Génération des signaux IMBOC et tests pratiques des performances

L’objectif de ce chapitre est de générer les nouveaux codes IεBτC sous forme de signaux RF compatibles avec un récepteur GNSS standard. On commence alors par convertir les codes binaires (en 0 et 1) en signaux GNSS sur une porteuse de 1.57542 GHz. Cette étape est réalisée au moyen d’un modulateur numérique BPSK. Ensuite on teste la compatibilité de la sortie du modulateur avec un récepteur GNSS pour valider cette étape de génération. On envoie alors les signaux générés dans un récepteur GNSS. Celui-ci les enregistre sous un format « .dat » qu’on exploitera par la suite au moyen d’algorithmes d’acquisition et de poursuite du code GσSS en question. τn obtient alors le tracé de la fonction d’autocorrélation associée aux codes testés. Dans la suite, on détaillera les méthodes de génération et de réception des signaux GNSS. Celles-ci sont appliquées aux codes IMBOC pour évaluer leurs performances dans une situation réelle avec un récepteur GNSS standard. I. Génération des signaux GNSS (IMBOC) Pour cette première étape, on utilise un générateur de signaux Rhode&Schwarz SMBV100A représenté dans Figure IV-1. Cet instrument prend comme entrée le code numérique binaire en 0 et 1 (à un débit fixé) et envoie en sortie le signal RF, modulé selon le type de modulation choisi, autour d’une fréquence porteuse. Dans le cas des signaux BτC ou IεBτC émis sur la bande L1, notre générateur prend en entrée le code binaire BOC ou IMBOC résultant de la modulation du code primaire par la sous-porteuse carrée. Ce code émis à un débit ( ) est modulé en BPSK à la fréquence porteuse de 1,57542 GHz. Le signal ainsi généré par le Rhode&Schwarz est équivalent à celui émis par un satellite GPS ou Galileo sans le message de navigation. Il est donc de même nature qu’un signal Galileo modulé en BτC ne portant pas le message de navigation. Telecom SudParis-EDITE de Paris 93 Figure IV-1: générateur Rhode&Schwarz Pour tester et valider l’étape de génération, on a commencé par générer un signal GPS standard avec un code de Gold (PRN2). Ce signal est créé par cette même procédure décrite ci-dessus en remplaçant le code numérique BOC ou IMBOC par le code GPS. Il est envoyé ensuite dans un récepteur GPS pour évaluer l’efficacité de notre technique de génération. En phase d’acquisition, le récepteur réussit à capter le signal et à déterminer le code émis. Etant donné que notre signal ne contient pas de message de navigation, le récepteur GPS standard ne peut pas utiliser son algorithme jusqu’au bout pour calculer une pseudodistance. On se contente alors de cette première détection de code pour valider notre technique de génération des signaux GσSS. Dans le but d’effectuer nos tests d’autocorrélation et d’interférence, on développe notre propre (réalisé par ε. Patarot) algorithme d’acquisition qui ne nécessite pas la présence du message de navigation. Cet algorithme est décrit dans le paragraphe suivant.

Algorithme d’acquisition des signaux GNSS générés sans message de navigation

Les signaux GNSS (sans message de navigation) générés sont échantillonnés et enregistrés par le récepteur IFEN NavX dans des fichiers de format « .dat ». δ’algorithme développé prend comme entrées le fichier du signal enregistré et le code numérique binaire utilisé pour sa génération. Dans le cas des signaux IMBOC, le code binaire en question est le code IMBOC modulé par la sous porteuse carrée. σotre algorithme d’acquisition utilise une méthode nommée « parallel code phase search acquisition » (Borre 2006) pour calculer la fonction de corrélation entre le signal reçu et celui Telecom SudParis-EDITE de Paris 94 généré localement. Cette méthode est basée sur le calcul de la transformée de Fourrier de la fonction de corrélation en utilisant l’expression suivante : Où est le conjugué de la transformée de Fourrier du signal local et est la transformée de Fourrier du signal reçu. Le montage de la Figure IV-2 décrit les étapes suivies pour réaliser cette méthode d’acquisition. Figure IV-2 : montage d’acquisition parallèle Pour valider le fonctionnement de notre algorithme, on l’a testé avec un signal idéal émis par le générateur de signaux GNSS « Spirent » et avec un signal GPS standard enregistré sur une antenne externe. δes résultats (d’autocorrélation) obtenus confirment l’efficacité de cet algorithme en terme de détection du code reçu et d’optimisation du temps de calcul.

