WO2010034948A1 - Système et procédé de détermination d'un récepteur et récepteur associé - Google Patents

Système et procédé de détermination d'un récepteur et récepteur associé Download PDF

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WO2010034948A1
WO2010034948A1 PCT/FR2009/051820 FR2009051820W WO2010034948A1 WO 2010034948 A1 WO2010034948 A1 WO 2010034948A1 FR 2009051820 W FR2009051820 W FR 2009051820W WO 2010034948 A1 WO2010034948 A1 WO 2010034948A1
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receiver
code
building
code sequence
replica
Prior art date
Application number
PCT/FR2009/051820
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English (en)
Inventor
Marc Jeannot
Nabil Jardak
Alexandre Vervisch-Picois
Nel Samana
Original Assignee
Centre National D'etudes Spatiales
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/03—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers
    • G01S19/10—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers providing dedicated supplementary positioning signals
    • G01S19/11—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers providing dedicated supplementary positioning signals wherein the cooperating elements are pseudolites or satellite radio beacon positioning system signal repeaters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/35—Constructional details or hardware or software details of the signal processing chain
    • G01S19/37—Hardware or software details of the signal processing chain
    • G—PHYSICS
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    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/31—Acquisition or tracking of other signals for positioning

Definitions

  • the present invention relates to a system and method for determining the position of a receiver inside a building, as well as a receiver of this system.
  • Global Positioning System Global Positioning
  • This GPS system includes about thirty satellites that emit electromagnetic signals at all times. These signals are for example constituted by a C / A code signal at 1, 023 MHz modulating a carrier to
  • the modulation is of the BPSK type.
  • the C / A code signal is usually called code.
  • a receiver of a GPS system captures the signals emitted by at least four satellites and can, by calculating the propagation time of these signals between the satellites and it, know its distance with respect to these and, by trilateration, locate precisely its position in 3 dimensions.
  • the GPS receiver compares the transmission time included in the signal transmitted by the satellite and that of reception of the signal by the receiver. This measurement, after multiplication by the celerity of the signal, provides a pseudo distance, assimilable to a distance, but tainted by a synchronization error of the clocks of the satellite and the receiver, of an error due to the crossing of the atmosphere and an error caused by the Doppler effect induced by the movement of the satellite and the receiver.
  • the receiver Knowing the positions of the satellites at the time of emission of the signals and the measured pseudo-distances, the receiver is able to solve a system of equations whose four unknowns are the position of the receiver in 3 dimensions and the offset of its clock compared to GPS time. This calculation is solved when we have signals transmitted by four satellites.
  • the receiver when the receiver is located inside a building, the electromagnetic signals generated by the satellites weaken through the walls of the building. The GPS receiver is then unable to detect a sufficient number of signals to locate itself.
  • an infrastructure system This system includes an antenna attached to the outside of the building and repeaters also called transmitting beacons, installed inside the building and connected to the antenna. The antenna receives the electromagnetic signals generated by the four satellites. These signals are transmitted by wire connection to the repeaters. To avoid interference, retransmission of the signals inside is done in a sequential way: the repeaters each emit a sequence of each signal. The receiver calculates its position based on the difference in distance between the signal path through a repeater and the signal path through the repeater that transmits the next sequence.
  • This distance difference is calculated from the phase difference between the received carrier and a locally generated carrier, and the phase difference between the received code and locally generated code.
  • This last phase shift is generally called time shift and is expressed in time.
  • FIG. 1 represents the evolution of the time shift during the reception of three successive code sequences.
  • the time shift has significant fluctuations related to the existence of the thermal noise.
  • This noise is modeled by a Gaussian process of zero mean and constant variance.
  • An effective way to minimize the effect of noise is to average it.
  • the calculated averages are meaningless because the time offset tends to an equilibrium state which is that of the receiver's code loop. For example in FIG.
  • This variation of the time shift towards the equilibrium state is induced by the enslavement of the replica to the received code sequence.
  • This slaving is performed to compensate for the variation of the phase of the signal emitted by the satellite, this phase variation being caused by the displacement between the satellite and the receiver (Doppler effect), and by changes in signal velocity as a function of atmospheric conditions.
  • the object of the invention is to provide a receiver for determining a more precise position thereof.
  • the subject of the invention is a receiver of a system for determining at least one positioning information of said receiver, the system comprising the receiver, at least one generator located outside a building, the generator being able to generate a signal called code, and at least two repeaters arranged inside the building, the repeaters being able to receive the code produced by the generator and retransmit each successively a code sequence, the receiver comprising: means for receiving each code sequence;
  • replica means for generating a signal identical to the code
  • a first and a second control loops of the replica for each received code sequence in a first and a second capture range respectively, the second capture range being wider than the first capture range; characterized in that the receiver has switching means adapted to open and close the second control loop.
  • the receiver comprises one or more of the following characteristics, taken separately and / or in combination: the determination means are able to calculate the average value of each time shift over a time span of duration equal to the reception time of a code sequence; the second servocontrol loop comprises an operational amplifier, the switching means being able to adjust the gain of said operational amplifier to a zero value to open said second servocontrol loop; the receiver comprises detection means able to determine whether the receiver is located inside or outside the building and the switching means are suitable for opening the second servocontrol loop, when the receiver is located at the interior of the building;
  • the detection means are able to determine the power level of each received code sequence, and to compare said determined power level with a predefined threshold, the receiver being located inside a building when the power level determined is greater than said predefined threshold;
  • said receiver belongs to a system comprising more than four generators, the receiver comprising selection means able to select the codes used to determine the position of the receiver;
  • the selection means are capable of calculating a standard deviation of a signal-to-noise ratio of each code received, the selection means being able to select the codes having the smallest standard deviation.
  • the invention also relates to a system for determining at least one positioning information of a receiver, the system comprising:
  • At least one generator located outside a building, the generator being able to produce a signal called a code
  • the repeaters being able to receive said code, the repeaters being able to retransmit each successively a code sequence;
  • At least one receiver as described above.
  • the invention also relates to a method for determining at least one positioning information of a receiver when the receiver is located inside a building, the receiver forming part of a system comprising a receiver, at the least one generator located outside the building, the generator being able to generate a signal called code, and at least two repeaters arranged inside the building, the repeaters being able to receiving the code and retransmitting each successively a code sequence, the method comprising the following steps performed by the receiver:
  • replica - generation of a signal identical to the code, called replica; enslaving the replica to each code sequence received, in a first and a second capture range, by a first and a second servo loop respectively, the second capture range being wider than the first capture range;
  • FIG. 1 is a curve representing the variation over time of the time shift between a replica and code sequences originating from three repeaters, in a receiver according to the state of the art.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of a building and a positioning system according to the invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of a receiver according to the invention.
  • FIG. 4 is a block diagram of a receiver processing channel according to the invention.
  • FIG. 5 is a curve representing the variation over time of the time shift between the replica and code sequences originating from three repeaters, in the receiver according to the invention.
