloc d’analyse d’intégrité des différents signaux PPS produits et/ou utilisés (bloc référencé 205 sur la figure 4).Element 87: This module is used to select the PPS_OUT signal to be output. The selector is controlled by the integrity analysis block of the various PPS signals produced and/or used (block referenced 205 in FIG. 4).

Dans le cas où les signaux PPS_SPT, PPS_GNSS et PPS_EXT ne sont pas disponibles ou non intègres (détection via le bloc référencé 205 sur la figure 4), seul le signal PPS_OL issu de l’oscillateur local est sélectionné en sortie pour produire le signal PPS_OUT.In the case where the PPS_SPT, PPS_GNSS and PPS_EXT signals are not available or not intact (detection via the block referenced 205 in FIG. 4), only the PPS_OL signal from the local oscillator is selected at output to produce the PPS_OUT signal .

Nous revenons maintenant à la description de la figure 4.We now return to the description of Figure 4.

Le bloc 204 réalise une fonction permettant de déterminer les paramètres d’horloge (biais, dérive…) pour l’asservissement précité. Cette fonction peut prendre en entrée un ou plusieurs des signaux PPS précités : PPS_OL, PPS_SPT, PPS_GNSS et PPS_EXT. En d’autres termes, le bloc 204 évalue la correction de fréquence à appliquer sur l’oscillateur local (bloc 203) en comparant les signaux PPS produits par l’oscillateur local et la référence de fréquence (PPS_GNSS, PPS_SPT, PPS_EXT). L’utilisation d’une référence de fréquence externe ultra-stable (PPS_EXT) est possible via une interface spécifique. Les paramètres de corrections d’horloge sont par exemple mis à jour en permanence et sont dans une configuration préférentielle mis à jour en fonction des propriétés propres de l’oscillateur (telles que le vieillissement par exemple) et des contraintes extérieures (telles que la température par exemple). Des algorithmes de filtrage sont appliqués pour permettre une meilleure stabilité long terme.Block 204 performs a function making it possible to determine the clock parameters (bias, drift, etc.) for the aforementioned servo-control. This function can take as input one or more of the aforementioned PPS signals: PPS_OL, PPS_SPT, PPS_GNSS and PPS_EXT. In other words, block 204 evaluates the frequency correction to be applied to the local oscillator (block 203) by comparing the PPS signals produced by the local oscillator and the frequency reference (PPS_GNSS, PPS_SPT, PPS_EXT). The use of an ultra-stable external frequency reference (PPS_EXT) is possible via a specific interface. The clock correction parameters are for example continuously updated and are in a preferential configuration updated according to the specific properties of the oscillator (such as aging for example) and external constraints (such as the temperature For example). Filtering algorithms are applied to allow better long-term stability.

Le bloc 205 réalise une fonction disposant d’un algorithme de décision pour sélectionner des informations de temps fiables (plusieurs sélections sont possibles, parmi par exemple: uniquement les informations fournies par le bloc 201 (récepteur GNSS), uniquement les informations fournies par le bloc 202 (récepteur SPT), à la fois les informations fournies par le bloc 201 et celles fournies par le bloc 202, uniquement les informations fournies par le bloc 203 (horloge locale). En d’autres termes, le bloc 205 (fonction de décision) utilise un algorithme permettant de sélectionner les données utilisables pour la fonction de datation, de synchronisation et de position. Les sorties principales du bloc 205 sontpar exemple: le signal PPS sélectionné (PPS_OUT), des informations de datation, des informations de position, des informations d’état du dispositif récepteur, des informations indiquant la qualité des mesures de temps et de position, un signal d’horloge asservi sur le temps GNSS, etc.Block 205 performs a function having a decision algorithm for selecting reliable time information (several selections are possible, among for example: only the information provided by block 201 (GNSS receiver), only the information provided by the block 202 (SPT receiver), both the information provided by block 201 and that provided by block 202, only the information provided by block 203 (local clock). ) uses an algorithm to select the data that can be used for the timing, synchronization and position function. The main outputs of block 205 are for example: the selected PPS signal (PPS_OUT), timing information, position information, status information of the receiver device, information indicating the quality of time and position measurements, a clock signal slaved to GNSS time, etc.