Performances des signaux IMBOC générés par le Rhode&Schwarz (R&S)

Les résultats des simulations réalisées pour les codes IMBOC à différentes valeurs du paramètre sont représentés dans les figures ci-dessous. Pour commencer, on a tracé les fonctions d’autocrrélation des codes IεBτC. δes Figures IV- 3 et Figure IV-4 montrent les tracés obtenus suite à la phase d’acquisition pour les signaux IεBτC avec p prenant comme valeurs 3, 5, 7 et 11. Ces signaux sont générés par la technique de génération expliquée au paragraphe I. δes tracés des fonctions d’autocorrélation et d’intercorrélation donnés dans ce Telecom SudParis-EDITE de Paris 95 chapitre ne sont pas normalisés. Les fonctions tracées sont celles obtenues par corrélation du signal, émis par le R&S, au signal local généré par le récepteur. Figure IV-3 : Fonction d’autocorrélation du signal IMBC à p=3 Figure IV-4 : Fonctions d’autocorrélation des signaux IMBC à p=3, 5, 7 et 11. En observant la forme des fonctions d’autocorrélation tracées pour chaque code IεBτC, on note qu’elles sont presque identiques à celles obtenues dans l’étude théorique (chapitre III). δ’unique différence réside dans les pics secondaires négatifs qui sont inversés en pics positif dans les Figures IV- 3 et Figure IV-4. Ceci est du au fait que les valeurs d’autocorrélation sont obtenues par l’amplitude au carré de la sortie (en nombre complexe) de notre algorithme d’acquisition ( ). On en conclut donc que notre technique de génération de ces codes est valide. Telecom SudParis-EDITE de Paris 96 Néanmoins, il est clair que pour les valeurs de supérieures à 7, une déformation considérable est observée sur les figures de corrélations tracées. Ceci est prévisible étant donné que la largeur de bande du récepteur GPS (IFEN) utilisée pour ces expériences est de 14 MHz. Elle devient donc insuffisante pour les codes IMBOC à supérieur à 9 puisqu’ils nécessitent une bande spectrale d’au moins 18 εHz ( ). Dans une deuxième expérience, on s’intéresse au niveau d’interférence entre les signaux IMBOC et les signaux GPS de la bande L1. Ce niveau est évalué par la fonction de corrélation entre le signal GPS et celui du nouveau code IMBOC pour un donné. On utilise le même algorithme d’acquisition développé précédemment et les mêmes signaux enregistrés. εais pour obtenir la fonction d’intercorrélation, on fixe le code local au PRσ2 de GPS pour tous les signaux enregistrés. Ainsi selon le fichier « .dat » choisi, on évalue l’interférence possible entre le signal enregistré (dans ce fichier) et celui du PRN2. Par cette approche, on simule les interférences susceptibles de perturber l’acquisition du PRσ2 en présence des autres signaux (GPS et IMBOC) La Figure IV-5 montre le tracé de la fonction d’intercorrélation entre deux signaux GPS PRσ1 PRσ2. Cette première figure est prise comme référence du niveau d’interférence qu’on compare à ceux des codes IMBOC. Dans la Figure IV-6, on présente les résultats d’intercorrélation entre le code GPS PRσ2 et les codes IMBOC avec p prenant 3, 5, 7 et 11 comme valeur.