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

Lamontagne, Guillaume (2009). Conception et mise en oeuvre d'une tête de réception à échantillonnage direct RF pour les signaux de radionavigation par satellites. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Dans la prochaine décennie, la navigation par satellites connaîtra un essor fulgurant avec l’arrivée des européens et des chinois, qui entreront en compétition avec les systèmes de positionnement américain et russe existants. Les récepteurs GNSS devront dès lors s’adapter à une multitude de signaux situés à des fréquences différentes. Pour ce faire, la technique classique consiste en l’ajout d’une tête de réception pour chaque signal GNSS à capturer. Toutefois, cette approche devient rapidement complexe et coûteuse pour un récepteur multifréquences. Pour pallier ces problèmes, une approche nouvelle et élégante est d’échantillonner tous les signaux simultanément et de les traiter numériquement par la suite. Cette technique est connue sous le nom d’échantillonnage direct RF. Ce mémoire vise la mise en oeuvre en temps réel ainsi que l’évaluation des performances d’une tête de réception à échantillonnage direct RF pour les signaux de radionavigation par satellites. Pour ce faire une chaîne de traitement du signal RF et numérique est conçue en tenant compte de différentes contraintes, notamment au niveau de la gigue de phase. L’étude théorique prédit qu’elle ne doit pas dépasser 1.159 ps pour que son effet soit négligeable pour un récepteur GNSS. Le prototype réalisé se concentre sur le signal GPS L1 C/A tout en conservant le maximum de flexibilité pour les travaux ultérieurs sur toute la bande GNSS.

La chaîne de traitement du signal RF conçue permet une amplification d’environ 100 dB de toute la bande GNSS et possède une figure de bruit de 1.52 dB. Pour le prototype de tête de réception du signal GPS L1 C/A, des filtres RF limitent la capture du signal à une bande d’environ 25 MHz autour de la fréquence L1. Le convertisseur analogique-numérique AT84AS004 de la compagnie Atmel est utilisé et est configuré pour échantillonner les signaux sur 7 bits à une cadence de 300 MHz. Ces derniers sont transmis à un FPGA de type Virtex-4 FX12 qui effectue le traitement du signal numérique. La chaîne de traitement dans le FPGA est composée d’une conversion numérique en fréquence polyphase ainsi que d’une décimation polyphase de facteur 5 utilisant un filtre FIR du 50e ordre. La tête de réception conçue est par la suite connectée au récepteur RxGNSS conçu au LACIME. Les performances de cette tête de réception sont similaire, voire meilleures, à celles de la tête de réception superhétérodyne classique du RxGNSS. En effet, on note une diminution d’environ 20% du bruit sur l’erreur résiduelle de la pseudo-distance et de la phase de la porteuse GPS L1 C/A. Les mesures de l’effet de la gigue de phase sur la tête de réception conçue montrent que cette gigue n’a aucun effet sur les performances du RxGNSS à condition qu’elle soit inférieure à environ 5 ps. Une gigue de phase supérieure cause une diminution du C/N0, ce qui entraîne une augmentation du bruit sur les mesures de pseudo-distance et ainsi qu’une perte de sensibilité et de précision du récepteur.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie électrique." Bibliogr : f. 220-225.
Mots-clés libres: Radio en aéronautique. Satellites artificiels en navigation. Électronique en navigation. Récepteurs GPS. bruit, direct, echantillonnage, phase, reception, rf, signal, tete
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Landry, René Jr.
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Kouki, Ammar B.
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt: 18 août 2010 19:21
Dernière modification: 12 janv. 2017 01:11
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/63

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