  • the system 1 for determining at least one positioning information of a receiver 2 is illustrated in FIG. 2. It comprises satellites 4, 6, 8, 10 belonging to the global satellite navigation system
  • Each satellite 4, 6, 8, 10 is for example suitable for transmitting an electromagnetic signal constituted by a code signal C / A, called code, of period equal to 1 millisecond and of frequency equal to 1.03 MHz modulated to a carrier of frequency equal to 1575.42 MHz. It is therefore composed of 1023 pieces.
  • a chip has a duration of 1/1023 ms and is generally referred to as "chip".
  • the antenna 12 is able to receive said electromagnetic signals coming from the four satellites and to transmit them to the repeaters 16, 18, 20 arranged in the building 14.
  • the repeaters 16, 18, 20 are suitable for retransmitting successively for a duration T and according to a predefined order a sequence of the electromagnetic signal produced by each satellite.
  • the receiver 2 comprises reception means 22, a clock 24 and means 23 for preprocessing the received RF electromagnetic signal.
  • the reception means 22 are able to receive sequences of the electromagnetic signal retransmitted by the repeaters 16, 18, 20.
  • the pretreatment means 23 comprise an RF-IF down converter 26 connected to the reception means 22 and the clock 24, and an analog-digital converter 27 connected to the down converter 26.
  • the down-converter 26 is able to convert the frequency of the carrier of the electromagnetic signal received by the receiver 2 from a radio frequency to an intermediate frequency.
  • the receiver 2 further comprises processing channels 28A, 28B, 28C, 28D connected at input to the preprocessing means 23 and to the clock 24, selection means 25 connected at input to each processing channel 28A, 28B, 28C, 28D, a computer 32 connected to the selection means 30, and finally an output 33 connected to the computer 32.
  • Each processing channel 28A, 28B, 28C, 28D is adapted to process an electromagnetic signal from a satellite.
  • the selection means 25 are able to select electromagnetic signals used by the receiver 2 to determine its position when the antenna 12 receives electromagnetic signals generated by more than one satellite. For this purpose, the selection means 25 are able to calculate a standard deviation of a signal-to-noise ratio for each electromagnetic signal produced by a satellite and to select the signals having the smallest standard deviation.
  • the computer 32 is able to determine the position of the receiver 2 from the information received by each processing channel 28A, 28B, 28C, 28D and provide this information at the output 33.
  • the processing channel 28A has been illustrated in FIG. 4.
  • the processing channel 28A is able to demodulate the carrier of the signal received and to synchronize a locally generated C / A code with the C / A code of the signal received for determine the propagation time of the signal.
  • the channel 28A comprises a carrier loop 53 for demodulating the signal and for determining the propagation time, and a code loop 62 making it easier to measure this propagation time.
  • the channel 28A further comprises a generator 29 connected to the clock 24 as well as a first 30 and a second 31 mixers connected at the output of the generator 29 and the converter 27.
  • the generator 29 is able to generate on an output 29A a Q phase quadrature component (cosine) and on an output 29B a phase I (sinus) component of an electromagnetic signal which is a replica of the electromagnetic signal emitted by the satellite at the intermediate frequency.
  • the generator 29 comprises means 29C for adjusting the phase of the electromagnetic signal that it generates.
  • Mixers 30 and 31 are adapted to demodulate each sequence of the received electromagnetic signal. They generate at the output a quadrature Q phase component (cosine) and a phase I (sinus) component of the signal modulating the carrier of the electromagnetic signal coming from the satellite, that is to say in the described example of the C code. /AT.
  • the channel 28A comprises a generator 35 connected to the clock 24, and a time shift register 36 connected at the input to the generator 35.
  • the generator 35 is able to generate a signal identical to the signal modulating the carrier of the electromagnetic signal produced by the satellite .
  • This signal is usually called a replica.
  • the replica is a C / A code, that is to say a binary signal of period equal to one millisecond and of frequency equal to 1.023 MHz.
  • the generator 35 comprises means 35C for adjusting the phase of the replica.
  • the register 36 is able to transmit the replica without delay by an output P, the replica in advance of the duration ⁇ / 2 by an output E, the replica late by the duration ⁇ / 2 by an output L.
  • the duration of the time range ⁇ is adjustable. For example, it is equal to
  • the replica without time offset is called "point replica” or the word “prompt”.
  • the early replica is referred to as “early”.
  • the late reply is referred to as "late”.
  • the channel 28A comprises a correlator 38 connected to the output of the mixer 31 and the output P of the register 36, and a correlator 40 connected to the output of the mixer 30 and to the output P of the register 36.
  • correlators 38, 40 are capable of performing a correlation function between the point replica and the Q and I components of each received and demodulated code sequence.
  • the channel 28A further comprises a carrier discriminator 50 connected to the output of the correlators 38 and 40, and a filter 52 connected at the input to the output of the carrier discriminator 50 and output to the adjustment means 29C of the generator.
  • the carrier discriminator 50 is able to determine the phase difference between the phase of the local carrier and the phase of the received signal by using the signals coming out of the correlators 38 and 40.
  • the carrier discriminator 50 is adapted to supply this phase shift to the adjustment means 29C in order to slave the phase of the point replica to the phase of each code sequence received in a first capture range.
  • This first capture range is between - ⁇ / 2 and + ⁇ / 2.
  • This capture range is expressed in radian.
  • a phase shift of 2 ⁇ of the carrier corresponds to a displacement of the carrier of about 19 cm.
  • the filter 52 is able to filter the phase shift to minimize the effect of the thermal noise on the phase and transform the phase into a frequency that drives the adjustment means 29C.
  • the generator 29, the adjustment means 29C, the mixers 30, 31, the correlators 38, 40, the carrier discriminator 50 and the filter 52 form the control loop 53 of the carrier generated locally to the carrier of the electromagnetic signal produced by the satellite.
  • This control loop 53 is used to demodulate the carrier of the signal and to perform a first synchronization between the phase of the electromagnetic signal produced by the generator 29 and the phase of the carrier of the electromagnetic signal produced by the satellite. This loop 53 is used in particular during a step of acquiring the electromagnetic signal. It is called the carrier loop.
  • the channel 28A further comprises two correlators 42, 44 connected to the output of the mixer 31 and the outputs E and L of the register 36, and two correlators 46, 48 connected to the output of the mixer 30 and to the outputs E and L of the register 36 .
  • the correlators 42, 46 are capable of performing a correlation function between the replica in advance and the Q and I components of each received and demodulated code sequence.
  • the correlators 44, 48 are capable of performing a correlation function between the late replica and the Q and I components of each received and demodulated code sequence.
  • the channel 28A further comprises a code discriminator 56 input connected to the correlators 42, 44, 46 and 48, an amplifier 58 connected to the code discriminator 56, and an adder 60 connected as input to the amplifier 58 and output to the amplifiers.
  • adjustment means 35C of the generator 35 The code discriminator 56 is able to search for the phase difference between the phase of the local point replica and the phase of the code of the received signal, by using the components Q, I of each code sequence in a second capture range wider than the first capture range.
  • phase shift of the code is designated in terms of temporal or spatial offset and is expressed in length or time (chip).
  • a chip corresponds to a length of 293 m.
  • a phase shift of 2 ⁇ of the code corresponds to a duration of 1 chip and a length of 293 m.