Le bloc 206 réalise une fonction de communication avec l’extérieur (c'est-à-dire une fonction d’interface de communication), par exemple avec un serveur de temps disposant d’une interface compatible. Il permet d’interfacer le dispositif récepteur avec un équipement externe pouvant être un serveur de temps ou bien un équipement nécessitant une synchronisation sur une référence connue et stable. L’interface est par exemple constituée d’une partie physique de type bus pour les échanges de données et d’une interface discrète pour la transmission du signal PPS_OUT généré.Block 206 performs a communication function with the outside (that is to say a communication interface function), for example with a time server having a compatible interface. It makes it possible to interface the receiver device with external equipment which can be a time server or equipment requiring synchronization on a known and stable reference. The interface is for example made up of a bus-type physical part for data exchange and a discrete interface for transmitting the generated PPS_OUT signal.

6.56.5 Exemple de cExample of c as d’usage avec un serveur de tempsof use with a time server

La figure 9 illustre un serveur de temps intégrant un dispositif récepteur. Dans ce mode de réalisation, le dispositif récepteur 2 décrit plus haut est intégré dans un serveur de temps pour des applications de distribution de temps et d’un signal de synchronisation. Le serveur de temps comprend donc : FIG. 9 illustrates a time server integrating a receiver device. In this embodiment, the receiver device 2 described above is integrated into a time server for time distribution applications and a synchronization signal. The time server therefore includes:

  • le dispositif récepteur 2 pour la génération de l’information de temps (datation, PPS, référence de fréquence dans un mode préférentiel réglée à 10 MHz). Il dispose d’une capacité décisionnelle pour fournir un signal PPS_OUT et un signal d’horloge à 10 MHz fiables; etthe receiver device 2 for the generation of time information (dating, PPS, frequency reference in a preferential mode set at 10 MHz). It has decision capability to provide a reliable PPS_OUT signal and 10 MHz clock signal; And
  • un module serveur de temps 901 dont la fonction consiste à diffuser (via des interfaces 902 et 903) l’information de temps dans un réseau privé via les protocoles dédiés NTP, PTP. Il a également la charge de vérifier la validité des informations de temps fournies par différentes sources comme le récepteur GNSS, le récepteur SPT etc…) pour produire des signaux de timing PPS_OUT, de fréquence 10MHz ou des messages dans différents formats (NMEA, IRIG-B, NTP, PTP…). Ce module comprend un cœur de traitement propre (CPU/FPGA) indépendant du dispositif récepteur 2.a time server module 901 whose function consists in broadcasting (via interfaces 902 and 903) the time information in a private network via the dedicated protocols NTP, PTP. He is also responsible for checking the validity of the time information provided by different sources such as the GNSS receiver, the SPT receiver, etc.) to produce PPS_OUT timing signals, 10MHz frequency or messages in different formats (NMEA, IRIG- B, NTP, PTP…). This module includes its own processing core (CPU/FPGA) independent of the receiver device 2.

La figure 10 illustre un système de temps et de positionnement selon un autre mode de réalisation particulier de l’invention, comprenant un serveur de temps 100 coopérant avec (et donc n’intégrant pas) un dispositif récepteur 2. FIG. 10 illustrates a time and positioning system according to another particular embodiment of the invention, comprising a time server 100 cooperating with (and therefore not integrating) a receiver device 2.

Comme dans le mode de réalisation de la figure 9, il s’agit de proposer un système capable de fournir un service de synchronisation permettant d’offrir une continuité de service lorsque les signaux GNSS (GPS, GALILEO, etc.) ne sont pas exploitables (fort masquage, indoor, brouillage et leurrage…). Il s’agit donc de développer un système complémentaire aux systèmes GNSS pour la fourniture d’un temps de référence sécurisé. Le dispositif récepteur 2 est ajouté en amont du serveur de temps 100 afin de sécuriser la fourniture d’un temps à un système critique.As in the embodiment of Figure 9, it is a question of proposing a system capable of providing a synchronization service making it possible to offer continuity of service when the GNSS signals (GPS, GALILEO, etc.) cannot be exploited (strong masking, indoor, jamming and decoy…). It is therefore a question of developing a system complementary to the GNSS systems for the supply of a secure reference time. The receiver device 2 is added upstream of the time server 100 in order to secure the supply of a time to a critical system.

