WO2023057717A1 - Procédé de traitement d'un signal gnss en vue d'atténuer au moins un signal de brouillage - Google Patents

Procédé de traitement d'un signal gnss en vue d'atténuer au moins un signal de brouillage Download PDF

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WO2023057717A1
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WO
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signal
satellite
antenna
determination
jammer
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PCT/FR2022/051874
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Alain Michel Chiodini
Arnaud Lilbert
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Safran Electronics & Défense
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    • 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
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    • G01S19/35—Constructional details or hardware or software details of the signal processing chain
    • G01S19/36—Constructional details or hardware or software details of the signal processing chain relating to the receiver frond end

Definitions

  • TITLE OF THE INVENTION Process for processing a GNSS signal in order to attenuate at least one interference signal
  • the invention relates to a method and a device for processing, eliminating interference in signals received by an array of several antennas of a satellite positioning receiver or GNSS receiver (in English, “Global Navigation Satellite Systems”). And the invention applies in particular to the elimination of interference in a satellite signal received by such a receiver.
  • Satellite positioning systems or GNSS systems (GPS, GALILEO, GLONASS) operate in the radio bands dedicated to this use located in the L band (i.e. between 1 and 2 GHz). Like any radio receiver, they are susceptible to accidental or intentional interference. Used in particular to facilitate transport (sea, river, land and air) and allow the smooth running of industrial, scientific and military applications, their jamming can endanger civilians, industrial processes and military personnel in operation. It is therefore necessary to deploy adequate anti-jamming solutions wherever necessary.
  • Such anti-jamming solutions are based on a spatial processing device comprising a Controlled Radiation Pattern Antenna (CRPA) located upstream of the GNSS receiver and aimed at mitigating the negative impact of jammers on receiver performance.
  • CRPA Controlled Radiation Pattern Antenna
  • Such processing consists in forming an apparent antenna by weighting in amplitude and in phase the signals coming from elementary sensors before summing them so as to form a single signal. It is in fact a question of using a receiver of antennas separated in space and, by an adequate combination of the signals received by each antenna, to attenuate unwanted signals in all directions from which they originate.
  • the object of the invention relates to a signal processing method making it possible to eliminate interference affecting a signal received by an antenna array, for example a satellite signal received by a GNSS receiver.
  • the invention proposes a method for processing a radionavigation signal from a satellite received by a radionavigation receiver comprising several reception antennas, each antenna being configured to receive signals from a satellite of interest, of at least one jammer and possibly of at least one other satellite along given directions, the method comprising the following steps:
  • a number B of jammers detected is known, a jammer being present in the B directions 0 for which the corresponding indicator is lower than the threshold;
  • the attenuation comprises the determination of a set of weighting coefficients w CRPA or w ⁇ RPA associated with a satellite of interest making it possible to attenuate the jamming signal received in the directions thus detected and making it possible to attenuate the appropriate case the signals from other satellites so as to optimize the signal from the satellite of interest;
  • the invention also proposes a computer program product comprising code instructions for implementing a method according to the invention, when the latter is executed by a computer.
  • the invention is based on the fact that the power of the useful signals (GNSS signals transmitted by the satellites) is always much lower than the noise of the receiver.
  • the eigenvalues of the signal space therefore mainly reflect the power of the interference signals received.
  • ⁇ m are the eigenvalues of the components being essentially characteristic of the interference signals and other characteristics of the noise.
  • the invention consists in exploiting the noise subspace obtained from the covariance matrix of the multipath signal supplied by the antenna array.
  • a metric is constructed for a scanned angular domain by performing the scalar product between the eigenvector associated with the noise subspace and the spatial signature depending on the direction of arrival of the source to be detected. The metric thus formed reveals as many notches as there are sources present in the radioelectric environment picked up by the antenna array.
  • Figure 1 illustrates a receiver according to the invention
  • Figure 2 illustrates a possible configuration of an antenna plate according to the invention
  • FIG. 3 illustrates steps of a method according to the invention
  • Figure 4 illustrates a distribution of the eigenvalues of a covariance matrix obtained from a matrix segment consisting of four Gaussian random signals of 1024 samples from four reduced centered Gaussian random variables;
  • FIG. 5 illustrates a metric obtained according to the method of the invention for detecting one or more jammers in a direction of arrival.
  • FIG. 1 illustrates a GNSS receiver 1 comprising an array of antennas, for example of patch type, arranged on an antenna plate 10 .
  • the GNSS signals received by each antenna 11, 12, 13, 14 are transmitted to a processing unit 2 comprising several successive stages.
  • a processing unit is for example a processor configured to implement various processing operations on the signals as will be seen below.
  • the plate comprises four antennas 11, 12, 13, 14. The following description is placed in the case of four antennas, but the invention also applies to a different number of antennas (denoted M in the following) .
  • a configuration of an antenna plate is shown in Figure 2.
  • the gain and phase calibration of the antennas has been carried out beforehand with appropriate hardware and software (algorithmic) means. Such an operation is indeed carried out before the acquisition.
  • the calibration operation makes it possible to measure (in order to cancel them subsequently) the gains and dispersive phase shifts introduced by the reception chains associated with the antennas.
  • , (where 4> designates the angle of incidence of the interfering signal) is received by each antenna connected to a stage 20 comprising radio units 21, 22, 23, 24 per antenna of known type allowing a filtering of the signals, amplification and transposition to an intermediate frequency lower than the carrier frequency of the received signal.
  • the signals are then digitized by an analog/digital conversion unit 30 comprising an analog/digital converter 31, 32, 33, 34 by signal received on each antenna.
  • Each converter provides digital samples that contain navigation information (payload data), interference components and noise inherent in any radio transmission.
  • a jammer is the transmission in one direction of jamming or interfering signals on the receiver 1.
  • the samples received from each antenna are weighted by weighting coefficients which make it possible to attenuate or eliminate the components due to the jammers.
  • these weighting coefficients make it possible to attenuate interfering signals in given directions, which amounts to creating, as it were, notches in the radiation pattern of the antenna array since certain directions are not taken into account in this case. .
  • the set of coefficients w CRPA makes it possible to attenuate the signals received in certain directions, the signal s being a linear combination of the signals received by each antenna weighted by weighting coefficients attenuating the signal in directions in which a signal of interference is received.
  • the set of coefficients w CRPA is a vector whose components are complex scalars.
  • this signal s is supplied to a unit 50 which makes it possible to calculate the navigation data (not described here because it is well known to those skilled in the art).
  • module 40 implements the steps of a process for processing the signals received in order to weight these signals in order to attenuate the interference described below and in relation to FIG. 3.
  • the unit 40 detects from the signal received and acquired (step E0) by each antenna, at least one direction of a jamming signal (step E1) then determines (step E2) for each direction weighting coefficients to be applied to the signals received by each antenna, these coefficients making it possible to attenuate the signal received in the direction of the jamming signal.
  • An incident signal is acquired (step E0) and formed of several series of N samples (1 series per antenna).
  • the incident signal can be written in matrix form.
  • the signals s ⁇ m) (k) (1 ⁇ m ⁇ 4), correspond to column vectors of dimensions N x 1:
  • the matrix Z et has the dimensions: N ⁇ M, M being the number of antennas.
  • the integer k indicates that we are considering the (k+1) th time slot (the first slot being indexed arbitrarily by 0).
  • analog-to-digital converters provide a continuous "ribbon of signals" segmented into contiguous portions of duration AT. Each of these portions is indexed by k.