  • the second capture range has a duration of between -0.5 chips and 0.5 chips.
  • the second capture range is 3080 times wider than the first capture range.
  • the code discriminator 56 subtracts the correlation function obtained from the late replica with the correlation function obtained from the replica in advance. This subtraction is representative of the time offset between the point replica and a code sequence. This time offset is equal to 0 when the point replica is synchronized to the received code.
  • the code discriminator 56 is capable of supplying this time offset to the adjustment means 35C in order to slave the replica to each code sequence received in the second capture time range.
  • the gain of the amplifier 58 is equal to Bn / 0.25 (Bn is the bandwidth of the noise of the code loop and is generally less than 5 Hz).
  • the channel 28A further comprises an amplifier 54 connected at the input to the filter 52 and at the output to the adder 60.
  • the amplifier 54 has a gain equal to 1/1540, that is to say a gain corresponding to the ratio between the frequency of the carrier and the frequency of generation of the code.
  • the adder 60 is capable of summing the time offset of the code determined by the code discriminator 56 at the phase shift of the carrier determined by the discriminator of the carrier 50, the latter phase shift being weighted by the gain of the amplifier 54.
  • the adjustment 35C is adapted to adjust the phase of the phase shift replica from the adder 60, i.e. the time offset of the code added to the weighted phase shift of the carrier.
  • the generator 35, the adjusting means 35C, the register 36, the correlators 42, 44, 46 and 48, the discriminator of the carrier 56, the amplifier 58 and the summator 60 form a new control loop 62.
  • This servo loop 62 is a delay locked loop (DLL). It is used to synchronize the phase of the replica to the phase of each code sequence during a tracking step of the electromagnetic signal generated by the satellite. This tracking is more robust than that performed by the carrier loop, this loop is called code loop.
  • DLL delay locked loop
  • the channel 28A comprises means 63 for determining a difference in distance, connected to the output of the code discriminator 56, detection means 64 connected to the pre-processing means 23 and switching means 66 connected to the detection means 64 and able to adjust the gain of the amplifier 58.
  • the determining means 63 are able to determine the distance difference between a first 2-satellite receiver path 4 passing through a first repeater 18 and a second 2-satellite receiver path 4 passing through a second repeater 20.
  • the determination means 63 are furthermore able to calculate the average value of the time offsets D1 M, D2M, by integrating them over a time span of duration equal to the reception duration of the code sequence. , that is to say over a period T.
  • the determination means 63 are able to measure the duration D12 separating a first average value D1 M time offset corresponding to the phase shift between the replica and a code sequence from the first repeater 18, at a second average time shift value D2M corresponding to the phase shift between the replica and a code sequence from the second repeater 20.
  • the determination means 63 are also able to determine the distance difference between the first and second paths from the determined duration D12 and the speed of the signal in the air.
  • the detection means 64 are capable of determining whether the receiver 2 is located inside or outside the building 14, for example by measuring the power level of the received code sequences and comparing this determined power level to a given value. predefined threshold. Indeed, when the receiver 2 is located inside the building 14, the determined power level is greater than the predefined threshold due to the amplification of the signals before transmission by the repeaters.
  • the switching means 66 are able to open the code control loop 62 by adjusting the gain of the amplifier 58 to a value equal to 0.
  • the switching means 66 are also adapted to return the value of the gain of the amplifier 58 to its initial value when the detection means 64 determine that the receiver is outside the building.
  • the receiver 2 receives, scans and demodulates the electromagnetic signal produced for example by the satellite 4.
  • the receiver goes into tracking mode using the carrier loops 53 and code 62 to refine these measurements (Doppler and propagation time).
  • the determination means 63 calculate the pseudo distance from the repeater 2 to the satellite 4 from the time offset determined by the code discriminator 56.
  • the repeaters 16, 18, 20 retransmit successively for a duration T and in a predefined order a sequence of the electromagnetic signal produced by the satellite 4.
  • the detection means 64 determine that the receiver 2 is inside a building. They control the switching means 66 which regulate the gain of the amplifier 58 to a zero value.
  • FIG. 5 illustrates the time shift D (t) generated by the code discriminator 56 when the gain of the amplifier 58 is zero. As shown in this figure, this time shift has fluctuations but does not tend towards the equilibrium of the loop. In particular, this time shift has fluctuations around a constant average value.
  • the adjustment means 35C adjusts the phase of the replica only from the weighted phase shift of the carrier coming from the discriminator of the carrier 50.
  • the time offset illustrated in Figure 5 represents time lag
  • the code control loop 62 Since the code control loop 62 is open, the time offsets D1, D2, D3 no longer drift over time, they only show fluctuations around a mean value D1 M, D2M, D3M. These fluctuations result from the presence of thermal noise in the received signal. This thermal noise is modeled by a Gaussian process of zero mean and constant variance.
  • the determination means 63 calculate the average value D1 M of the time shift by integration of the time shift D1 over the duration T. Then, the determination means 63 calculate the average value D2M of the time shift by integration of the time shift D2 over the duration T
  • the determining means 63 measure the duration D12 separating the time shift D1 M from the time shift D2M, multiply this duration by the celerity of the signal and divide by the frequency of the code (since the output of the discriminator 56 is in chip and not in seconds) to obtain the difference in distance between the distance d 2 , is and the distance d 2 , 20
  • the distance d 2 , 18 is the distance from the receiver 2 to the repeater 18.
  • the distance d 2 , 20 is the distance from the receiver 2 to the repeater 20.
  • the duration D23 separating the time shift D2M to the time shift D3M is representative of the difference in distance separating the distance d 2, between the receiver 2 and the repeater 20, and the distance d 2, 16 between the receiver 2 and the repeater 16.
  • the position of the receiver 2 is then determined by trilateration or triangulation from the determined distance differences.
  • the receiver according to the invention can be used outside and inside without modification of its structure.
  • the code lock loop 62 is opened by operating a switch.
  • the satellites 4 to 10 and the antenna 12 are replaced by a single generator capable of generating a single signal in the building 14 and allowing the 3-dimensional location of the receiver 2
  • This generator generates a GPS signal similar to that sent by satellites. It's actually a GPS signal simulator.
  • the code loop is necessary to eliminate the code of the received signal.
  • the code is unique to each satellite and identifies the satellites in a Code Division Multiple Access (CDMA) system.
  • CDMA Code Division Multiple Access
  • Each satellite has its own C / A code.
  • the carrier loop is less robust than a code loop, i.e. it is more sensitive to signal dynamics (i.e., changes in the delay time of the signal). 'wave). Measuring the phase shift of the carrier loop is more complicated, especially when the signal is interrupted for a short time following a masking, for example.
  • the wavelength of the signal is approximately 0.19 meters: this does not make it possible to measure the instantaneous phase jumps and to deduce therefrom the difference in distance between the receiver and two successive repeaters which are of order of a few meters.