Le dispositif récepteur 2 fonctionne par exemple nominalement dans un mode de réception des signaux GNSS, mais en cas de perturbation (masquage ou interférence radio par exemple) bascule dans un autre mode («mode SPT») dans lequel seuls les signaux de position et de temps (SPT) émis par le dispositif régénérateur 1 (embarqué par exemple sur un satellite LEO, comme décrit plus haut) sont exploités pour maintenir le temps avec une précision de l’ordre de 100ns de précision, soit une précision du même ordre de grandeur que le temps GNSS. Lorsque les signaux GNSS et les signaux SPT sont simultanément indisponibles, c’est le temps local qui est utilisé (fourni par l’oscillateur local asservi) pour fournir l’information de synchronisation. La précision de synchronisation est dépendante de la stabilité de l’oscillateur local.The receiver device 2 operates for example nominally in a mode of reception of GNSS signals, but in the event of disturbance (masking or radio interference for example) switches to another mode (“SPT mode”) in which only the position and (SPT) emitted by the regenerator device 1 (embedded for example on a LEO satellite, as described above) are exploited to maintain the time with an accuracy of the order of 100 ns of precision, that is an accuracy of the same order of magnitude than GNSS time. When the GNSS signals and the SPT signals are simultaneously unavailable, the local time is used (provided by the local slave oscillator) to provide the synchronization information. The synchronization precision is dependent on the stability of the local oscillator.

Le dispositif récepteur 2 peut fonctionner à l’intérieur d’un bâtiment car la puissance des signaux de position et de temps (SPT) reçus à partir d’un satellite LEO est beaucoup plus importante que les signaux GNSS et la fréquence en bande UHF des signaux de position et de temps (SPT) est beaucoup plus pénétrante que celle des signaux GNSS. Dans certains cas (cela peut dépendre de la configuration du bâtiment), une simple antenne patch placée à l’intérieur d’un local est suffisante. Il n’est alors pas nécessaire de mettre en place une antenne sur le toit et d’engager des frais d’infrastructure dans le bâtiment.The receiver device 2 can operate inside a building because the power of the position and time signals (SPT) received from a LEO satellite is much greater than the GNSS signals and the frequency in the UHF band of the Position and time (SPT) signals are much more penetrating than GNSS signals. In some cases (this may depend on the configuration of the building), a simple patch antenna placed inside a room is sufficient. There is then no need to set up an antenna on the roof and incur infrastructure costs in the building.

La fourniture du dispositif récepteur 2 peut être adossée à une licence. Cette licence permet de sécuriser le service fourni, grâce à une clé d’authentification diffusée via un réseau filaire ou cellulaire.The supply of the receiver device 2 can be backed by a license. This license makes it possible to secure the service provided, thanks to an authentication key distributed via a wired or cellular network.

Les dispositifs régénérateurs 1 embarqués à bord des satellites LEO peuvent fonctionner sans avoir besoin de dialoguer avec les autres charges utiles de la constellation. Cette indépendance unitaire des dispositifs régénérateurs 1 vis-à-vis des autres éléments du segment spatial permet de construire progressivement la constellation en étant si besoin passager secondaire de nano-satellites lancés.The regenerative devices 1 on board the LEO satellites can operate without needing to communicate with the other payloads of the constellation. This unitary independence of the regenerative devices 1 vis-à-vis the other elements of the space segment makes it possible to gradually build the constellation while being, if necessary, a secondary passenger of launched nano-satellites.

Claims (22)