  • the covariance matrix of the multipath signal received from the antennas is obtained.
  • the multipath signal is considered divided into contiguous time segments Z(k) of N ⁇ M samples where M denotes the number of antenna elements of the antenna array and N the number of time samples to calculate the matrix of covariance R zz as follows:
  • This matrix R zz can be written in the following way by a decomposition into singular values (in English, singular value decomposition,
  • 1st possibility (no jamming signal): the signal subspace corresponds to the empty set ⁇ 0 ⁇ and the noise subspace to ⁇ U ⁇ - 2nd possibility (1 jamming signal): the signal subspace corresponds to ⁇ t/J and the noise subspace to ⁇ U 2 , - , U M ⁇
  • 3rd possibility (2 jamming signals): the signal subspace corresponds to ⁇ t/i, U 2 ] and the noise subspace m th possibility (m - 1 jamming signals): the signal subspace corresponds to ⁇ U ⁇ ... , and the noise subspace at
  • M th possibility (M - 1 interference signals): the signal subspace corresponds to ⁇ U ⁇ t/wJ and the noise subspace to ⁇ U M ⁇
  • the invention consists in exploiting the noise subspace obtained from the covariance matrix of the multipath signal supplied by the antenna array.
  • the jammers possibly present in the radioelectric environment are detected (step E13).
  • Such detection consists in comparing the eigenvalues of the covariance matrix with a threshold.
  • the signal subspace represented by the column vectors Y 1; Y 2 and Y 3 of the matrix Y, is an ellipsoid whose semi-axes correspond to these column vectors. Weighted respectively by the eigenvalues ⁇ -L, ⁇ 2 and ⁇ 3 , they indicate the directions of greatest variation of the set of signals constituting the matrix segment.
  • the noise subspace it is represented at least by the column vector Y 4 when the number of sources present in the radioelectric environment is less than or equal to 3.
  • the table following characterizes the signal and noise subspaces according to the number of sources B present in the radioelectric environment:
  • the spatial signature of the sources ( br , b 2 and b 3 ) corresponds to a linear combination of the column vectors Y 1; Y 2 and Y 3 conjugate
  • the spatial signature of the interferers b m for me ⁇ 1, 2, ... , B] corresponds to a linear combination of the column vectors Y 1 Y 2 , Y 3 and Y 4 after conjugation: where a lt b lt c 1( d lt a 2 , b 2 , c 2 , d 2 , ... , a B , b B , c B , d B ⁇ C.
  • P bl describes the power of the source (b 1 ) in the semi-axis of the signal subspace (ellipsoid of dimension 1) that it generates.
  • the term fa, m e ⁇ 1,2, 3, 4 ⁇ describes the noise power (AWGN) in the vector subspaces generated by the column vectors of the matrix Y.
  • the principle consists in comparing the eigenvalues ( ⁇ 1 ⁇ 2 and ⁇ 3 ) of the potential signal subspace with that ( ⁇ 4 ) of the noise subspace starting with ⁇ 3 .
  • the multiplicative coefficients s 3 , s 2 and s 1 are determined from the distribution of the diagonal values of the matrix A resulting from the singular value decomposition of a covariance matrix obtained from a Gaussian matrix segment consisting of 4 Gaussian random signals from 4 independent centered reduced (or identically distributed) Gaussian random variables. Their value results from a compromise between probability of detection (PD) and probability of false alarm (PFA).
  • PD probability of detection
  • PFA probability of false alarm
  • Figure 4 represents the simulated distribution of the eigenvalues of a covariance matrix obtained from a matrix segment consisting of four Gaussian random signals of 1024 samples from four reduced centered Gaussian random variables.
  • the number of interferers determines the number of interferers.
  • one proceeds to a comparison of the eigenvalues between them by successively calculating a coefficient i varying from M - 1 to 1 , the number of interferers being equal to the smallest value of i giving p i M greater than the threshold s t which is preferably equal to 8 times ( these values depend on the number of samples N and are calculated once and for all, theoretically (when possible) or by simulation, during the design phase).
  • step E14 Once the number of jammers has been determined, it is a matter of determining their direction (step E14).
  • a metric is constructed for a scanned angular domain by carrying out the scalar product between the eigenvector associated with the noise subspace and the spatial signature depending on the direction of arrival of the source to be detected.
  • the metric thus formed reveals at least as many notches as there are sources present in the radioelectric environment picked up by the antenna array.
  • the spatial signature of a jammer is defined as the response of an antenna array to a jamming signal. Such a signature is linked to the physical characteristics of the antenna array (such as the radiation pattern of the constituent antenna elements, the coupling between these antenna elements, etc.).
  • the antenna network and the afferent reception pathways have been previously calibrated.
  • Calibration is the operation that estimates (using dedicated signals) and compensates for amplitude and phase deviations between channels due to physical differences between the components and lines that make up each unit of the reception (it has one unit per channel).
  • the spatial signature of a jammer is linked: to the path difference of the incident signal received by the antenna element m with respect to a reference antenna element (the antenna element 1 by convention). to the physical characteristics of the antenna array (such as the radiation pattern of the constituent antenna elements, the coupling between these antenna elements, etc.).
  • the spacing in the case of an array made up of equidistant elements arranged on a straight line (aligned), the spacing must not exceed ⁇ /2 (with ⁇ the wavelength corresponding to the central frequency of the band of receipt considered).
  • the spacing in our case (array consisting of 4 antenna elements arranged on the 4 vertices of a square as illustrated in FIG. 2), the spacing (corresponding here to the measurement of the side of the square) must not exceed ⁇ /2 also.
  • the antenna elements are ideal omnidirectional antennas and that the reception paths are perfectly calibrated.
  • S(0) the spatial signature of a hypothetical jammer located on the horizon and whose azimuthal direction forms an angle 0 with a so-called reference direction. It is a vector of dimensions M x 1.
  • the noise subspace is at least generated by the eigenvector U M, that is to say the last one.
  • the metric is a function indicator of a direction of arrival 0 between [0; 2 ⁇ [, the indicator being a function of a scalar between the spatial signature model of a jammer S(0) and which corresponds to the noise subspace of the noise space resulting from the decomposition, and S(0) being orthogonal for an interferer in the 0 direction.
  • this metric presents notches in the directions of arrival ⁇ b of the jammers.
  • the latter are detected by comparing the amplitude of the notches (local minima of M) with a predefined threshold TJ. We can therefore detect up to M - 1 jammers.
  • FIG. 5 illustrates the metric M( ⁇ ) in an exemplary embodiment.
  • the threshold is fixed at -15 dB, the notches being in the directions 0 for which the metric M( ⁇ ) is below either for 25 degrees and 330 degrees.
  • step E3 When there are more notches than jammers detected, then the directions for which the notches are below the set threshold are taken.
  • interference directions are successively determined in time to obtain a temporal sequence ⁇ b ⁇ t and this sequence is filtered with a Kalman filter (step E15).
  • the quality of the metric M can be greatly improved when the number of jammers B detected is less than or equal to M - 2, in this case the following metric can be used: In this way, the local minima are hollowed out and the rest averaged, which has the effect of increasing the probability of detection and therefore the performance.
  • a weighting vector is determined to be applied to the signals received by each antenna, said vector making it possible to attenuate the signal received in the direction of the jamming signal.
  • this is about creating gain notches in the angular space in the directions determined in the previous step.
  • the interferers are detected using a specific module (comparing the eigenvalues of the covariance matrix to at least one reference value multiplied by a threshold) and their direction of arrival using a metric whose notches are compared to a threshold.
