WO1997018485A1 - Systeme mondial de radiolocalisation et de radionavigation spatiales, balise, et recepteur mis en oeuvre dans un tel systeme - Google Patents

Systeme mondial de radiolocalisation et de radionavigation spatiales, balise, et recepteur mis en oeuvre dans un tel systeme Download PDF

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Publication number
WO1997018485A1
WO1997018485A1 PCT/FR1996/001778 FR9601778W WO9718485A1 WO 1997018485 A1 WO1997018485 A1 WO 1997018485A1 FR 9601778 W FR9601778 W FR 9601778W WO 9718485 A1 WO9718485 A1 WO 9718485A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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beacons
satellites
receivers
receiver
code
Prior art date
Application number
PCT/FR1996/001778
Other languages
English (en)
Inventor
Jean-Luc Issler
Jean-Paul Aguttes
Dominique Berges
Bruno Cugny
Original Assignee
Centre National D'etudes Spatiales
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to JP9518622A priority patent/JPH11503238A/ja
Priority to DE69626003T priority patent/DE69626003T2/de
Priority to US08/860,715 priority patent/US5995040A/en
Publication of WO1997018485A1 publication Critical patent/WO1997018485A1/fr

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • 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
    • G01S19/02—Details of the space or ground control segments

Definitions

  • the present invention relates to a global system dedicated to radionavigation and radiolocation of mobiles (for example of satellites) and of fixed points. It also relates to beacons and receivers implemented in said system. State of the art
  • the systems of the known art are in particular the DORIS system, the GPS system, the GLONASS system, the PRARE system.
  • the GPS-NAVSTAR system is described in reference [4].
  • the GLONASS system is described in reference [5].
  • the PRARE system is described in reference [6].
  • the subject of the invention is a universal radionavigation / localization system more suitable and more precise than the systems of the prior art mentioned above, for a large number of navigation and localization applications.
  • the invention is in particular part of the GNSS (Global Navigation Space System) designating all of the global navigation systems radionavigation using a space sector and short spread spectrum codes.
  • GNSS Global Navigation Space System
  • the present invention provides a global system dedicated to radionavigation and radiolocation of mobiles and fixed points, characterized in that it comprises an earth sector, a space sector and a user sector, in that the earth sector comprises the elements following:
  • control center which draws up the work plans of certain user satellites and transmits them when they fly over the master beacons;
  • a processing center which receives the telemetry classified by the control center, separates the telemetry into two groups, one containing the telemetry necessary for the own processing of the processing center, the other those which are specific to certain customers of the services offered by said system;
  • the space sector is composed of master satellites and client satellites
  • the master satellites closely participating in the operation of the system
  • the user segment is mainly composed of mobiles carrying specific receivers, and fixed client beacons.
  • the ground beacons are of different types, and in particular:
  • the system also includes local autonomous cells of receivers and beacons, not necessarily linked by radio to the satellites of said system.
  • the products coming from the processing center are in particular:
  • the master satellites can be fitted with a specific receiver connected to an ultra-stable oscillator, the raw measurements made by this receiver and the data coming from the beacons being formatted in the form of telemetry, received by the ground, for final destination of the processing center .
  • the master satellites are capable of processing the message transmitted by the master beacons.
  • the master satellites have orbits of the quasi-heliosynchronous type, possibly supplemented by orbits of the low and / or geostationary type.
  • Client satellites do not necessarily send their telemetry to the processing center. Client satellites are not necessarily capable of processing the message transmitted by the master beacons.
  • Client satellites can have any type of orbit and are part of both the space segment and the user segment of the system.
  • Client tags are in particular location tags, or time tags.
  • the tags are connected to a microcomputer making it possible to program certain parameters of the tags and to verify their correct operation.
  • the microcomputer is connected to local measurement sensors such as:
  • Tags can be single frequency or dual frequency.
  • the system of the invention advantageously includes precision beacons.
  • two beacons assigned an identical PN code to be tracked nominally by the same satellite are distant by a distance greater than the diameter of a visibility circle associated with said satellite.
  • the carriers transmitted by the tags are all modulated by a short spectrum spreading code (: reference code).
  • the system of the invention may include single-frequency or dual-frequency receivers.
  • Precision beacons can be dual-frequency and each carrier transmitted is modulated by a long spread spectrum code (: precision code) and by a short code (: reference code).
  • the system of the invention comprises receivers in orbit, or in the vicinity of the earth's surface (fixed or mobile).
  • the receptors can be the following: - basic receptors;
  • - mixed receivers capable of processing the signals transmitted by the system beacons, as well as by the satellites of the GNSS constellations.