Dispositif régénérateur (1) appartenant à un système de temps et/ou de positionnement, caractérisé en ce qu’il est embarqué sur un support (6) se trouvant plus proche de la terre que les satellites GNSS (3) et en ce qu’il comprend:
  • un module de réception (101 à 107), de type récepteur GNSS et configuré pour recevoir des signaux GNSS provenant de satellites GNSS d’au moins une constellation GNSS et calculer un temps synchronisé sur le temps GNSS, en fonction des signaux GNSS reçus;
  • des moyens (108 à 111) de génération d’un signal de position et de temps (SPT) différent desdits signaux GNSS et véhiculant des informations de temps, relatives audit temps synchronisé sur le temps GNSS, et des informations de position, relatives à une position du dispositif régénérateur; et
  • des moyens (112 à 114) de transmission du signal de position et de temps (SPT).
Regenerative device (1) belonging to a time and/or positioning system, characterized in that it is embarked on a support (6) located closer to the earth than the GNSS satellites (3) and in that He understands:
  • a reception module (101 to 107), of the GNSS receiver type and configured to receive GNSS signals originating from GNSS satellites of at least one GNSS constellation and to calculate a time synchronized with the GNSS time, as a function of the GNSS signals received;
  • means (108 to 111) for generating a position and time signal (SPT) different from said GNSS signals and conveying time information, relating to said time synchronized to GNSS time, and position information, relating to a position of the regenerative device; And
  • means (112 to 114) for transmitting the position and time signal (SPT).
Dispositif régénérateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module de réception de type récepteur GNSS est configuré pour calculer également la position du dispositif régénérateur, en fonction des signaux GNSS reçus.Regenerator device according to Claim 1, characterized in that the reception module of the GNSS receiver type is configured to also calculate the position of the regenerator device, as a function of the GNSS signals received. Dispositif régénérateur selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit temps synchronisé sur le temps GNSS comprend un signal de synchronisation PPS et/ou des informations de datation.Regenerative device according to any one of claims 1 and 2, characterized in that said time synchronized to GNSS time comprises a PPS synchronization signal and/or dating information. Dispositif régénérateur selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de transmission sont configurés pour transmettre ledit signal de position et de temps (SPT) sur au moins deux fréquence distinctes.Regenerative device according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that the transmission means are configured to transmit the said position and time signal (SPT) on at least two distinct frequencies. Dispositif régénérateur selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de transmission sont configurés pour transmettre ledit signal de position et de temps (SPT) de manière synchrone par rapport au temps GNSS et sur une seconde entière du temps GNSS.Regenerative device according to any one of Claims 1 to 4, characterized in that the transmission means are configured to transmit the said position and time signal (SPT) synchronously with respect to GNSS time and over an entire second of the time GNSS. Dispositif régénérateur selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit support est fixe ou mobile, sur terre, dans l’atmosphère ou dans l’espace.Regenerative device according to any one of Claims 1 to 5, characterized in that the said support is fixed or mobile, on earth, in the atmosphere or in space. Dispositif régénérateur selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit support est un satellite positionné sur une première orbite terrestre possédant une altitude inférieure à celle d’une deuxième orbite terrestre sur laquelle sont positionnés lesdits satellites GNSS.Regenerative device according to any one of Claims 1 to 5, characterized in that the said support is a satellite positioned in a first earth orbit having an altitude lower than that of a second earth orbit on which the said GNSS satellites are positioned. Dispositif régénérateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la première orbite terrestre est une orbite terrestre basse (LEO) ou une orbite terrestre moyenne (MEO).Regenerative device according to claim 7, characterized in that the first earth orbit is a low earth orbit (LEO) or a medium earth orbit (MEO). Dispositif récepteur (2) appartenant à un système de temps et/ou de positionnement, caractérisé en ce qu’il comprendun premier module de réception (202) comprenant lui-même:
  • des moyens de réception (2021, 2022), configurés pour recevoir au moins un signal de position et de temps (SPT) transmis par un dispositif régénérateur et véhiculant des informations de temps, relatives à un premier temps synchronisé sur le temps GNSS, et des informations de position, relatives à une position du dispositif régénérateur;
  • des moyens de traitement (2023 à 2025), configurés pour extraire les informations de temps et de position véhiculées par ledit au moins un signal de position et de temps (SPT) ; et
  • des moyens de calcul (2026), configurés pour calculer un deuxième temps synchronisé sur le temps GNSS, en fonction des informations de temps et de position extraites dudit au moins un signal de position et de temps (SPT).
Receiver device (2) belonging to a time and/or positioning system, characterized in that it comprises a first reception module (202) itself comprising:
  • reception means (2021, 2022), configured to receive at least one position and time signal (SPT) transmitted by a regenerating device and conveying time information, relating to a first time synchronized to the GNSS time, and position information, relating to a position of the regenerative device;
  • processing means (2023 to 2025), configured to extract the time and position information conveyed by said at least one position and time signal (SPT); And