  • the weighting w CRPA is constructed as follows:
  • a reference vector w (0) associated with the satellite is determined (step E21): Such a vector makes it possible to have an initialization of the calculation of the vector of weighting.
  • GNSS GNSS
  • the direction of arrival of GNSS signals is provided to the CRPA 40 module and includes two angular components, azimuth and elevation, and is noted as follows:
  • the direction of arrival of the jammers is estimated as before and includes a single component, the azimuth, and is noted as follows:
  • the jammers are terrestrial (that is to say that they are installed on masts, on road vehicles or even on ships; they are not airborne) so that their direction of arrival presents only an angular component: the azimuth.
  • the antenna array used comprises M coplanar elements (patch antennas), arranged according to a given geometric configuration (linear, circle, disc, matrix, any).
  • the antennas are indexed from 1 to M.
  • the antenna of index 1 is considered as the reference antenna (i.e. it is considered as the origin for the calculation of the path difference d between it and the other antennas).
  • step E21' is the wave number. denotes the path difference with respect to the reference antenna (antenna of index 1). It depends on the geometric configuration of the antenna array. is a vector whose each component corresponds to a weighting coefficient.
  • the coefficient plays a role similar to that played by w (0) (see below before): this is a vector that we are going to "constrain” in order to create a gain towards the GNSS satellite of interest and gain notches towards the jammers and the other GNSS satellites (which would possibly be likely to disturb the reception of signals from the GNSS satellite of interest; this is usually not the case because in general the signals GNSS of the same system are designed not to interfere with each other).

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Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement d'un signal de radionavigation issu d'un satellite (SAT) reçu par un récepteur de radionavigation comprenant plusieurs antennes de réception, chaque antenne étant configurée pour recevoir des signaux issus d'un satellite d'intérêt (SAT), d'au moins un brouilleur et éventuellement d'au moins un autre satellite (SAT') selon des directions données, le procédé comprenant les étapes suivantes : détection (E1) à partir du signal reçu par chaque antenne, d'au moins une direction d'un signal de brouillage; atténuation (E2, E2') du signal de brouillage détecté dans la direction détectée; procédé dans lequel la détection (E1) de la direction d'un signal de brouillage est basée sur la détermination d'une matrice de covariance fonction des signaux reçus par chaque antenne donnée par (I), avec Z une matrice de taille N x M où chaque colonne correspond au signal reçu par chaque antenne, N désignant le nombre d'échantillons acquis durant une période ΔT fixée et M étant le nombre d'antennes.

Description

DESCRIPTION
TITRE DE L’INVENTION : Procédé de traitement d’un signal GNSS en vue d’atténuer au moins un signal de brouillage
DOMAINE TECHNIQUE
L’invention concerne un procédé et un dispositif pour traiter, éliminer des interférences dans des signaux reçus par un réseau de plusieurs antennes d’un récepteur de positionnement par satellites ou récepteur GNSS (en anglais, « Global Navigation Satellite Systems »). Et l’invention s’applique notamment à l’élimination des interférences dans un signal satellite reçu par un tel récepteur.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Les systèmes de positionnement par satellites, ou systèmes GNSS (GPS, GALILEO, GLONASS) opèrent dans les bandes radioélectriques dévolues à cet usage situées en bande L (c’est-à-dire entre 1 et 2 GHz). Comme tout récepteur radio, ils sont susceptibles d’être brouillés accidentellement ou intentionnellement. Utilisés notamment pour faciliter les transports (maritimes, fluviaux, terrestres et aériens) et permettre le bon déroulement des applications industrielles, scientifiques et militaires, leur brouillage peut mettre en danger des personnes civiles, des processus industriels et des militaires en opération. Il convient donc de déployer partout où cela est nécessaire des solutions antibrouillage adéquates.
De telles solutions d’antibrouillage sont basées sur un dispositif de traitement spatial comprenant une antenne à diagramme de rayonnement contrôlé (en anglais, CRPA pour « Controlled Radiation Pattern Antenna ») situé en amont du récepteur GNSS et visant à mitiger l’impact négatif des brouilleurs sur les performances du récepteur.
De tels traitements, consistent à former une antenne apparente en pondérant en amplitude et en phase les signaux issus de capteurs élémentaires avant de les sommer de manière à former un unique signal. Il s’agit en fait d’utiliser un récepteur d’antennes séparées dans l’espace et, par une combinaison adéquate des signaux reçus par chaque antenne, d’atténuer les signaux indésirables dans toutes les directions d’où ils proviennent.
EXPOSE DE L’INVENTION
L'objet de l'invention concerne un procédé de traitement de signal permettant d'éliminer des interférences affectant un signal reçu par un réseau d’antennes, par exemple un signal satellite reçu par un récepteur GNSS.
A cet effet, l’invention propose un procédé de traitement d’un signal de radionavigation issu d’un satellite reçu par un récepteur de radionavigation comprenant plusieurs antennes de réception, chaque antenne étant configurée pour recevoir des signaux issus d’un satellite d’intérêt, d’au moins un brouilleur et éventuellement d’au moins un autre satellite selon des directions données, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- détection à partir du signal reçu par chaque antenne, d’au moins une direction d’un signal de brouillage ;
- atténuation du signal de brouillage détecté dans la direction détectée ; procédé dans lequel la détection de la direction d’un signal de brouillage comprend les étapes de détermination d’une matrice de covariance fonction des signaux reçus par chaque antenne donnée par Rzz = ^ZHZ avec Z une matrice de taille N x M où chaque colonne correspond au signal reçu par chaque antenne, N désignant le nombre d’échantillons acquis durant une période AT fixée et M étant le nombre d’antennes ; décomposition en valeurs singulières de la matrice de covariance
Figure imgf000004_0001
où Am sont les valeurs propres, des composantes étant caractéristiques des signaux utiles et de brouillage et d’autres caractéristiques du bruit; comparaison entre elles des valeurs propres de manière à détecter la présence d’au moins un brouilleur ; détermination d’un indicateur fonction d’une direction d’arrivée 0 comprise entre [0; 2TT[, l’indicateur étant une fonction d’un scalaire entre un modèle de signature spatiale d’un brouilleur S(0) et UAI qui correspond au sous-espace bruit de l’espace bruit issu de la décomposition, UA, et S(0) étant orthogonaux pour un brouilleur dans la direction 0 ; un brouilleur étant présent dans la direction 0 pour laquelle l’indicateur est inférieur à un seuil donné.