  • the system of the invention may include receivers processing only the reference codes and receivers processing both the reference codes and the precision codes (precision receivers).
  • the system of the invention may include a subsystem for precise monitoring of the drift of a clock with cold atoms in orbit.
  • the possible sequencing of the emissions of the client beacons can be managed according to a daily cycle, described by "Week Words”.
  • ground beacons are all similar, in terms of electrical architecture and antenna, except:
  • the system of the invention can make it possible to finely follow the deformations of a terrain crisscrossed by beacons received by a receiver of said system, mounted on said satellites. radar. It can make it possible to know in detail the differences between the clocks of the beacons, and of the time beacons in particular, using scrolling and geostationary satellites carrying a receiver of said system.
  • GNSS2 type navigation satellites can use a receiver of said system to perform their own navigation, and derive from them orbital and time ephemeris to be broadcast to the users of said GNSS2 satellites.
  • the system of the invention can include local autonomous beacon and receiver cells, these cells being able in certain cases to be linked by radio to the master or client satellites.
  • the invention relates to tags implemented in said system, characterized in that they include:
  • this module includes:
  • the carrier frequencies which it transmits are specific to said system.
  • a precision beacon transmits a dual-frequency signal.
  • at least one of the two signal generation and emission modules comprises:
  • Such a precision beacon transmits long codes, at the own carrier frequencies of said system.
  • the invention also relates to a receiver implemented in said system, characterized in that it comprises, for each carrier frequency received:
  • intermediate frequency modules which may be RF chips, connected to an analog-to-digital converter, these modules being specific to the carrier frequency received from said system;
  • ASICs Application Specifies Integrated Circuits
  • microprocessor assembly interconnected to the ASICs on the one hand and to a memory assembly and to a digital interface on the other hand;
  • an oscillator controlling in particular the radio frequency reception and transposition into intermediate frequency modules, and the ASICs and the microprocessor assembly.
  • a radio frequency reception and transposition module is associated with each antenna, for receivers with parallel RF architecture, or a single radio frequency reception and transposition module at intermediate frequency is interconnected to all the antennas, via a fast switch, for the receivers with sequenced RF architecture.
  • one of the radio frequency reception modules and intermediate frequency transposition of the mixed receivers is adapted to one of the two frequencies of the system of the invention, while the other RF reception module and IF transposition is adapted to the one of the frequency bands broadcast by the satellites of the GNSS constellations.
  • At least one of the two reception chains of precision receivers is suitable for the reception of long codes of said system, at the carrier frequencies of said system, the ASICs associated with at least one of the two reception chains capable of processing both the short codes and the long codes associated with said reception chain.
  • the system of the invention is competitive with GPS or GLONASS systems for most space applications.
  • the same reasoning can a fortiori be held vis-à-vis the current DORIS or PRARE systems.
  • the system of the invention is potentially more efficient than all these systems, for most of their space applications.
  • FIG. 2 illustrates the diagram of a reference tag according to the invention
  • FIG. 5 illustrates a summary diagram of the different types of ZZZ tags
  • FIG. 6 illustrates a subsystem for precise measurement of cold atom clock drift mounted on satellite
  • FIG. 7 illustrates a visibility circle for a satellite of altitude h u .
  • FIG. 9 and 10 illustrate the creation of a fleet of spread spectrum beacons
  • FIG. 11 illustrates an example of assignment of the codes of the ZZZ orbitography beacons
  • FIG. 13 and 14 illustrate customer beacons comprising batteries recharged by solar panels
  • FIG. 18 illustrates the diagram of a basic ZZZ receiver
  • FIG. 25 illustrates the operation of an antenna adapted to the case of a satellite in low orbit
  • FIG. 26 illustrates a spatial link between a ZZZ beacon and a ZZZ receiver
  • FIG. 27A, 27B and 27C illustrate three configurations of a reference receiver of the system of the invention
  • FIG. 29 illustrates a satellite fitted with a dual-frequency ZZZ receiver
  • FIG. 30 illustrates an example of GNSS2 navigation payload
  • - Figure 31 represents a track on the ground of an orbiting satellite of type h 2 ; - Figures 32 and 33 illustrate different time differences determined by a satellite.
  • the system of the invention is mainly dedicated to radionavigation and radiolocation of satellites and vehicles or terrestrial fixed points. Pending receipt of a final name, this system will be provisionally called ZZZ.
  • this ZZZ system is designated by the DORIS NG preliminary project (New Generation DORIS System).