  • calculating means (2026), configured to calculate a second time synchronized with the GNSS time, as a function of the time and position information extracted from said at least one position and time signal (SPT).
Dispositif récepteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de réception sont configurés pour recevoir au moins quatre signaux de position et de temps (SPT) transmis chacun par un dispositif régénérateur différent,
en ce que les moyens de traitement sont configurés pour extraire des informations de temps et de position véhiculées par chacun desdits au moins quatre signaux de position et de temps (SPT),
et en ce que les moyens de calcul sont configurés pour calculer ledit deuxième temps et une position du dispositif récepteur, en fonction des informations de temps et de position extraites desdits au moins quatre signaux de position et de temps (SPT).
Receiver device according to Claim 9, characterized in that the reception means are configured to receive at least four position and time signals (SPT) each transmitted by a different regenerating device,
in that the processing means are configured to extract time and position information conveyed by each of said at least four position and time signals (SPT),
and in that the calculating means are configured to calculate said second time and a position of the receiver device, as a function of the time and position information extracted from the said at least four position and time signals (SPT).
Dispositif récepteur selon l’une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que le deuxième temps calculé comprend un signal de synchronisation PPS (PPS_SPT) et/ou des informations de datation.Receiver device according to either of Claims 9 and 10, characterized in that the second calculated time comprises a PPS synchronization signal (PPS_SPT) and/or dating information. Dispositif récepteur selon la revendication 11, caractérisé en ce qu’il comprend:
  • un oscillateur local (203) délivrant un signal d’horlogeau premier module de réception (202) ; et
  • des moyens (85, 86) d’asservissement de l’oscillateur localsur au moins une référence de fréquence appartenant au groupe comprenant :
    • une première référence de fréquence, qui est le signal de synchronisation PPS (PPS_SPT) compris dans le deuxième temps calculé; et
    • une deuxième référence de fréquence, qui est un autre signal de synchronisation PPS externe audit dispositif récepteur.
Receiver device according to Claim 11, characterized in that it comprises:
  • a local oscillator (203) delivering a clock signal to the first reception module (202); And
  • means (85, 86) for slaving the local oscillator to at least one frequency reference belonging to the group comprising:
    • a first frequency reference, which is the PPS synchronization signal (PPS_SPT) included in the second calculated time; And
    • a second frequency reference, which is another PPS synchronization signal external to said receiver device.
Dispositif récepteur selon l’une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce qu’il comprend:
  • un deuxième module de réception (201), de type récepteur GNSS et configuré pour recevoir des signaux GNSS provenant de satellites GNSS (3) d’au moins une constellation GNSS et calculer un troisième temps synchronisé sur le temps GNSS et une position du dispositif récepteur, en fonction des signaux GNSS reçus; et
  • des moyens (205) de décision d’au moins une première information de sortie du dispositif récepteur, configurés pour effectuer une sélection entre au moins une information de sortie du premier module de réception («récepteur SPT») et au moins une information de sortie du deuxième module de réception de type récepteur GNSS, en fonction d’au moins un critère de sélection.
Receiver device according to any one of Claims 9 to 12, characterized in that it comprises:
  • a second reception module (201), of the GNSS receiver type and configured to receive GNSS signals originating from GNSS satellites (3) of at least one GNSS constellation and to calculate a third time synchronized with the GNSS time and a position of the receiver device , depending on the received GNSS signals; And
  • means (205) for deciding at least one first output cue from the receiver device, configured to make a selection between at least one output cue from the first reception module (“receiver SPT”) and at least one output cue of the second reception module of GNSS receiver type, as a function of at least one selection criterion.
Dispositif récepteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que le critère de sélection est fonction d’une comparaison entre au moins une première information d’intégrité fournie par le premier module de réception («récepteur SPT») et au moins une deuxième information d’intégrité fournie par le deuxième module de réception de type récepteur GNSS.Receiver device according to Claim 13, characterized in that the selection criterion is a function of a comparison between at least one first integrity item of information supplied by the first reception module (“SPT receiver”) and at least one second item of integrity information. integrity provided by the second reception module of the GNSS receiver type. Dispositif récepteur selon l’une quelconque des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que ladite au moins une première information de sortie du dispositif récepteur appartient au groupe comprenant:
  • un signal de synchronisation PPS;
  • au moins une information de datation;
  • au moins une information de position; et
  • un signal d’horloge asservi sur le temps GNSS.
Receiver device according to either of Claims 13 and 14, characterized in that the said at least one first output cue from the receiver device belongs to the group comprising:
  • a PPS synchronization signal;
  • at least one dating information;
  • at least one position information; And
  • a clock signal slaved to GNSS time.
Dispositif récepteur selon l’une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que les moyens de décision sont également configurés pour générer au moins une deuxième information de sortie appartenant au groupe comprenant:
  • au moins une information d’état du dispositif récepteur; et