L’invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
- la comparaison comprend une détermination d’un nombre de brouilleurs par comparaison deux à deux des valeurs propres en calculant successivement un coefficient pi M = -L, i variant de M - 1 à 1 , le nombre de brouilleurs étant égal à i pour pi M supérieur à un seuil déterminé, de préférence égale à s(Pi,M)bruit i
- l’indicateur est donné par M(0) = log21
Figure imgf000005_0001
| , un brouilleur étant présent dans la direction 0 pour laquelle l’indicateur est inférieur à un seuil donné ;
- un nombre B de brouilleurs détecté est connu, un brouilleur étant présent dans les B directions 0 pour lesquelles l’indicateur correspondant est inférieur au seuil ;
- le nombre de brouilleurs détecté est inférieur ou égal à M - 2, l’indicateur étant donné parM(0) = Em=B+ilog2 l^m5(0)|, où B est le nombre de brouilleurs, un brouilleur étant présent dans les M - 2 directions 0 inférieures au seuil ;
- on obtient au cours du temps plusieurs directions pour chaque brouilleur détecté, le procédé comprenant un filtre temporel des directions obtenues pour chaque brouilleur ;
- l’atténuation comprend la détermination d’un jeu de coefficients de pondération wCRPA ou w^RPA associé à un satellite d’intérêt permettant d’atténuer le signal de brouillage reçu dans les directions ainsi détectées et permettant d’atténuer le cas échant les signaux issus d’autres satellites de manière à optimiser le signal issu du satellite d’intérêt ;
- le récepteur recevant des signaux issus d’un seul satellite, la détermination du coefficient wCRPA permettant d’atténuer le signal de brouillage reçu dans les directions déterminées comprend les étapes de - détermination d’un vecteur de référence w(0) = ;
Figure imgf000006_0001
- détermination d’un coefficient de pondération associé à chaque brouilleur ou
Figure imgf000006_0004
- détermination d’une matrice rectangulaire ou carrée de taille 4 x (B + 1) ;
Figure imgf000006_0002
- détermination du jeu de coefficients de pondération
WCRPA = 71 avec /i la première composante du vecteur J = (J)H = (fa ••• fB-i fa) avec
J = Jvfa = (JvC H JvC)-1 JVC H si B < 3 OU 7 = M 1 si B = 3.
- le récepteur reçoit des signaux de S > 1 satellites, la détermination du coefficient permettant d’optimiser le signal reçu associé à un satellite d’intérêt et permettant d’atténuer le signal de brouillage dans les directions déterminées et celui des autres satellites, comprend les étapes de détermination d’un coefficient de
Figure imgf000006_0003
pondération associé à chaque satellite s :
Figure imgf000006_0005
où fi, : désigne le nombre d’onde, dm désigne la différence de marche par rapport à l’antenne de référence, =
Figure imgf000006_0006
est 'a direction d’arrivée du signal reçu en provenance du satellite d’indice s, ^IM étant la composante azimutale et ^EEV étant la composante en élévation ; détermination d’un coefficient de pondération associé à chaque brouilleur
Figure imgf000007_0005
dans chaque direction déterminée
Figure imgf000007_0001
détermination d’une matrice M de taille M x (S + B) où S est le nombre de satellites, B est le nombre de brouilleurs ou directions de brouillage et M est le nombre d’antennes :
Figure imgf000007_0002
détermination du jeu de coefficients de pondération associé à un satellite d’intérêt
Figure imgf000007_0003
avec /i la première composante du vecteur W = 0H = (j1 j2 • • • jS+B-I js+B) avec
Figure imgf000007_0004
(•)H : désignant l’opération « transposition (notée (-)T) + conjugaison complexe (notée (•)*) ».
L’invention propose également un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code pour mettre en oeuvre un procédé selon l’invention, lorsque celui-ci est exécuté par un ordinateur.
L’invention se fonde sur le fait que la puissance des signaux utiles (signaux GNSS émis par les satellites) est toujours très inférieure au bruit du récepteur. Les valeurs propres de l’espace signal reflètent donc principalement la puissance des signaux de brouillage reçus. Autrement dit, λm sont les valeurs propres des composantes étant essentiellement caractéristiques des signaux de brouillage et d’autres caractéristiques du bruit. L’invention consiste à exploiter le sous-espace bruit obtenu à partir de la matrice de covariance du signal multivoies fourni par le réseau d'antennes. Une métrique est construite pour un domaine angulaire scruté en effectuant le produit scalaire entre le vecteur propre associé au sous-espace bruit et la signature spatiale fonction de la direction d'arrivée de la source à détecter. La métrique ainsi constituée révèle autant d'encoches qu'il y a de sources présentes dans l'environnement radioélectrique capté par le réseau d'antennes.
PRESENTATION DES FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 illustre un récepteur selon l’invention ;
La figure 2 illustre une configuration possible d’un plateau antennaire selon l’invention ;
La figure 3 illustre des étapes d’un procédé selon l’invention ;
La figure 4 illustre une distribution des valeurs propres d’une matrice de covariance obtenue à partir d’un segment matriciel constitué de quatre signaux aléatoires gaussiens de 1024 échantillons issus de quatre variables aléatoires gaussiennes centrées réduites ;
La figure 5 illustre une métrique obtenue selon le procédé de l’invention pour détecter un ou plusieurs brouilleur(s) dans une direction d’arrivée.
Sur l’ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE
La figure 1 illustre un récepteur 1 GNSS comprenant un réseau d’antennes par exemple de type patch disposées sur un plateau 10 antennaire. Les signaux GNSS reçus par chaque antenne 11 , 12, 13, 14 sont transmis à une unité de traitement 2 comprenant plusieurs étages successifs. Une unité de traitement est par exemple un processeur configuré pour mettre en oeuvre différents traitements sur les signaux comme on le verra par la suite. De préférence, le plateau comporte quatre antennes 11 , 12, 13, 14. La description suivante se place dans le cas de quatre antennes, mais l’invention s’applique aussi à un nombre différent d’antennes (noté M dans la suite). Une configuration d’un plateau antennaire est illustrée sur la figure 2.
En outre, on considère que le calibrage en gain et en phase des antennes a été préalablement réalisé avec des moyens matériels et logiciels (algorithmiques) appropriés. Une telle opération est en effet effectuée avant l’acquisition. De manière connue, l’opération de calibrage permet de mesurer (afin de les annuler par la suite) les gains et déphasages dispersifs introduits par les chaînes de réception associées aux antennes.
Un signal incident s(|, (où 4> désigne l’angle d’incidence du signal interférant) est reçu par chaque antenne connectée à un étage 20 comprenant des unités radio 21 , 22, 23, 24 par antenne de type connu permettant un filtrage des signaux, une amplification et une transposition en fréquence intermédiaire plus faible que la fréquence porteuse du signal reçu. Les signaux sont ensuite numérisés par une unité de conversion analogique/numérique 30 comprenant un convertisseur analogique/numérique 31 , 32, 33, 34 par signal reçu sur chaque antenne.
Chaque convertisseur fournit des échantillons numériques qui contiennent des informations de navigation (données utiles), des composantes de brouillage et du bruit inhérent à toute transmission radio.
Ces échantillons numériques sont fournis à un module 40 qui fonctionne sur le principe de l’algorithme CRPA qui permet d’atténuer des signaux dus à des brouilleurs. On considère ici qu’un brouilleur est l’émission selon une direction de signaux de brouillage ou interférents sur le récepteur 1.
En effet, les échantillons reçus issus de chaque antenne sont pondérés par des coefficients de pondération qui permettent d’atténuer ou supprimer les composantes dues aux brouilleurs. En particulier, ces coefficients de pondération permettent d’atténuer des signaux interférents dans des directions données ce qui revient à créer en quelque sorte des encoches dans le diagramme de rayonnement du réseau d’antennes puisque certaines directions ne sont dans ce cas pas prises en compte.
En revenant à la figure 1 , le signal de sortie du module 40 est donc une combinaison linéaire des signaux numériques pondérés, soit pour un échantillon n en sortie :
Figure imgf000010_0001
ou encore en notation vectorielle s = ZwCRPA où s est un signal dont les interférences dues aux brouilleurs sont atténués, et où zn est le signal issu de chaque antenne après conversion analogique numérique et wCRPA est le vecteur contenant les pondérations à appliquer à chaque voie, M étant le nombre d’antennes.
