Conception et mise en oeuvre d'une tête de réception à échantillonnage direct RF pour les signaux de radionavigation par satellites

Dans la prochaine décennie, la navigation par satellites connaîtra un essor fulgurant avec \nl’arrivée des européens et des chinois, qui entreront en compétition avec les systèmes de \npositionnement américain et russe existants. Les récepteurs GNSS devront dès lors \ns’adapter à une multitude de signaux situés à des fréquences différentes. Pour ce faire, la \ntechnique classique consiste en l’ajout d’une tête de réception pour chaque signal GNSS à \ncapturer. Toutefois, cette approche devient rapidement complexe et coûteuse pour un \nrécepteur multifréquences. Pour pallier ces problèmes, une approche nouvelle et élégante \nest d’échantillonner tous les signaux simultanément et de les traiter numériquement par la \nsuite. Cette technique est connue sous le nom d’échantillonnage direct RF. \nCe mémoire vise la mise en oeuvre en temps réel ainsi que l’évaluation des performances \nd’une tête de réception à échantillonnage direct RF pour les signaux de radionavigation par \nsatellites. Pour ce faire une chaîne de traitement du signal RF et numérique est conçue en \ntenant compte de différentes contraintes, notamment au niveau de la gigue de phase. \nL’étude théorique prédit qu’elle ne doit pas dépasser 1.159 ps pour que son effet soit \nnégligeable pour un récepteur GNSS. Le prototype réalisé se concentre sur le signal \nGPS L1 C/A tout en conservant le maximum de flexibilité pour les travaux ultérieurs sur \ntoute la bande GNSS. \nLa chaîne de traitement du signal RF conçue permet une amplification d’environ 100 dB de \ntoute la bande GNSS et possède une figure de bruit de 1.52 dB. Pour le prototype de tête \nde réception du signal GPS L1 C/A, des filtres RF limitent la capture du signal à une bande \nd’environ 25 MHz autour de la fréquence L1. Le convertisseur analogique-numérique \nAT84AS004 de la compagnie Atmel est utilisé et est configuré pour échantillonner les \nsignaux sur 7 bits à une cadence de 300 MHz. Ces derniers sont transmis à un FPGA de \ntype Virtex-4 FX12 qui effectue le traitement du signal numérique. La chaîne de traitement \ndans le FPGA est composée d’une conversion numérique en fréquence polyphase ainsi que \nd’une décimation polyphase de facteur 5 utilisant un filtre FIR du 50e ordre. \nLa tête de réception conçue est par la suite connectée au récepteur RxGNSS conçu au \nLACIME. Les performances de cette tête de réception sont similaire, voire meilleures, à \ncelles de la tête de réception superhétérodyne classique du RxGNSS. En effet, on note une \ndiminution d’environ 20% du bruit sur l’erreur résiduelle de la pseudo-distance et de la \nphase de la porteuse GPS L1 C/A. Les mesures de l’effet de la gigue de phase sur la tête \nde réception conçue montrent que cette gigue n’a aucun effet sur les performances du \nRxGNSS à condition qu’elle soit inférieure à environ 5 ps. Une gigue de phase supérieure \ncause une diminution du C/N0, ce qui entraîne une augmentation du bruit sur les mesures \nde pseudo-distance et ainsi qu’une perte de sensibilité et de précision du récepteur.

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