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Abstract

L'invention concerne un récepteur d'un système de détermination d'au moins une information de positionnement dudit récepteur, le récepteur (2) comprenant : - des moyens de réception de chaque séquence de code; - des moyens (35) de génération d'un signal identique au code, appelé réplique; - des moyens (63) de détermination de l'information de positionnement du récepteur (2) à partir de la détermination du décalage temporel entre la réplique et une séquence de code, pour deux séquences de code réceptionnées successivement; et - une première (53) et une deuxième (62) boucles d'asservissement de la réplique à chaque séquence de code réceptionnée, dans une première et respectivement une deuxième plages de capture, la deuxième plage de capture étant plus large que la première plage de capture; Le récepteur (2) comporte des moyens de commutation (66) propres à ouvrir et à fermer la deuxième boucle d'asservissement (62).

Description

Système et procédé de détermination d'un récepteur et récepteur associé.
La présente invention concerne un système et un procédé de détermination de la position d'un récepteur à l'intérieur d'un bâtiment, ainsi qu'un récepteur de ce système. Le système de positionnement global (de l'anglais « Global Positioning
System ») plus connu par son sigle GPS, permet à des personnes munies d'un récepteur de se localiser sur terre, sur mer et dans les airs.
Ce système GPS comprend une trentaine de satellites qui émettent en permanence des signaux électromagnétiques. Ces signaux sont par exemple constitués par un signal de code C/A, à 1 ,023 MHz modulant une porteuse à
1575,42 MHz. La modulation est de type BPSK. Le signal de code C/A est généralement appelé code.
Un récepteur d'un système GPS capte les signaux émis par au moins quatre satellites et peut, en calculant les temps de propagation de ces signaux entre les satellites et lui, connaître sa distance par rapport à ceux-ci et, par trilatération, situer précisément sa position en 3 dimensions.
Pour mesurer ce temps, le récepteur GPS compare l'heure d'émission incluse dans le signal émis par le satellite et celle de réception du signal par le récepteur. Cette mesure, après multiplication par la célérité du signal, fournit une pseudo distance, assimilable à une distance, mais entachée d'une erreur de synchronisation des horloges du satellite et du récepteur, d'une erreur due à la traversée de l'atmosphère et d'une erreur provoquée par l'effet Doppler induit par le mouvement du satellite et du récepteur.
Connaissant les positions des satellites à l'heure d'émission des signaux et les pseudo-distances mesurées, le récepteur est en mesure de résoudre un système d'équations dont les quatre inconnues sont la position du récepteur en 3 dimensions et le décalage de son horloge par rapport au temps GPS. Ce calcul est résolu dès lors que l'on dispose de signaux transmis par quatre satellites.
Toutefois, lorsque le récepteur est situé à l'intérieur d'un bâtiment, les signaux électromagnétiques générés par les satellites s'affaiblissent en traversant les murs du bâtiment. Le récepteur GPS est alors incapable de détecter un nombre suffisant de signaux pour se localiser. Pour améliorer la détermination de la position du récepteur en intérieur, il a été proposé notamment un système à infrastructure. Ce système comporte une antenne fixée à l'extérieur du bâtiment et des répéteurs aussi appelés balises émettrices, installés à l'intérieur du bâtiment et reliés à l'antenne. L'antenne réceptionne les signaux électromagnétiques générés par les quatre satellites. Ces signaux sont transmis par liaison filaire aux répéteurs. Pour éviter les interférences, la retransmission des signaux à l'intérieur s'effectue d'une façon séquentielle : les répéteurs émettent chacun leur tour une séquence de chaque signal. Le récepteur calcule sa position en se basant sur la différence de distance entre le trajet du signal passant par un répéteur et le trajet du signal passant par le répéteur qui émet la séquence suivante.
Cette différence de distance est calculée à partir du déphasage entre la porteuse réceptionnée et une porteuse générée localement, et du déphasage entre le code réceptionné et un code généré localement. Ce dernier déphasage est généralement appelé décalage temporel et est exprimé en temps.
La durée séparant deux décalages temporels est mesurée au moment de la transition entre la réception d'une séquence de code provenant d'un répéteur et la réception d'une séquence de code subséquente provenant d'un autre répéteur. La figure 1 représente l'évolution du décalage temporel lors de la réception de trois séquences de code successives. Comme visible sur cette figure, le décalage temporel présente des fluctuations importantes liées à l'existence du bruit thermique. Ce bruit est modélisé par un processus Gaussien de moyenne nulle et de variance constante. Un moyen efficace pour minimiser l'effet du bruit est de le moyenner. Toutefois, les moyennes calculées n'ont aucun sens car le décalage temporel tend vers un état d'équilibre qui est celui de la boucle de code du récepteur. Par exemple sur la figure 1 , le décalage temporel moyen est égal à 0.05 chip au début de la réception de la séquence de code (t =20 secondes) et à 0.0025 chip à la fin de la réception de la séquence de code (t =21 secondes). Cette variation du décalage temporel vers l'état d'équilibre est induite par l'asservissement de la réplique à la séquence de code réceptionnée. Cet asservissement est réalisé pour compenser de la variation de la phase du signal émis par le satellite, cette variation de phase étant provoquée par le déplacement relatif entre le satellite et le récepteur (effet Doppler), et par les modifications de la célérité du signal en fonction des conditions atmosphériques.
Toutefois, cette variation rend la mesure de la durée séparant deux décalages temporels difficile et provoque ainsi des difficultés de détermination de la position du récepteur.
L'invention a pour but de fournir un récepteur permettant de déterminer une position plus précise de celui-ci.
A cet effet, l'invention a pour objet un récepteur d'un système de détermination d'au moins une information de positionnement dudit récepteur, le système comprenant le récepteur, au moins un générateur localisé à l'extérieur d'un bâtiment, le générateur étant apte à générer un signal appelé code, et au moins deux répéteurs agencés à l'intérieur du bâtiment, les répéteurs étant aptes à réceptionner le code produit par le générateur et à retransmettre chacun successivement une séquence de code, le récepteur comprenant : - des moyens de réception de chaque séquence de code ;
- des moyens de génération d'un signal identique au code, appelé réplique ;
- des moyens de détermination de l'information de positionnement du récepteur à partir de la détermination du décalage temporel entre la réplique et une séquence de code, pour deux séquences de code réceptionnées successivement ; et
- une première et une deuxième boucles d'asservissement de la réplique à chaque séquence de code réceptionnée, dans une première et respectivement une deuxième plages de capture, la deuxième plage de capture étant plus large que la première plage de capture ; caractérisé en ce que le récepteur comporte des moyens de commutation propres à ouvrir et à fermer la deuxième boucle d'asservissement.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le récepteur comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément et/ou en combinaison : - les moyens de détermination sont aptes à calculer la valeur moyenne de chaque décalage temporel sur une plage de temps de durée égale à la durée de réception d'une séquence de code ; - la deuxième boucle d'asservissement comporte un amplificateur opérationnel, les moyens de commutation étant aptes à régler le gain dudit amplificateur opérationnel à une valeur nulle pour ouvrir ladite deuxième boucle d'asservissement ; - le récepteur comporte des moyens de détection propres à déterminer si le récepteur est localisé à l'intérieur ou à l'extérieur du bâtiment et les moyens de commutation sont propres à ouvrir la deuxième boucle d'asservissement, lorsque le récepteur est localisé à l'intérieur du bâtiment ;
- les moyens de détection sont aptes à déterminer le niveau de puissance de chaque séquence de code réceptionnée, et à comparer ledit niveau de puissance déterminé à un seuil prédéfini, le récepteur étant localisé à l'intérieur d'un bâtiment lorsque le niveau de puissance déterminé est supérieur audit seuil prédéfini ;
- ledit récepteur appartient à un système comprenant plus de quatre générateurs, le récepteur comportant des moyens de sélection aptes à sélectionner les codes utilisés pour déterminer la position du récepteur ; et
- les moyens de sélection sont propres à calculer un écart type d'un rapport signal sur bruit de chaque code réceptionné, les moyens de sélection étant aptes à sélectionner les codes présentant le plus faible écart type. L'invention a également pour objet un système de détermination d'au moins une information de positionnement d'un récepteur, le système comprenant :
- au moins un générateur localisé à l'extérieur d'un bâtiment, le générateur étant apte à produire un signal appelé code ;
- au moins deux répéteurs agencés à l'intérieur du bâtiment, les répéteurs étant aptes à réceptionner ledit code, les répéteurs étant propres à retransmettre chacun successivement une séquence de code ;
- au moins un récepteur tel que décrit ci-dessus.