En effet, le jeu de coefficients wCRPA permet d’atténuer les signaux reçus dans certaines directions, le signal s étant une combinaison linéaire des signaux reçus par chaque antenne pondérés par des coefficients de pondération atténuant le signal dans des directions dans lesquelles un signal de brouillage est reçu. Le jeu de coefficients wCRPA est un vecteur dont les composantes sont des scalaires complexes.
Ensuite, ce signal s est fourni à une unité 50 qui permet de calculer les données de navigation (non décrit ici car bien connu de l’homme du métier).
En revenant au module 40, celui-ci met en oeuvre des étapes d’un procédé de traitement des signaux reçus afin de pondérer ces signaux pour en atténuer les brouilleurs décrits ci-après et en relation avec la figure 3.
Pour ce faire l’unité 40 détecte à partir du signal reçu et acquis (étape E0) par chaque antenne, au moins une direction d’un signal de brouillage (étape E1 ) puis détermine (étape E2) pour chaque direction de coefficients de pondération à appliquer aux signaux reçus par chaque antenne, ces coefficients permettant d’atténuer le signal reçu dans la direction du signal de brouillage.
Acquisition (étape E0)
Un signal incident est acquis (étape E0) et formé de plusieurs séries de N échantillons (1 série par antenne). Le signal incident peut s’écrire sous forme matricielle. En particulier, le signal incident s(|, en sortie de l’unité 30 (en notation vectorielle) est donné par
Figure imgf000010_0002
où Z est une matrice de dimension N x 4 où N représente le nombre d’échantillons acquis durant la période AT = NTS, Ts étant la période d’échantillonnage des signaux numérisés issus de l’unité 30 et le nombre 4 correspondant au nombre d’antennes. Les signaux s^m)(k) (1 < m < 4), correspondent à des vecteurs colonnes de dimensions N x 1 :
Figure imgf000011_0001
On suppose que les brouilleurs sont situés dans le plan azimutal (brouilleurs terrestres).
La matrice Z et a pour dimensions :N x M, M étant le nombre d’antennes. L’entier k indique qu’on considère le (k+1 )ème créneau temporel (le premier créneau étant indicé arbitrairement par 0). En résumé, les convertisseurs analogique- numérique fournissent un « ruban de signaux » continu segmenté en portions contiguës de durée AT. Chacune de ces portions est indicée par k.
Détection des brouilleurs (étape E1 )
Dans une étape E11 , la matrice de covariance du signal multivoie reçu issu des antennes est obtenue. En particulier, on considère le signal multivoie découpé en tronçons temporels contigus Z(k) de N x M échantillons où M désigne le nombre d’éléments antennaire du réseau d’antennes et N le nombre d’échantillons temporels pour en calculer la matrice de covariance Rzz comme suit :
1 H Rzz = Z N
Cette matrice Rzz peut-être écrite de la manière suivante par une décomposition en valeurs singulières (en anglais, singular value decomposition,
(SVD)) (étape E 12)
M
Rzz ' ZmUmUm m=l où Am désigne la valeur propre associée au vecteur propre Um
Cette décomposition s’interprète de différentes manières. Il y a M + 1 possibilités :
1 ère possibilité (pas de signal de brouillage) : le sous-espace signal correspond à l’ensemble vide {0} et le sous-espace bruit à {U^
Figure imgf000011_0002
- 2ème possibilité (1 signal de brouillage) : le sous-espace signal correspond à {t/J et le sous-espace bruit à {U2, - , UM}
3ème possibilité (2 signaux de brouillage) : le sous-espace signal correspond à {t/i, U2] et le sous-espace bruit
Figure imgf000012_0001
mème possibilité (m - 1 signaux de brouillage) : le sous-espace signal correspond à {U^ ... ,
Figure imgf000012_0003
et le sous-espace bruit à
Figure imgf000012_0002
Mème possibilité (M - 1 signaux de brouillage) : le sous-espace signal correspond à {U^ t/w-J et le sous-espace bruit à {UM}
(M+1 )ème possibilité (M signaux de brouillage) : le sous-espace signal correspond à {U^
Figure imgf000012_0004
et le sous-espace bruit à {0}
L’invention consiste à exploiter le sous-espace bruit obtenu à partir de la matrice de covariance du signal multivoie fourni par le réseau d'antennes. Dans ce qui suit, nous noterons la décomposition en valeurs singulières de la matrice de covariance comme suit : Rzz = YAYH avec Y = (Y! Y2 ••• XM-i Y«) où
Figure imgf000012_0005
désigne l’ensemble des vecteurs propres et A = diagC^,/^,
Figure imgf000012_0006
l’ensemble des valeurs propres qui leur sont respectivement associées avec
Figure imgf000012_0007
>
Figure imgf000012_0008
Ainsi, les brouilleurs éventuellement présents dans l’environnement radioélectrique sont détectés (étape E13).
Une telle détection consiste à comparer les valeurs propres de la matrice de covariance à un seuil.
En effet, la décomposition en valeurs singulières de cette matrice permet d’effectuer une interprétation statistique des signaux acquis. Le sous-espace signal, représenté par les vecteurs colonnes Y1; Y2 et Y3 de la matrice Y, est un ellipsoïde dont les demi-axes correspondent à ces vecteurs colonnes. Pondérés respectivement par les valeurs propres Â-L, Â2 et Â3, ils indiquent les directions de plus grande variation du jeu de signaux constituant le segment matriciel. Quant au sous-espace bruit, il est représenté à minima par le vecteur colonne Y4 lorsque le nombre de sources présentes dans l’environnement radioélectrique est inférieur ou égal à 3. Le tableau suivant caractérise les sous-espaces signal et bruit en fonction du nombre de sources B présentes dans l’environnement radioélectrique :
Figure imgf000013_0005
Dans ce qui suit, on suppose que les brouilleurs sont deux à deux indépendants et que la puissance du bruit (AWGN) du récepteur est nulle.
Soit B le nombre de brouilleurs.
Dans le cas où B = 1, la signature spatiale de la source
Figure imgf000013_0001
correspond à une simple pondération et conjugaison du vecteur colonne Y4 :
Figure imgf000013_0002
Où «i e (C.
Dans le cas où B = 2, la signature spatiale des sources (bA et b2) correspond à une combinaison linéaire des vecteurs colonnes Y4 et Y2 conjugués :
Figure imgf000013_0003
OÙ a1,b1,a2, b2 ∈ C.
Dans le cas où B = 3, la signature spatiale des sources (br, b2 et b3) correspond à une combinaison linéaire des vecteurs colonnes Y1; Y2 et Y3 conjugués
Figure imgf000013_0004
Où alt blt c1( a2, b2, c2, a3, b3, c3 ∈ (C.
Si B < 3, nous constatons que le produit ^m TY4 = 0 pour m e {1,2,3} puisque la matrice Y est unitaire. Ainsi, si nous voulons annuler au plus trois brouilleurs, le jeu de poids à utiliser est idéalement : w = Y4 Si B > 4, la signature spatiale des brouilleurs bm pour m e {1, 2, ... , B] correspond à une combinaison linéaire des vecteurs colonnes Y1 Y2, Y3 et Y4 après conjugaison :
Figure imgf000014_0001
où alt blt c1( dlt a2, b2, c2, d2, ... , aB, bB, cB, dB ∈ C.
Contrairement au cas précédent, nous ne pouvons pas proposer ou construire un vecteur Y5 tel que ^sm TY5 = 0 V m e {1, 2, ... , B}. En effet, si un tel vecteur existe, il se décompose nécessairement dans la base orthonormée B = (Y1,Y2, Y3, Y4) comme suit :
Figure imgf000014_0002
OÙ a0, b0, c0, d0 e (C.