  • au moins une information indiquant une qualité de ladite au moins une première information de sortie.
Receiver device according to any one of Claims 13 to 15, characterized in that the decision means are also configured to generate at least one second output cue belonging to the group comprising:
  • at least one piece of receiver device status information; And
  • at least one piece of information indicating a quality of said at least one first output piece of information.
Dispositif récepteur selon la revendication 12 et l’une quelconque des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que lesdits moyens d’asservissement sont configurés pour asservir ledit oscillateur localsur au moins une référence de fréquence appartenant au groupe comprenant :
  • ladite première référence de fréquence, qui est le signal de synchronisation PPS (PPS_SPT) compris dans le deuxième temps calculé;
  • ladite deuxième référence de fréquence, qui est un autre signal de synchronisation PPS (PPS_EXT) externe audit dispositif récepteur; et
  • une troisième référence de fréquence, qui est un signal de synchronisation PPS (PPS_GNSS) compris dans le troisième temps calculé.
Receiver device according to Claim 12 and any one of Claims 13 to 16, characterized in that the said slaving means are configured to slave the said local oscillator to at least one frequency reference belonging to the group comprising:
  • said first frequency reference, which is the PPS synchronization signal (PPS_SPT) comprised in the second calculated time;
  • said second frequency reference, which is another PPS synchronization signal (PPS_EXT) external to said receiver device; And
  • a third frequency reference, which is a PPS synchronization signal (PPS_GNSS) included in the third calculated time.
Dispositif récepteur selon l’une quelconque des revendications 9 à 17, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens d’interface (206) configurés pour fournir à un premier équipement (100), externe audit dispositif récepteur, un service de temps et/ou de positionnement.Receiver device according to any one of Claims 9 to 17, characterized in that it comprises interface means (206) configured to provide a first equipment item (100), external to said receiver device, with a time service and/or or positioning. Dispositif récepteur selon l’une quelconque des revendications 9 à 17, caractérisé en ce qu’il est intégré dans un deuxième équipement (90) pour fournir audit deuxième équipement un service de temps et/ou de positionnement.Receiver device according to any one of Claims 9 to 17, characterized in that it is integrated into a second piece of equipment (90) to supply said second piece of equipment with a time and/or positioning service. Serveur de temps (90, 100), caractérisé en ce qu’il intègre ou coopère avec un dispositif récepteur (2) selon l’une quelconque des revendications 9 à 17, ledit serveur de temps étant configuré pour recevoir un service de temps et/ou de positionnement fourni par le dispositif récepteur et distribuer ledit service de temps et/ou de positionnement au sein d’un réseau.Time server (90, 100), characterized in that it integrates or cooperates with a receiver device (2) according to any one of claims 9 to 17, said time server being configured to receive a time service and/ or positioning provided by the receiving device and distributing said time and/or positioning service within a network. Procédé de fourniture d’un service de temps et/ou de positionnement, caractérisé en ce qu’au moins un dispositif régénérateur(1) effectue les étapes suivantes:
  • réception (110) de signaux GNSS provenant de satellites GNSS d’au moins une constellation GNSS;
  • calcul (110) d’un temps synchronisé sur le temps GNSS, en fonction des signaux GNSS reçus;
  • génération (112) d’un signal de position et de temps (SPT) véhiculant des informations de temps, relatives audit temps synchronisé sur le temps GNSS, et des informations de position, relatives à une position du dispositif régénérateur; et
  • transmission (113) du signal de position et de temps (SPT).
Method for providing a time and/or positioning service, characterized in that at least one regenerative device (1) performs the following steps:
  • receiving (110) GNSS signals from GNSS satellites of at least one GNSS constellation;
  • calculating (110) a time synchronized to the GNSS time, based on the received GNSS signals;
  • generation (112) of a position and time signal (SPT) conveying time information, relating to said time synchronized to the GNSS time, and position information, relating to a position of the regenerative device; And
  • transmission (113) of the position and time signal (SPT).
Procédé de fourniture d’un service de temps et/ou de positionnement, caractérisé en ce qu’au moins un dispositif récepteur(2) effectue les étapes suivantes :
  • réception (121) d’au moins un signal de position et de temps (SPT) transmis par un dispositif régénérateur et véhiculant des informations de temps, relatives à un premier temps synchronisé sur le temps GNSS, et des informations de position, relatives à une position du dispositif régénérateur;
  • traitement (122) dudit au moins un signal de position et de temps (SPT) pour en extraire les informations de temps et de position ; et
  • calcul (123) d’un deuxième temps synchronisé sur le temps GNSS, en fonction des informations de temps et de position extraites dudit au moins un signal de position et de temps (SPT).
Method for providing a time and/or positioning service, characterized in that at least one receiver device (2) performs the following steps:
  • reception (121) of at least one position and time signal (SPT) transmitted by a regenerating device and conveying time information, relating to a first time synchronized to the GNSS time, and position information, relating to a position of the regenerative device;
  • processing (122) said at least one position and time signal (SPT) to extract the time and position information therefrom; And
  • calculation (123) of a second time synchronized with the GNSS time, according to the time and position information extracted from said at least one position and time signal (SPT).
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