  • This ZZZ system inherits the main respective advantages of the current GPS and DORIS type systems.
  • GNSS2 civil navigation satellite systems of the future
  • GNSS1, GNSS2 meteorology and navigation satellites
  • the system of the invention can also allow the orbitography and / or navigation function for the positioning of these satellites.
  • Orbitography / navigation / attitude requirements can be classified as follows:
  • the system of the invention can in particular contribute to international references in the following fields, cited by way of example:
  • the system of the invention is potentially more suitable and more precise than the current DORIS system, the current GPS system, GLONASS and PRARE, for most of these applications.
  • Requirements D1 to D4 can be met in a context of strong resistance to intentional interference.
  • the components of the system of the invention are as follows: earth sector, space sector, user sector.
  • the land sector is composed of the following elements: • A main network of ground beacons
  • RBS radio Resource Control
  • Each tag transmits a message, containing an identification code.
  • These tags are of different types, of which the three basic categories are described here:
  • Orbitography beacons continuously transmit a signal. Orbitography beacons transmit their position (and their speed in some cases) periodically;
  • BC location beacons
  • BT time beacons
  • the purpose of the system of the invention is to locate these beacons.
  • client tags are also part of the user segment,
  • BM - master beacons
  • BO orbitography beacons
  • a mission and control center (CMC): this center draws up the work plans of certain user satellites and transmits them when they pass over the master beacons. A message intended for a particular satellite is preceded by an identification code of said satellite.
  • the control center prepares the configuration messages for certain beacons, which are linked to it. It also shows and classifies the telemetry of the location measurements made on board certain user satellites, from the signals transmitted by the received beacons. These telemetries also contain certain parameters recorded by the beacons themselves (data coming from meteorological sensors for example, state of health ). These telemetries come from telemetry / remote control (TM / TC) stations (not necessarily specific to the system of the invention) tracking user satellites. They reach the control center either directly or through the control centers specific to the satellites concerned (satellite control center: CCS).
  • TM / TC remote control
  • a processing center (CT): this processing center (which can be distributed among several entities) receives the telemetry classified by the control center. This center divides telemetry into two groups. One contains the telemetry necessary for the treatment center's own treatments, the other those specific to certain customers of the services offered by the system of the invention. The products resulting from the treatments of the treatment center are for example:
  • the space sector is made up of master satellites and client satellites.
  • Master satellites SM
  • Master satellites are closely involved in the operation of the system. Their telemetry is systematically sent to the treatment center. They are each provided with a specific receiver called ZZZ in the following description connected to an ultrastable oscillator (OUS).
  • OUS ultrastable oscillator
  • the raw measurements made by this receiver and the data coming from the beacons are systematically formatted in the form of telemetry, received by the ground, at the final destination of the CT center.
  • the master satellites are capable of processing the message transmitted by the master beacons. These satellites have orbits of the quasi-heliosynchronous type, possibly supplemented by orbits of the low and / or geostationary type.
  • Client satellites do not necessarily send their telemetry to the processing center. They are also not necessarily equipped with an OUS oscillator (high-end OCXO). Client satellites are not necessarily capable of processing the message transmitted by the master beacons. These satellites can have any type of orbit, and in particular low type orbits, heliosynchronous, geosynchronous or geostationary. Client satellites are part of both the space segment and the user segment of the system of the invention.
  • the user segment is made up of:
  • - fixed or mobile carriers such as customer satellites, planes or boats, fitted with ZZZ receivers
  • client tags such as location tags (or time tags).
  • Figure 1 illustrates the various components of the system of the invention. In this figure are represented planes 10, ships 11, a landing strip 12.
  • FIG. 2 illustrates the diagram of a reference beacon according to the invention.
  • This tag therefore includes:
  • a local data sensor 28 is connected to a control computer 29, which can be linked to a MODEM and / or a radio receiver 30.
  • the control computer is connected to a first data trainer 31, located in the module generation and transmission 22, and a second data formatter 32 located in the generation and transmission module 23.
  • the carrier generator 24, 26 is connected to a modulator 33, 34 which receives a control signal from an adder 35, 36 connected to the code generator and to the trainer.
  • Each modulator is connected to an antenna with a hemispherical type diagram 37, 38 via an RF amplifier 39, 40.
  • a single frequency beacon contains only module 22 or module 23.
  • possible values for the fundamental parameters of the beacon and of the transmitted reference signal are the following:
  • the Bcc codes are called reference codes.
  • short PN codes can be C / A GPS and / or GLONASS codes.
  • the rhythms of the data can be for example those of the GPS signals (and / or GLONASS and / or RGIC - INMARSAT 3 -).