Or,
Figure imgf000014_0003
Ces considérations expliquent pourquoi nous ne pouvons pas annuler plus de trois brouilleurs lorsqu’un plateau antennaire comprenant quatre éléments antennaires est utilisé.
La généralisation de cette propriété à un nombre arbitraire d’éléments antennaires est immédiat. A noter que nous ne pouvons pas annuler plus de M - 1 brouilleurs lorsqu’un plateau antennaire comprenant M éléments antennaires est utilisé.
Nous supposons maintenant que nous sommes en présence d’un bruit de puissance a2 par voie de réception (en l’absence de sources, la décomposition en valeurs singulières de la matrice de covariance Ct (0) révèle les valeurs propres suivantes :
Figure imgf000014_0004
le conditionnement de la matrice A est alors voisin de 2). La méthode utilisée pour détecter et recenser les sources présentes est basée sur la comparaison des valeurs propres de la matrice Λ :
Figure imgf000015_0001
Dans le cas où B = 1, nous avons :
Figure imgf000015_0002
Le terme Pbl décrit la puissance de la source (b1) dans le demi-axe du sous- espace signal (ellipsoïde de dimension 1 ) qu’elle engendre.
Dans le cas où B = 2, nous avons :
Les termes
Figure imgf000015_0003
deux sources fa et b2) dans les 2 demi-axes du sous-espace signal (ellipsoïde de dimension 2) qu’elles engendrent.
Dans le cas où B = 3, nous avons :
Les t
Figure imgf000015_0004
des trois sources (b1 b2 et b3) dans les 3 demi-axes du sous-espace signal (ellipsoïde de dimension 3) qu’elles engendrent.
Dans tous les cas, le terme fa, m e {1,2, 3, 4}, décrit la puissance du bruit (AWGN) dans les sous-espaces vectoriels engendrés par les vecteurs colonnes de la matrice Y.
Le principe consiste à comparer les valeurs propres (λ1 λ2 et λ3) du sous- espace signal potentiel à celle (Â4) du sous-espace bruit en commençant parλ3.
La comparaison s’effectue itérativement comme suite :
1ère itération :
Initialiser s3 (∈ IR+*)
Si λ3 > s3λ4 alors B = 3 -> stop
2ème itération : Sinon initialiser s2 (e IR+*)
Si Â2 > s2Â4 alors B = 2 stop 3ème itération :
Sinon initialiser s4 (e IR+*)
Si λ1 > s1λ4 alors B = 1 -> stop
Sinon B = 0 -> stop
Les coefficients multiplicatifs s3, s2 et s1 sont déterminés à partir de la distribution des valeurs diagonales de la matrice A résultant de la décomposition en valeurs singulières d’une matrice de covariance obtenue à partir d’un segment matriciel gaussien constitué de 4 signaux aléatoires gaussiens issus de 4 variables aléatoires gaussiennes indépendantes centrées réduites (ou identiquement distribuées). Leur valeur résulte d’un compromis entre probabilité de détection (PD) et probabilité de fausse alarme (PFA).
La figure 4 représente la distribution simulée des valeurs propres d’une matrice de covariance obtenue à partir d’un segment matriciel constitué de quatre signaux aléatoires gaussiens de 1024 échantillons issus de quatre variables aléatoires gaussiennes centrées réduites.
En l’absence de sources, nous constatons que :
Figure imgf000016_0003
Pour détecter les sources, nous proposons d’utiliser les seuils suivants :
Figure imgf000016_0001
En résumé, pour déterminer le nombre de brouilleurs, on procède à une comparaison des valeurs propres entre elles en calculant successivement un coefficient i variant de M - 1 à 1 , le nombre de brouilleurs étant égal à la
Figure imgf000016_0004
plus petite valeur de i donnant pi M supérieur au seuil st qui est de préférence égale à 8 fois
Figure imgf000016_0002
(ces va'eurs dépendent du nombre d’échantillons N et sont calculées une fois pour toutes, de manière théorique (quand c’est possible) ou par simulation, lors de la phase de conception).
Une fois que le nombre de brouilleurs est déterminé, il s’agit d’en déterminer leur direction (étape E14).
Pour ce faire, une métrique est construite pour un domaine angulaire scruté en effectuant le produit scalaire entre le vecteur propre associé au sous-espace bruit et la signature spatiale fonction de la direction d'arrivée de la source à détecter. La métrique ainsi constituée révèle au moins autant d'encoches qu'il y a de sources présentes dans l'environnement radioélectrique capté par le réseau d'antennes.
On entend par signature spatiale d’un brouilleur la réponse d’un réseau d’antennes à un signal de brouillage. Une telle signature, est liée aux caractéristiques physiques du réseau antennaire (comme le diagramme de rayonnement des éléments antennaires constitutifs, le couplage entre ces éléments antennaires, etc.).
Le réseau d’antennes
Figure imgf000017_0001
et les voies de réception afférentes ont été préalablement calibrés. Le calibrage est l’opération qui estime (à l’aide de signaux dévolus à cette tâche) et compense les écarts d’amplitude et de phase entre les voies dus aux différences physiques entre les composants et les lignes constituant chaque unité de la chaîne de réception (elle comporte une unité par voie).
La signature spatiale d’un brouilleur est liée : à la différence de marche du signal incident reçu par l’élément antennaire m par rapport à un élément antennaire de référence (l’élément antennaire 1 par convention). aux caractéristiques physiques du réseau antennaire (comme le diagramme de rayonnement des éléments antennaires constitutifs, le couplage entre ces éléments antennaires, etc.).
Par exemple, dans le cas d’un réseau constitué d’éléments équidistants disposés sur une droite (alignés), l’espacement ne doit pas dépasser λ/2 (avec λ la longueur d’onde correspondant à la fréquence centrale de la bande de réception considérée). Dans notre cas (réseau constitué de 4 éléments antennaires disposés sur les 4 sommets d’un carré comme illustré sur la figure 2), l’espacement (correspondant ici à la mesure du côté du carré) ne doit pas dépasser λ/ 2 également. Nous supposons les éléments antennaires sont des antennes omnidirectionnelles idéales et que les voies de réception sont parfaitement calibrées. De plus, nous négligerons le phénomène de couplage entre éléments antennaires. On note S(0) la signature spatiale d’un hypothétique brouilleur situé à l’horizon et dont la direction azimutale fait un angle 0 avec une direction dite de référence. Il s’agit d’un vecteur de dimensions M x 1.
On considère que le sous-espace bruit est à minima engendré par le vecteur propre UM c’est-à-dire le dernier.
La métrique est un indicateur fonction d’une direction d’arrivée 0 comprise entre [0; 2π [, l’indicateur étant une fonction d’un scalaire entre le modèle de signature spatiale d’un brouilleur S(0) et
Figure imgf000018_0001
qui correspond au sous-espace bruit de l’espace bruit issu de la décomposition,
Figure imgf000018_0002
et S(0) étant orthogonaux pour un brouilleur dans la direction 0.
De manière avantageuse, une telle métrique est donnée par
Figure imgf000018_0003
En présence de brouilleurs, cette métrique présente des encoches aux directions d’arrivée θb des brouilleurs. Ces derniers sont détectés en comparant l’amplitude des encoches (minima locaux de M) à un seuil TJ prédéfini. Nous pouvons donc détecter jusqu’à M - 1 brouilleurs.
La figure 5 illustre la métrique M(θ) dans un exemple de réalisation. Sur cette figure, on fixe le seuil à -15 dB, les encoches étant dans les directions 0 pour lesquelles la métrique M(θ) est en dessous soit pour 25 degrés et 330 degrés.
