Techniques de robustesse aux bouilleurs pour les récepteurs GPS par un traitement ADP

Abi Moussa, Rabih (2001). Techniques de robustesse aux bouilleurs pour les récepteurs GPS par un traitement ADP. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce rapport s'inscrit dans le cadre de l'amélioration de la robustesse des récepteurs de type CDMA en général et des récepteurs GPS en particulier. Une étude théorique est accomplie sur la réception des signaux faibles puissances à l'aide de la théorie de détection optimale du signal selon le critère de "Neyman-Pearson". Les équations sont développées pour extraire une fonction non-linéaire qui permet de filtrer le signal reçu afin d'éliminer les brouilleurs présents dans le signal GPS. Globalement, le filtre ADP donne au signal filtré une caractéristique gaussienne nécessaire aux récepteurs CDMA.

On élabore la modélisation du filtre ADP dans une chaîne de réception GPS en concevant un modèle générique du filtre ADP sur le logiciel de simulation Matlab/Simulink®. La modélisation comprend le filtre ADP placé à l'intérieur d'une structure ayant toutes les caractéristiques nécessaires à la réception des signaux GPS (à l'exception des boucles d'acquisition et de maintien). Le modèle Simulink contient le signal GPS et le bruit gaussien, les divers brouilleurs, l'AGC, et le filtre ADP lui-même. Les brouilleurs sont regroupés en trois catégories selon le type de brouillage. Notre modèle contient les brouilleurs continus (CWI), les brouilleurs pulsés (PWI) et les brouilleurs balayés en fréquence (Chirp).

On accorde aux blocs générateurs d'interférences (ou brouilleurs) des paramètres accessibles par l'utilisateur. Ces paramètres permettent de spécifier le rapport brouilleur sur bruit (JNR) ainsi que plusieurs autres variables nécessaires pour les simulations du filtre. Le bloc AGC permet de normaliser la puissance du signal. En effet, la quantification du signal et la plage dynamique du quantificateur exige cette normalisation de puissance. On accorde une attention particulière à la modélisation du filtre ADP; ce filtre est décrit en détail. Le filtre ADP est divisé en trois blocs de traitement du signal. Ces blocs modélisent l'estimation et le filtrage de l'histogramme, le calcul de g(r) et le filtrage du signal d'entrée. Notre modélisation facilite la compréhension du fonctionnement du filtre et la synthèse du signal traité.

Les simulations effectuées sur le filtre ADP permettent de tester le filtre dans divers scénarios de brouillage et de vérifier les performances obtenues par les calculs théoriques. Ces performances sont analysées en terme d'élimination des brouilleurs, d'amélioration du rapport signal sur bruit (SNR) et de perte de corrélation avec le signal GPS (code C/A). Les performances obtenues en simulation sont similaires à celles prévues dans l'étude théorique. L'élimination des brouilleurs est définitive pour les trois types de brouilleurs et un gain de robustesse de 20 à 45dB est noté selon le type de brouilleur.

Titre traduit

Anti-jamming robustness techniques for GPS receivers by ADP processing

Résumé traduit

This report deals with the improvement of Spread Spectrum receiver robustness characteristics, especially those of GPS. A theoretical study is accomplished on low power signal reception. The "Neyman-Pearson" theory on signal optimum detection is applied. The equations are developed to extract a non-linear function which will adjust the received signal in order to eliminate the jammers. In fact, the ADP filter calculates the statistical elements of the received signal which allows to detect the jamming environment. This filter gives to the filtered signal a gaussian characteristic required in CDMA receivers.

The ADP filter modelization is designed in software and is integrated in a generic model of a GPS reception chain. The modelization with Matlab/Simulink® software includes the ADP filter placed in a structure having all the necessary characteristic of GPS reception signals (except acquisition and tracking loops). The Simulink model contains GPS signal and gaussian noise, various jammers, the AGC, and the ADP filter. Our model contains three types of jammer and those are continuous wave interference (CWI), pulsed wave interference (PWI) and chirp interference.

The control parameters of the interference's blocks generator are accessible by the users. These parameters allow to specify the jammer to noise ratio (JNR) and many more parameters important for the simulation of the ADP filter. The AGC section allows to normalize the input signal power. In fact, the quantification of the signal and the dynamic range of the ADC (Analog to Digital Converter) require the normalization of the signal power. This will allow the signal to fit in the dynamic range of the ADC. We bring more attention to the ADP filter modelization and the filter is described in detail in the report. The ADP filter is divided into three blocks of signal processing. These blocks consist of the estimation and the filtering process of the input signal probability density function, the calculation of the non linear function g(r) and the filtering of input signal. Our modelization allows the comprehension of the filter operations and the synthesis of the treated signal as well as the various interference.

The simulations applied on ADP filter allows to test the filter in various jamming scenarios and to verify the performances obtained by theoretical calculation. These performances are analyzed in term of jammers cancellation, signal to noise ratio (SNR) improvement and loss of correlation with the useful signal (C/A code). ln fact, the elimination of jammers is total for the three types of jamming and the robustness improvement from 20 to 45dB is measured according to the jammer's type.

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. [157]-160. Chap. 1. Théorie de la technique ADP -- Chap. 2. Étude théorique du gain obtenu par le filtre ADP -- Chap. 3. Modélisation du filtre ADP dans une chaîne de réception GPS -- Chap. 4. Performances du filtre ADP.
Mots-clés libres:	ADP, Brouilleur, CDMA, Filtre, GPS, Performance, Recepteur, Robustesse, Technique, Traitement
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Landry, René Jr.
Codirecteur:	Codirecteur Thibeault, Claude
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt:	13 mai 2011 20:34
Dernière modification:	03 oct. 2016 20:10
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/826

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