  • the tags of the system of the invention are called ZZZ tags.
  • the basic ZZZ tags are dual-frequency. However, single frequency beacons can be used within the ground segment of the system of the invention.
  • the oscillators of the basic ZZZ beacons are high-end quartz oscillators (OUS: ultrastable oscillator).
  • OUS ultrastable oscillator
  • atomic clocks and / or hydrogen masers and / or cold atom clocks can also be connected to it.
  • the basic ZZZ beacons are connected to a microcomputer (internal or external), making it possible to program certain parameters of the beacons and to verify their correct operation.
  • the microcomputer is connected to local measurement sensors. These sensors can be of different types, cited here as an example: • Weather data sensors
  • This meteorological data can be used for example for:
  • GNSS raw measurement sensors prseudodistance, pseudo-speed
  • GNSS differential corrections This data is used for relative navigation (orbital or air) or local differential (orbital, air or maritime) navigation.
  • These clock coefficients can be measured by a GPS or GLONASS or GNSS2 receiver placed near the beacon. These coefficients can also be determined autonomously by the processing center of the system of the invention and retransmitted to certain beacons, by wire or radio link. These coefficients can be broadcast by the message transmitted by the time tags (BT).
  • BT time tags
  • Health status sensors of the various constituent elements of the beacon making it possible to diagnose breakdowns remotely, at the level of the control center of the system of the invention.
  • Calibration sensors this sensor periodically measures the different differential and / or absolute delays involved in the time calibration of the tag concerned. These parameters are ⁇ 1PAe and / or ⁇ 2PAe and / or ⁇ 12Ae and / or ⁇ 12Pe.
  • data from one or more types of sensors can be transmitted using the binary message D1, while data from other types of sensors can be transmitted using the message binary D2.
  • the binary messages D1 and D2 can also be identical.
  • ZZZ tags can be single frequency. They therefore transmit the signal y e1 or y e2 , as the case may be.
  • the reference beacons are also characterized by their transmitting antennas, described by the following parameters, represented in FIG. 3:
  • the reference antennas are dual-frequency and not very directive; their diagram is of hemispherical type. It can possibly partially compensate for the degradation of the link budget for small angles ⁇ e . It ideally has a symmetry of revolution with respect to the local vertical.
  • the antenna is suitable for transmitting signals in circular polarization. Its phase center is well identified.
  • one of the carrier frequencies associated with certain local autonomous beacon and receiver cells may be different from the frequencies f 1 and f 2 described above, in the case where said cells do not need to be completely radioelectrically connected to the satellites masters or clients.
  • the specific frequency for local autonomous cells is noted f 3 .
  • the system of the invention also includes a subcategory of tags, called precision tags. These beacons emit a signal y eiP comprising both short codes C ci and long codes denoted C Li . These long codes are called precision codes. These codes can be P codes of the GPS and / or GLONASS type for example.
  • the scrambling of such signals is more difficult than in the case of short codes, the scrambling of said short codes being itself more difficult than in the case of narrowband modulation.
  • beacons can have an antenna with a hemispherical diagram, as in the case of reference beacons, or with a diagram with a large directivity, for orbitography and ultra-precise synchronization applications relating to geostationary satellites.
  • the clock connected to a precision beacon can be of the atomic or Maser or cold atoms type, if this beacon is on the ground.
  • Precision beacons can also be connected to a cold atom clock mounted on an orbiting satellite. If this satellite is also equipped with ZZZ receivers suitable for receiving signals transmitted by precision beacons located on the ground (collocated with ZZZ receivers), we obtain a subsystem for precise monitoring of the drift of an atom clock cold in orbit.
  • beacons connected to a clock having a long-term stability at least as precise as that of an atomic clock are therefore special time beacons.
  • the ZZZ subsystem composed of directive precision beacons and associated receivers is called "ZZZ-Time”.
  • the coefficient a i represents the relative amplitude of the component of the signal y eip comprising the long code, modulating the carrier f i in quadrature.
  • the frequencies f i may be different from those associated with the reference beacons, in order to avoid interference from the latter.
  • these parameters can be such as:
  • the message Di emitted by the precision beacons comprises a time counter updated periodically.
  • the date contained in this counter makes it possible to preposition the circuit for acquiring the precision code.
  • a precision tag can be produced, as shown in the diagram in FIG. 4.
  • certain master beacons can be precision beacons.
  • FIG. 5 illustrates a summary diagram of the different types of ZZZ tags (the hatching represents the system of the invention ZZZ of reference
  • FIG. 6 illustrates a subsystem for precise measurement of cold atom clock drift mounted on satellite. The drift of said clock is followed very finely if the satellite is geostationary.