Dans le cas illustré sur la figure on a deux brouilleurs. On considère que c’est le nombre déterminé à l’étape E3. Lorsqu’on a plus d’encoches que de brouilleurs détectés alors on prend les directions pour lesquelles les encoches sont inférieures au seuil fixé.
Afin de se prémunir contre l’apparition de fausses alarmes sur 6b, dues à une orthogonalité fortuite de UM avec S(0) lorsque les valeurs propres
Figure imgf000018_0004
avec m e 1 ... M - 1 sont comparables à λM, on détermine successivement dans le temps des directions de brouillages pour obtenir une séquence temporelle {θb}t et on filtre cette séquence avec un filtre de Kalman (étape E15).
De manière avantageuse, la qualité de la métrique M peut être fortement améliorée lorsque le nombre de brouilleurs B détecté est inférieur ou égal à M - 2, dans ce cas on peut utiliser la métrique suivante :
Figure imgf000018_0005
De cette façon, les minima locaux sont creusés et le reste moyenné ce qui a pour conséquence d’accroître la probabilité de détection et donc les performances.
Détermination du vecteur de pondération (étape E2)
On se place dans le cas où le récepteur reçoit le signal d’un seul satellite.
Une fois les directions déterminées à l’étape précédente, pour chacune de ces directions, on détermine un vecteur de pondération à appliquer aux signaux reçus par chaque antenne, ledit vecteur permettant d’atténuer le signal reçu dans la direction du signal de brouillage.
En quelque sorte, il s’agit ici de créer des encoches de gain dans l’espace angulaire dans les directions déterminées à l’étape précédente.
Ainsi, les brouilleurs sont détectés à l’aide d’un module spécifique (comparant les valeurs propres de la matrice de covariance à au moins une valeur de référence multipliée par une seuil) et leur direction d’arrivée à l’aide d’une métrique dont les encoches sont comparées à un seuil.
On se place dans un exemple où on peut détecter trois brouilleurs. La pondération wCRPA est construite comme suit :
On détermine un vecteur de référence w(0) associé au satellite (étape E21 ) : Un tel vecteur permet d’avoir une initialisation du calcul du vecteur de
Figure imgf000019_0001
pondération.
On détermine un coefficient de pondération associé à chaque direction brouilleur (ici p = 3 directions ou brouilleurs) (étape E22) :
Figure imgf000019_0002
où :
Figure imgf000019_0003
Soit la matrice carrée d’ordre 4 (un vecteur de référence et trois brouilleurs) (étape E23).
Figure imgf000020_0001
Soit en inversant M (M est construite de manière à être toujours inversible pourvu que les directions des brouilleurs sélectionnés soient distinctes) :
J = JVC-1
Soit si nous notons J = (J)H = (j1 j2 j3 j4), le vecteur poids cherché est donné par (étape E24) :
WCRPA = fa
De manière plus générale pour B < 3 brouilleurs on a :
Figure imgf000020_0002
De manière complémentaire, si seulement un brouilleur était détecté lors de l’étape de détection préalable alors la matrice M à traiter serait donnée par : JVC = (w(0)
Figure imgf000020_0003
dimensions 4 x 2.
Comme JVC n’est plus carrée, nous ne pouvons pas simplement l’inverser : nous devons dans ce cas calculer l’inverse de Moore-Penrose.
Nous avons alors :
J = Jvfa = (JvCHJvTr1JvCH
J = (faH = (fa fa)
WCRPA = fa
De la même manière, si deux brouilleurs étaient détectés alors la matrice JVC à traiter serait donnée par :
Figure imgf000020_0004
WCRPA = fa- De manière alternative dans le cas d’un plateau antennaire arbitraires on a
Figure imgf000021_0001
Généralisation à plusieurs satellites, plusieurs brouilleurs, plusieurs antennes (étape E2’)
De manière complémentaire, on se place dans le cas où le récepteur reçoit des signaux issus de plusieurs satellites
On suppose que le récepteur reçoit simultanément des signaux jusqu’à S satellites. La direction d’arrivée des signaux GNSS est fournie au module CRPA 40 et comprend deux composantes angulaires, l’azimut et l’élévation, et est notée comme suit :
Figure imgf000021_0002
On considère B brouilleurs (comme pour le cas où un seul satellite est présent). La direction d’arrivée des brouilleurs est estimée comme précédemment et comprend une seule composante, l’azimut, et est notée comme suit :
Figure imgf000021_0003
On suppose que les brouilleurs sont terrestres (c’est-à-dire qu’ils sont installés sur des mâts, sur des véhicules routiers voire sur des navires ; ils ne sont pas aéroportés) de sorte que leur direction d’arrivée ne présente qu’une composante angulaire : l’azimut.
Le réseau d’antennes utilisé comporte M éléments (antennes patch) coplanaires, disposés selon une configuration géométrique donnée (linéaire, cercle, disque, matrice, quelconque). Les antennes sont indicées de 1 à M.
L’antenne d’indice 1 est considérée comme l’antenne de référence (c’est-à-dire qu’elle est considérée comme l’origine pour le calcul de la différence de marche d entre elle et les autres antennes).
On se place dans le cas où la condition suivante est réalisée :
(S + B) < M.
Comme précédemment, on cherche à atténuer les signaux dans les directions des brouilleurs identifiés. Pour cela, on calcule un vecteur poids par satellite pisté (il y a donc, à chaque itération, autant de vecteurs poids calculés que de satellites pistés). L’idée est d’annuler à la fois la contribution des satellites concurrents d’indice s (il y en a S - 1) et celle des brouilleurs identifiés (jusqu’à B) en projetant des « encoches » de gain en direction de ces sources et de réaliser un gain sur les signaux en provenance du satellite GNSS d’intérêt d’indice s.
On calcule (étape E21 ’) pour ce qui concerne chaque satellite (y compris le satellite d’intérêt d’indice ^) le jeu de coefficients de pondération suivant (on parle de vecteur de référence pour le satellite d’intérêt) :
Figure imgf000022_0001
Figure imgf000022_0002
désigne le nombre d’onde.
Figure imgf000022_0003
désigne la différence de marche par rapport à l’antenne de référence (antenne d’indice 1 ). Elle dépend de la configuration géométrique du réseau d’antennes.
Figure imgf000022_0004
est un vecteur dont chaque composante correspond à un coefficient de pondération.
De manière similaire, pour ce qui concerne les brouilleurs, on calcule le jeu de coefficients de pondération suivant (étape E22’)
Figure imgf000022_0006
Le coefficient joue un rôle similaire à celui joué par w(0) (voir ci
Figure imgf000022_0005
avant) : il s’agit d’un vecteur que nous allons « contraindre » afin de créer un gain vers le satellite GNSS d’intérêt et des encoches de gain vers les brouilleurs et les autres satellites GNSS (qui seraient éventuellement susceptibles de perturber la réception des signaux en provenance du satellite GNSS d’intérêt ; ce n’est habituellement pas le cas car en général les signaux GNSS d’un même système sont conçus pour ne pas se brouiller mutuellement).