L'invention a également pour objet un procédé de détermination d'au moins une information de positionnement d'un récepteur lorsque ce récepteur est localisé à l'intérieur d'un bâtiment, le récepteur faisant partie d'un système comprenant un récepteur, au moins un générateur localisé à l'extérieur du bâtiment, le générateur étant apte à générer un signal appelé code, et au moins deux répéteurs agencés à l'intérieur du bâtiment, les répéteurs étant aptes à réceptionner le code et à retransmettre chacun successivement une séquence de code, le procédé comportant les étapes suivantes réalisées par le récepteur :
- réception de chaque séquence de code ;
- génération d'un signal identique au code, appelé réplique ; - asservissement de la réplique à chaque séquence de code réceptionnée, dans une première et une deuxième plages de capture, par une première et respectivement une deuxième boucles d'asservissement, la deuxième plage de capture étant plus large que la première plage de capture ; et
- détermination d'une information de position du récepteur à partir du décalage temporel entre la réplique et chaque séquence de code, pour au moins deux séquences de code réceptionnées successivement ; caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape d'ouverture de la deuxième boucle d'asservissement de sorte que la réplique est asservie à chaque séquence de code réceptionnée uniquement dans la deuxième plage de capture. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une courbe représentant la variation au cours du temps du décalage temporel entre une réplique et des séquences de code provenant de trois répéteurs, dans un récepteur selon l'état de la technique ; et
- la figure 2 est une vue en perspective schématique d'un bâtiment et d'un système de positionnement selon l'invention ;
- la figure 3 est un schéma bloc d'un récepteur selon l'invention ;
- la figure 4 est un schéma bloc d'un canal de traitement du récepteur selon l'invention ; et
- la figure 5 est une courbe représentant la variation au cours du temps du décalage temporel entre la réplique et des séquences de code provenant de trois répéteurs, dans le récepteur selon l'invention.
Le système 1 de détermination d'au moins une information de positionnement d'un récepteur 2 est illustré sur la figure 2. Il comprend des satellites 4, 6, 8, 10 appartenant au système global de navigation par satellite
(GPS ou GNSS), une antenne 12 fixée sur un bâtiment 14, des répéteurs 16, 18,
20 reliés à l'antenne 12, ainsi que le récepteur 2. Chaque satellite 4, 6, 8, 10 est par exemple propre à transmettre un signal électromagnétique constitué par un signal de code C/A, appelé code, de période égale à 1 milliseconde et de fréquence égale à 1 ,023 MHz modulé à une porteuse de fréquence égale à 1575,42 MHz. Il est donc composé de 1023 bribes. Un bribe a une durée de 1/1023 ms et est généralement désigné par le terme anglais « chip ».
L'antenne 12 est apte à réceptionner lesdits signaux électromagnétiques provenant des quatre satellites et à les transmettre aux répéteurs 16, 18, 20 agencés dans le bâtiment 14. Les répéteurs 16, 18, 20 sont propres à retransmettre successivement pendant une durée T et selon un ordre prédéfini une séquence du signal électromagnétique produit par chaque satellite.
De façon connue, pour définir la position du récepteur à 3 dimensions, il est nécessaire d'avoir 3+1 satellites. En effet, il existe quatre inconnues: x, y et z, les coordonnées spatiales du récepteur, ainsi que le biais d'horloge du récepteur par rapport au temps GPS. Quatre satellites sont donc nécessaires pour résoudre un système à quatre équations et quatre inconnues.
Dans la suite de la description, seul le traitement d'un signal électromagnétique provenant d'un satellite a été décrit, le traitement des signaux électromagnétiques provenant des autres satellites étant identique.
En référence à la figure 3, le récepteur 2 comporte des moyens de réception 22, une horloge 24 et des moyens 23 de prétraitement du signal électromagnétique RF réceptionné.
Les moyens de réception 22 sont aptes à réceptionner des séquences du signal électromagnétique retransmis par les répéteurs 16, 18, 20.
Les moyens de prétraitement 23 comportent un convertisseur-abaisseur RF-IF 26 connecté aux moyens de réception 22 et à l'horloge 24, et un convertisseur analogique-numérique 27 relié au convertisseur-abaisseur 26.
Le convertisseur-abaisseur 26 est apte à convertir la fréquence de la porteuse du signal électromagnétique réceptionné par le récepteur 2 d'une fréquence radio à une fréquence intermédiaire.
Le récepteur 2 comprend en outre des canaux de traitement 28A, 28B, 28C, 28D connectés en entrée aux moyens de prétraitement 23 et à l'horloge 24, des moyens de sélection 25 connectés en entrée à chaque canal de traitement 28A, 28B, 28C, 28D, un calculateur 32 relié aux moyens de sélection 30, et enfin une sortie 33 reliée au calculateur 32.
Chaque canal de traitement 28A, 28B, 28C, 28D est propre à traiter un signal électromagnétique provenant d'un satellite.
Les moyens de sélection 25 sont aptes à sélectionner des signaux électromagnétiques utilisés par le récepteur 2 pour déterminer sa position lorsque l'antenne 12 réceptionne des signaux électromagnétiques générés par plus d'un satellite. A cet effet, les moyens de sélection 25 sont propres à calculer un écart type d'un rapport signal sur bruit pour chaque signal électromagnétique produit par un satellite et à sélectionner les signaux présentant le plus faible écart type.
Le calculateur 32 est propre à déterminer la position du récepteur 2 à partir des informations réceptionnées par chaque canal de traitement 28A, 28B, 28C, 28D et fournir cette information à la sortie 33.
Dans la suite de la description, seul le traitement d'un signal électromagnétique provenant d'un satellite a été décrit, le traitement des signaux électromagnétiques provenant des autres satellites étant identique.