Soit alors la matrice rectangulaire de dimensions M x (S + B) (la matrice est carrée si S + B = M) suivante (étape E23’)
Figure imgf000023_0001
On calcule alors le pseudo-inverse de Moore-Penrose de ») M :
Figure imgf000023_0002
Ou, si elle est carrée, nous l’inversons simplement : J = JVC-1 où :
(•)H : désigne l’opération « transposition + conjugaison complexe »
Si nous notons W = JH = (/i /2 ••• js+B-i JS+B) alors le jeu de coefficients de pondération associé au satellite d’intérêt d’indice & est donné
Figure imgf000023_0003

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement d’un signal de radionavigation issu d’un satellite (SAT) reçu par un récepteur de radionavigation comprenant plusieurs antennes de réception, chaque antenne étant configurée pour recevoir des signaux issus d’un satellite d’intérêt (SAT), d’au moins un brouilleur et éventuellement d’au moins un autre satellite (SAT’) selon des directions données, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- détection (E1) à partir du signal reçu par chaque antenne, d’au moins une direction d’un signal de brouillage ;
- atténuation (E2, E2’) du signal de brouillage détecté dans la direction détectée ; procédé dans lequel la détection (E1) de la direction d’un signal de brouillage comprend les étapes de détermination d’une matrice de covariance fonction des signaux reçus par chaque antenne donnée par avec Z une matrice de taille N x M où chaque
Figure imgf000024_0004
colonne correspond au signal reçu par chaque antenne, N désignant le nombre d’échantillons acquis durant une période AT fixée et M étant le nombre d’antennes ; décomposition en valeurs singulières de la matrice de covariance
Figure imgf000024_0001
où Am sont les valeurs propres, des composantes étant caractéristiques des signaux utiles et de brouillage et d’autres caractéristiques du bruit ; comparaison entre elles des valeurs propres de manière à détecter la présence d’au moins un brouilleur ; détermination d’un indicateur fonction d’une direction d’arrivée 0 comprise entre [0; 2TT[, l’indicateur étant une fonction d’un scalaire entre un modèle de signature spatiale d’un brouilleur S(0) et
Figure imgf000024_0002
qui correspond au sous-espace bruit de l’espace bruit issu de la décomposition,
Figure imgf000024_0003
et S(0) étant orthogonaux pour un brouilleur dans la direction θ ; un brouilleur étant présent dans la direction 0 pour laquelle l’indicateur est inférieur à un seuil donné.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la comparaison comprend une détermination d’un nombre de brouilleurs par comparaison deux à deux des valeurs propres en calculant successivement un coefficient p i variant de M - 1 à 1 ,
Figure imgf000025_0002
le nombre de brouilleurs étant égal à i pour pi M supérieur à un seuil déterminé, de préférence égale à 8 (pi,M ~)bruit.
3. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’indicateur est donné par M(θ)
Figure imgf000025_0001
un brouilleur étant présent dans la direction θ pour laquelle l’indicateur est inférieur à un seuil donné.
4. Procédé selon l’une des revendications 2 à 3, un nombre B de brouilleurs détectés est connu, un brouilleur étant présent dans les B directions θ pour lesquelles l’indicateur correspondant est inférieur au seuil.
5. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le nombre de brouilleurs détecté est inférieur ou égal à M - 2, l’indicateur étant donné par M(θ) =
Figure imgf000025_0003
où B est le nombre de brouilleurs, un brouilleur étant présent dans les M - 2 directions 0 inférieures au seuil.
6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel on obtient au cours du temps plusieurs directions pour chaque brouilleur détecté, le procédé comprenant un filtre temporel des directions obtenues pour chaque brouilleur.
7. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’atténuation (E2, E2’) comprend la détermination d’un jeu de coefficients de pondération wCRPA ou associé à un satellite (SAT) d’intérêt permettant d’atténuer le signal de brouillage reçu dans les directions ainsi détectées et permettant d’atténuer le cas échant les signaux issus d’autres satellites de manière à optimiser le signal issu du satellite d’intérêt.
8. Procédé selon la revendication précédente, le récepteur recevant des signaux issus d’un seul satellite, la détermination du coefficient wCRPA permettant d’atténuer le signal de brouillage reçu dans les directions déterminées comprend les étapes de - détermination (E21 ) d’un vecteur de référence w(0) = ;
Figure imgf000026_0001
- détermination (E22) d’un coefficient de pondération associé à chaque brouilleur ou
Figure imgf000026_0002
- détermination (E23) d’une matrice rectangulaire ou carrée de taille 4 x (B + 1) ;
Figure imgf000026_0003
- détermination (E24) du jeu de coefficients de pondération
WCRPA = /1 avec /i la première composante du vecteur J = Q7)H = (/i ••• /B-i /B) avec
Figure imgf000026_0004
si B < 3 OU J = M-1 si B = 3.
9. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le récepteur reçoit des signaux de S > 1 satellites, la détermination du coefficient permettant d’optimiser le signal reçu associé à un satellite d’intérêt et permettant d’atténuer le signal de brouillage dans les directions déterminées et celui des autres satellites, comprend les étapes de détermination (E21’) d’un coefficient de pondération associé à chaque
Figure imgf000026_0005
satellite s :
Figure imgf000026_0006
: désigne le nombre d’onde, dm désigne la différence de marche par rapport à l’antenne de référence,
Figure imgf000026_0007
= (^AZIM^ELEV ) est 'a direction d’arrivée du signal reçu 25 en provenance du satellite d’indice
Figure imgf000027_0007
étant la composante azimutale et
Figure imgf000027_0006
étant la composante en élévation ; détermination (E22’) d’un coefficient de pondération associé à chaque
Figure imgf000027_0001
brouilleur dans chaque direction déterminée
Figure imgf000027_0005
- détermination (E23’) d’une matrice M de taille M x (S + B) où S est le nombre de satellites, B est le nombre de brouilleurs ou directions de brouillage et M est le nombre d’antennes :
Figure imgf000027_0002
détermination (E24’) du jeu de coefficients de pondération associé à un satellite
Figure imgf000027_0003
la première composante du vecteur W = 0H =
(/i /2 ••• /S+B-I iïs+B) avec
Figure imgf000027_0004
(•)H : désignant l’opération « transposition (notée (-)T) + conjugaison complexe (notée (•)*) ».
10. Produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code pour mettre en oeuvre un procédé selon l’une des revendications 1 à 9, lorsque celui-ci est exécuté par un ordinateur.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030085832A1 (en) * 2001-09-05 2003-05-08 Lockheed Martin Corporation Digital beamforming radar system and method with super-resolution multiple jammer location
US8373596B1 (en) * 2010-04-19 2013-02-12 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Detecting and locating RF emissions using subspace techniques to mitigate interference
CN109143275B (zh) * 2018-07-30 2020-09-22 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于粒子群的小型化阵列天线抗干扰实现方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030085832A1 (en) * 2001-09-05 2003-05-08 Lockheed Martin Corporation Digital beamforming radar system and method with super-resolution multiple jammer location
US8373596B1 (en) * 2010-04-19 2013-02-12 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Detecting and locating RF emissions using subspace techniques to mitigate interference
CN109143275B (zh) * 2018-07-30 2020-09-22 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于粒子群的小型化阵列天线抗干扰实现方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WILSON D ET AL: "Flexible GPS Receiver for Jammer Detection, Characterization and Mitigation Using a 3D CRPA", GNSS 2006 - PROCEEDINGS OF THE 19TH INTERNATIONAL TECHNICAL MEETING OF THE SATELLITE DIVISION OF THE INSTITUTE OF NAVIGATION (ION GNSS 2006), THE INSTITUTE OF NAVIGATION, 8551 RIXLEW LANE SUITE 360 MANASSAS, VA 20109, USA, 29 September 2006 (2006-09-29), pages 189 - 200, XP056009893 *

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