A cet effet, le canal de traitement 28A a été illustré sur la figure 4. Le canal de traitement 28A est propre à démoduler la porteuse du signal réceptionné et à synchroniser un code C/A généré localement au code C/A du signal réceptionné pour déterminer le temps de propagation du signal.
A cet effet, le canal 28A comprend une boucle de porteuse 53 permettant de démoduler le signal et de déterminer le temps de propagation, et une boucle de code 62 permettant de mesurer plus facilement ce temps de propagation.
Le canal 28A comprend en outre un générateur 29 relié à l'horloge 24 ainsi qu'un premier 30 et un deuxième 31 mélangeurs reliés en sortie du générateur 29 et du convertisseur 27.
Le générateur 29 est propre à générer sur une sortie 29A une composante en quadrature de phase Q (cosinus) et sur une sortie 29B une composante en phase I (sinus) d'un signal électromagnétique qui est une réplique du signal électromagnétique émis par le satellite à la fréquence intermédiaire. Le générateur 29 comporte des moyens 29C d'ajustement de la phase du signal électromagnétique qu'il génère.
Les mélangeurs 30 et 31 sont propres à démoduler chaque séquence du signal électromagnétique réceptionné. Ils génèrent en sortie une composante en quadrature de phase Q (cosinus) et une composante en phase I (sinus) du signal modulant la porteuse du signal électromagnétique provenant du satellite, c'est-à- dire dans l'exemple décrit du code C/A.
Le canal 28A comprend un générateur 35 relié à l'horloge 24, et un registre de décalage temporel 36 relié en entrée au générateur 35. Le générateur 35 est propre à générer un signal identique au signal modulant la porteuse du signal électromagnétique produit par le satellite. Ce signal est généralement appelé réplique. Dans l'exemple de l'invention décrit et illustré sur la figure 4, la réplique est un code C/A, c'est-à-dire un signal binaire de période égale à une milliseconde et de fréquence égale à 1 ,023 MHz. Le générateur 35 comporte des moyens 35C d'ajustement de la phase de la réplique.
Le registre 36 est apte à transmettre la réplique sans retard par une sortie P, la réplique en avance de la durée Δ/2 par une sortie E, la réplique en retard de la durée Δ/2 par une sortie L. La durée de la plage temporelle Δ est réglable. Elle est par exemple égale à
1 bribe.
Généralement, la réplique sans décalage temporel est appelée « réplique ponctuelle » ou par le terme anglais « prompt ». La réplique en avance est désignée par le terme anglais « early ». La réplique en retard est désignée par le terme anglais « late ».
Le canal 28A comporte un corrélateur 38 connecté à la sortie du mélangeur 31 et à la sortie P du registre 36, et un corrélateur 40 relié à la sortie du mélangeur 30 et à la sortie P du registre 36.
Ces corrélateurs 38, 40 sont aptes à réaliser une fonction de corrélation entre la réplique ponctuelle et les composantes Q et I de chaque séquence de code réceptionnée et démodulée.
Le canal 28A comprend en outre un discriminateur de porteuse 50 relié à la sortie des corrélateurs 38 et 40, et un filtre 52 connecté en entrée à la sortie du discriminateur de porteuse 50 et en sortie aux moyens d'ajustement 29C du générateur.
Le discriminateur de porteuse 50 est apte à déterminer la différence de phase entre la phase de la porteuse locale et la phase du signal reçu en utilisant les signaux sortant des corrélateurs 38 et 40.
Le discriminateur de porteuse 50 est apte à fournir ce déphasage aux moyens d'ajustement 29C afin d'asservir la phase de la réplique ponctuelle à la phase de chaque séquence de code réceptionnée dans une première plage de capture. Cette première plage de capture est comprise entre -ττ/2 et + ττ/2. Cette plage de capture est exprimée en radian. Un déphasage de 2π de la porteuse correspond à un déplacement de la porteuse d'environ 19 cm.
Le filtre 52 est apte à filtrer le déphasage pour minimiser l'effet du bruit thermique sur la phase et transformer la phase en fréquence qui pilote les moyens d'ajustement 29C. Le générateur 29, les moyens d'ajustement 29C, les mélangeurs 30, 31 , les corrélateurs 38, 40, le discriminateur de porteuse 50 et le filtre 52 forment la boucle d'asservissement 53 de la porteuse générée localement à la porteuse du signal électromagnétique produit par le satellite.
Cette boucle d'asservissement 53 est utilisée pour démoduler la porteuse du signal et pour réaliser une première synchronisation entre la phase du signal électromagnétique produit par le générateur 29 et la phase de la porteuse du signal électromagnétique produit par le satellite. Cette boucle 53 est notamment utilisée au cours d'une étape d'acquisition du signal électromagnétique. Elle est appelée la boucle de porteuse. Le canal 28A comporte en outre deux corrélateurs 42, 44 connectés à la sortie du mélangeur 31 et aux sorties E et L du registre 36, et deux corrélateurs 46, 48 reliés à la sortie du mélangeur 30 et aux sorties E et L du registre 36.
Les corrélateurs 42, 46 sont aptes à réaliser une fonction de corrélation entre la réplique en avance et les composantes Q et I de chaque séquence de code réceptionnée et démodulée.
Les corrélateurs 44, 48 sont aptes à réaliser une fonction de corrélation entre la réplique en retard et les composantes Q et I de chaque séquence de code réceptionnée et démodulée. Le canal 28A comprend en outre un dischminateur de code 56 relié en entrée aux corrélateurs 42, 44, 46 et 48, un amplificateur 58 connecté au dischminateur de code 56, et un sommateur 60 relié en entrée à l'amplificateur 58 et en sortie aux moyens d'ajustement 35C du générateur 35. Le dischminateur de code 56 est propre à rechercher le déphasage entre la phase de la réplique ponctuelle locale et la phase du code du signal reçu, en utilisant les composantes Q, I de chaque séquence de code dans une deuxième plage de capture plus large que la première plage de capture.
Généralement, le déphasage du code est désigné en terme de décalage temporel ou spatial et est exprimé en longueur ou en temps (chip). Un chip correspond à une longueur de 293 m. Un déphasage de 2π du code correspond à une durée de 1 chip et à une longueur de 293 m. La deuxième plage de capture présente une durée comprise entre -0,5 chip et 0,5 chip.
La deuxième plage de capture est 3080 fois plus large que la première plage de capture.
A cet effet, le discriminateur de code 56 soustrait la fonction de corrélation obtenue à partir de la réplique en retard à la fonction de corrélation obtenue à partir de la réplique en avance. Cette soustraction est représentative du décalage temporel entre la réplique ponctuelle et une séquence de code. Ce décalage temporel est égal à 0 lorsque la réplique ponctuelle est synchronisée au code reçu.
Le discriminateur de code 56 est apte à fournir ce décalage temporel aux moyens d'ajustement 35C afin d'asservir la réplique à chaque séquence de code réceptionnée dans la deuxième plage temporelle de capture. Au cours du fonctionnement usuel et en extérieur du récepteur 2, le gain de l'amplificateur 58 est égal à Bn/0,25 (Bn est la largeur de bande du bruit de la boucle de code et est généralement inférieure à 5 Hz).
Le canal 28A comprend en outre un amplificateur 54 relié en entrée au filtre 52 et en sortie au sommateur 60. L'amplificateur 54 présente un gain égal à 1/1540, c'est-à-dire un gain correspondant au rapport entre la fréquence de la porteuse et la fréquence de génération du code. Le sommateur 60 est propre à sommer le décalage temporel du code déterminé par le discriminateur de code 56 au déphasage de la porteuse déterminé par le discriminateur de la porteuse 50, ce dernier déphasage étant pondéré par le gain de l'amplificateur 54. Les moyens d'ajustement 35C sont propres à ajuster la phase de la réplique au déphasage provenant du sommateur 60, c'est-à-dire au décalage temporel du code additionné au déphasage pondéré de la porteuse.
Le générateur 35, les moyens d'ajustement 35C, le registre 36, les corrélateurs 42, 44, 46 et 48, le discriminateur de la porteuse 56, l'amplificateur 58 et le sommateur 60 forment une nouvelle boucle d'asservissement 62.
Cette boucle d'asservissement 62 est une boucle à verrouillage de retard (DLL). Elle est utilisée pour synchroniser la phase de la réplique à la phase de chaque séquence de code au cours d'une étape de poursuite (en anglais « tracking ») du signal électromagnétique généré par le satellite. Cette poursuite est plus robuste que celle réalisée par la boucle de la porteuse, cette boucle est appelée boucle de code.
Le canal 28A comporte des moyens 63 de détermination d'une différence de distance, reliés à la sortie du discriminateur de code 56, des moyens de détection 64 connectés aux moyens de prétraitement 23 et des moyens de commutation 66 reliés aux moyens de détection 64 et aptes à régler le gain de l'amplificateur 58.
Les moyens de détermination 63 sont aptes à déterminer la différence de distance entre un premier trajet récepteur 2-satellite 4 passant par un premier répéteur 18 et un deuxième trajet récepteur 2-satellite 4 passant par un deuxième répéteur 20.
A cet effet, les moyens de détermination 63 sont en outre aptes à calculer la valeur moyenne des décalages temporels D1 M, D2M, par intégration de ceux-ci sur une plage de temps de durée égale à la durée de réception de la séquence de code, c'est-à-dire sur une durée T. Les moyens de détermination 63 sont aptes à mesurer la durée D12 séparant une première valeur moyenne D1 M de décalage temporel correspondant au déphasage entre la réplique et une séquence de code provenant du premier répéteur 18, à une deuxième valeur moyenne D2M de décalage temporel correspondant au déphasage entre la réplique et une séquence de code provenant du deuxième répéteur 20.
Les moyens de détermination 63 sont également propres à déterminer la différence de distance entre le premier et le deuxième trajets à partir de la durée D12 déterminée et de la célérité du signal dans l'air.
Les moyens de détection 64 sont propres à déterminer si le récepteur 2 est localisé à l'intérieur ou à l'extérieur du bâtiment 14 par exemple par mesure du niveau de puissance des séquences de code réceptionnées et comparaison de ce niveau de puissance déterminé à un seuil prédéfini. En effet, lorsque le récepteur 2 est localisé à l'intérieur du bâtiment 14, le niveau de puissance déterminé est supérieur au seuil prédéfini en raison de l'amplification des signaux avant transmission par les répéteurs.
Les moyens de commutation 66 sont aptes à ouvrir la boucle d'asservissement du code 62 par réglage du gain de l'amplificateur 58 à une valeur égale à 0.
Les moyens de commutation 66 sont également propres à remettre la valeur du gain de l'amplificateur 58 à sa valeur initiale lorsque les moyens de détection 64 déterminent que le récepteur est à l'extérieur du bâtiment.
En fonctionnement, le récepteur 2 réceptionne, numérise et démodule le signal électromagnétique produit par exemple par le satellite 4.
Après une phase dite d'acquisition, pendant laquelle le récepteur 2 détermine des valeurs grossières du temps de propagation et de la fréquence
Doppler, le récepteur passe en mode poursuite en utilisant les boucles de porteuse 53 et de code 62 pour affiner ces mesures (Doppler et temps de propagation).
Parallèlement, les moyens de détermination 63 calculent la pseudo distance du répéteur 2 au satellite 4 à partir du décalage temporel déterminé par le dischminateur de code 56.
A l'intérieur du bâtiment 14, les répéteurs 16, 18, 20 retransmettent successivement pendant une durée T et selon un ordre prédéfini une séquence du signal électromagnétique produit par le satellite 4. Les moyens de détection 64 déterminent que le récepteur 2 est à l'intérieur d'un bâtiment. Ils commandent les moyens de commutation 66 qui règlent le gain de l'amplificateur 58 à une valeur nulle.
La figure 5 illustre le décalage temporel D(t) généré par le discriminateur de code 56 lorsque le gain de l'amplificateur 58 est nul. Comme visible sur cette figure, ce décalage temporel présente des fluctuations mais ne tend pas vers l'équilibre de la boucle. En particulier, ce décalage temporel présente des fluctuations autour d'une valeur moyenne constante.
Les moyens d'ajustement 35C ajustent la phase de la réplique uniquement à partir du déphasage pondéré de la porteuse issue du discriminateur de la porteuse 50.
Le décalage temporel illustré sur la figure 5 représente décalage temporel
D1 entre la réplique et une séquence de code retransmise par le répéteur 18, le décalage temporel D2 entre la réplique et une séquence de code retransmise par le répéteur 20, et enfin le décalage temporel D3 entre la réplique et une séquence de code retransmise par le répéteur 16.
Comme la boucle d'asservissement du code 62 est ouverte, les décalages temporels D1 , D2, D3 ne dérivent plus au cours du temps, ils présentent uniquement des fluctuations autour d'une valeur moyenne D1 M, D2M, D3M. Ces fluctuations résultent de la présence du bruit thermique dans le signal reçu. Ce bruit thermique est modélisé par un processus gaussien de moyenne nulle et de variance constante.
Le calcul de la moyenne de ces décalages temporels permet donc de réduire au maximum les fluctuations liées au bruit thermique et ainsi d'obtenir une valeur précise de la position du récepteur 2.
Sur réception de ce décalage temporel D1 , les moyens de détermination
63 calculent donc la valeur moyenne D1 M du décalage temporel par intégration du décalage temporel D1 sur la durée T. Puis, les moyens de détermination 63 calculent la valeur moyenne D2M du décalage temporel par intégration du décalage temporel D2 sur la durée T
Puis, les moyens de détermination 63 mesurent la durée D12 séparant le décalage temporel D1 M du décalage temporel D2M, multiplient cette durée par la célérité du signal et divisent par la fréquence du code (puisque la sortie du discriminateur 56 est en chip et pas en seconde) pour obtenir la différence de distance entre la distance d2, is et la distance d2, 20 La distance d2, 18 est la distance du récepteur 2 au répéteur 18. La distance d2, 20 est la distance du récepteur 2 au répéteur 20. Une fois calculée, la durée D12 est envoyée aux moyens d'ajustement 35C pour que la réplique rattrape la phase du code du signal reçu.
De même, la durée D23 séparant le décalage temporel D2M au décalage temporel D3M, est représentative de la différence de distance séparant la distance d2, 20 entre le récepteur 2 et le répéteur 20, et la distance d2, 16 entre le récepteur 2 et le répéteur 16.
La position du récepteur 2 est ensuite déterminée par trilatération ou triangulation à partir des différences de distance déterminées.
Avantageusement, le récepteur selon l'invention peut être utilisé à l'extérieur et à l'intérieur sans modification de sa structure. En variante, la boucle d'asservissement de code 62 est ouverte par actionnement d'un interrupteur.
En variante, les satellites 4 à 10 et l'antenne 12 sont remplacés par un unique générateur propre à générer un unique signal dans le bâtiment 14 et permettant la localisation en 3 dimensions du récepteur 2 Ce générateur génère un signal GPS similaire à celui envoyé par les satellites. C'est en fait un simulateur de signaux GPS.
La boucle de code est nécessaire pour éliminer le code du signal reçu. Le code est propre à chaque satellite et permet d'identifier les satellites dans un système CDMA (Code Division Multiple Access). Chaque satellite possède son propre code C/A. La boucle de porteuse est moins robuste qu'une boucle de code, c'est-à-dire qu'elle est plus sensible aux dynamiques du signal (c'est-à-dire aux variations dans le temps du temps de propagation de l'onde). La mesure du déphasage de la boucle de porteuse est plus compliquée, notamment lorsque le signal est interrompu sur une courte durée à la suite d'un masquage, par exemple. De plus, la longueur d'onde du signal est environ de 0,19 mètre : ceci ne permet pas de mesurer les sauts de phase instantanés et d'en déduire la différence de distance entre le récepteur et deux répéteurs successifs qui sont de l'ordre de quelques mètres.

Claims

REVENDICATIONS
1.- Récepteur (2) d'un système (1 ) de détermination d'au moins une information de positionnement dudit récepteur (2), le système (1 ) comprenant le récepteur (2), au moins un générateur (4, 6, 8, 10) localisé à l'extérieur d'un bâtiment (14), le générateur (4, 6, 8, 10) étant apte à générer un signal appelé code, et au moins deux répéteurs (16, 18, 20) agencés à l'intérieur du bâtiment (14), les répéteurs (16, 18, 20) étant aptes à réceptionner le code produit par le générateur (4, 6, 8, 10) et à retransmettre chacun successivement une séquence de code, le récepteur (2) comprenant : - des moyens (22) de réception de chaque séquence de code ;
- des moyens (35) de génération d'un signal identique au code, appelé réplique ;
- des moyens (63) de détermination de l'information de positionnement du récepteur (2) à partir de la détermination du décalage temporel (D1 , D2, D3) entre la réplique et une séquence de code, pour deux séquences de code réceptionnées successivement ; et
- une première (53) et une deuxième (62) boucles d'asservissement de la réplique à chaque séquence de code réceptionnée, dans une première et respectivement une deuxième plages de capture, la deuxième plage de capture étant plus large que la première plage de capture ; caractérisé en ce que le récepteur (2) comporte des moyens de commutation (66) propres à ouvrir et à fermer la deuxième boucle d'asservissement (62).
2.- Récepteur (2) selon la revendication 1 , dans lequel les moyens de détermination (63) sont aptes à calculer la valeur moyenne (D1 M, D2M, D3M) de chaque décalage temporel (D1 , D2, D3) sur une plage de temps de durée égale à la durée de réception (T) d'une séquence de code.
3.- Récepteur (2) selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel la deuxième boucle d'asservissement (62) comporte un amplificateur opérationnel (58), les moyens de commutation (66) étant aptes à régler le gain dudit amplificateur opérationnel (58) à une valeur nulle pour ouvrir ladite deuxième boucle d'asservissement (62).
4.- Récepteur (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, qui comporte des moyens de détection (64) propres à déterminer si le récepteur (2) est localisé à l'intérieur ou à l'extérieur du bâtiment (14) ; et dans lequel les moyens de commutation (66) sont propres à ouvrir la deuxième boucle d'asservissement (62), lorsque le récepteur (2) est localisé à l'intérieur du bâtiment (14).
5.- Récepteur (2) selon la revendication 4, dans lequel les moyens de détection (64) sont aptes à déterminer le niveau de puissance de chaque séquence de code réceptionnée, et à comparer ledit niveau de puissance déterminé à un seuil prédéfini, le récepteur (2) étant localisé à l'intérieur d'un bâtiment (14) lorsque le niveau de puissance déterminé est supérieur audit seuil prédéfini.
6.- Récepteur (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit récepteur (2) appartenant à un système (1 ) comprenant plus de quatre générateurs (4, 6, 8, 10), le récepteur (2) comportant des moyens de sélection (25) aptes à sélectionner les codes utilisés pour déterminer la position du récepteur (2).
7.- Récepteur (2) selon la revendication 6, dans lequel les moyens de sélection (25) sont propres à calculer un écart type d'un rapport signal sur bruit de chaque code réceptionné, les moyens de sélection (25) étant aptes à sélectionner les codes présentant le plus faible écart type.
8.- Système (1 ) de détermination d'au moins une information de positionnement d'un récepteur (2), le système comprenant :
- au moins un générateur (4, 6, 8, 10) localisé à l'extérieur d'un bâtiment (14), le générateur (4, 6, 8, 10) étant apte à produire un signal appelé code ;
- au moins deux répéteurs (16, 18, 20) agencés à l'intérieur du bâtiment (14), les répéteurs (16, 18, 20) étant aptes à réceptionner ledit code, les répéteurs (16, 18, 20) étant propres à retransmettre chacun successivement une séquence de code ;
- au moins un récepteur (2) conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7.
9.- Procédé de détermination d'au moins une information de positionnement d'un récepteur (2) lorsque ce récepteur est localisé à l'intérieur d'un bâtiment (14), le récepteur (2) faisant partie d'un système comprenant un récepteur (2), au moins un générateur (4, 6, 8, 10) localisé à l'extérieur du bâtiment (14), le générateur (4, 6, 8, 10) étant apte à générer un signal appelé code, et au moins deux répéteurs (16, 18, 20) agencés à l'intérieur du bâtiment (14), les répéteurs (16, 18, 20) étant aptes à réceptionner le code et à retransmettre chacun successivement une séquence de code, le procédé comportant les étapes suivantes réalisées par le récepteur (2) : - réception de chaque séquence de code ;
- génération d'un signal identique au code, appelé réplique ;
- asservissement de la réplique à chaque séquence de code réceptionnée, dans une première et une deuxième plages de capture, par une première (53) et respectivement une deuxième (62) boucles d'asservissement, la deuxième plage de capture étant plus large que la première plage de capture ; et
- détermination d'une information de position du récepteur (2) à partir du décalage temporel (D1 , D2, D3) entre la réplique et chaque séquence de code, pour au moins deux séquences de code réceptionnées successivement ; caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape d'ouverture de la deuxième boucle d'asservissement (62) de sorte que la réplique est asservie à chaque séquence de code réceptionnée uniquement dans la première plage de capture.
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