  • the satellite 60 comprises a computer 62 connected to a precision beacon 63 and to a precision receiver 64, and a clock with cold atoms 65.
  • Each station 61 includes a computer
  • the on-board and ground antennas of this subsystem are directional.
  • the system of the invention is also characterized by the rules for assigning pseudo-random codes to tags. These rules consider the notion of a visibility circle. Such a circle surrounds the terrestrial surface visible by a satellite of altitude h j , as shown in FIG. 7.
  • a visibility circle C j is characterized by its center located on the surface of the earth, vertical to the satellite and by its surface
  • R T being the terrestrial radius
  • FIG. 8 four visibility circles have been represented (C 1 , C 2 , C 3 , C 4 ) corresponding to the altitudes h 1 , h 2 , h 3 and h 4 .
  • the visibility circles involved in the dimensioning of the system of the invention are therefore of type C 1 , C 2 and C 4 in the first order.
  • the basic rule for building the ZZZ tag network is as follows: "two tags assigned an identical code to be nominally tracked by the same satellite must be distant by a distance greater than the diameter of the visibility circle associated with said satellite ". This rule avoids interference between identical PN codes.
  • FIGS. 9 and 10 illustrate the constitution of a park of spread spectrum beacons, for example of a system with two pseudo-random codes.
  • the rule for constituting the network is as follows: two beacons of the same type must be spaced at a distance greater than or equal to the diameter of the visibility circles C j within which said beacons can be used.
  • FIG. 9 illustrates the constitution of the first sub-network respecting this rule.
  • Figure 10 illustrates the constitution of the park by adding the second sub-network respecting this rule.
  • the rule of constitution of the network of beacons is a fortiori respected in the particular case where each beacon is associated with a code different from all the others (particular case of the system of the invention).
  • Example of PN code assignment In this example, we consider the beacons transmitting at least at the frequency f 1 .
  • the PN codes associated with these eight tags are all different. These codes are named C o1. 1 , C o1.2 , C o1.3 , C o1.4 , C o1.5 , C o1.6 , C o1.7 and C o1.8 .
  • N 11o ⁇ N 11ot ⁇ 4 This number of four beacons is chosen to allow the feasibility of autonomous attitude detection applications at h 1 type altitudes, as well as the rapid convergence of specific ZZZ navigators on board at this altitude. Indeed, ZZZ receivers only dedicated to navigation / attitude applications can be equipped with a low precision / low cost oscillator like a TCXO. The drift of the clocks of the ZZZ tags can be considered negligible compared to that of a TCXO, during the self-initialization process (or even in nominal mode).
  • a sufficiently dense network (such as N 1ot ⁇ 4) therefore opens applications for using the system of the invention in low orbit, hitherto excluded for systems such as the current DORIS system (network risking saturation for such a density in the presence of location beacons) and PRARE (PRARE ground station too complex, at prohibitive cost to reach such densities).
  • a sufficiently dense network of simultaneously accessible beacons can make it possible to carry out the precise orbitography of satellites in low orbit, for the purpose of studying the gravitational field at the corresponding altitudes, without the need to add spatialized beacons on said satellites; beacons assumed to be tracked by satellites in higher orbit, nor that it it is necessary to modify the reference receivers to continue said beacons in orbit.
  • the basic ZZZ system advantageously uses the same types of ground beacons (antenna diagram, transmitted power, etc.) for all types of orbit, including the geostationary and geostationary orbits of transfer.
  • the tags are distinguished only by their pseudo-random code number and their identification number.
  • the seven beacons observable from circles C 3 or C 4 must therefore have PN codes different from codes C o1.1 to C o1.8 . These new PN codes are called C o1.9 , C o1.10 , C o1.11 , C o1.12 , C o1.13 , C o1.14 and C o1.15 . So we get:
  • the codes C o1.9 to C o1.15 are also observable by all the satellites located at altitudes lower than h 3 or h 4 , and therefore a fortiori for satellites in heliosynchronous orbit h 2 or low h 1 .
  • the PN codes associated with the master beacons must therefore be between C o1.9 and C o1.15 .
  • the number N 14or ( 7) therefore contains the master tags.
  • the codes C o1.1 to C o1.15 are all orthogonal to each other.
  • FIG. 11 illustrates an example of assignment of the codes of the ZZZ orbitography beacons.
  • ZZZ master beacons can be progressive. In fact, two or three master beacons may suffice for the needs of satellites placed on altitude orbits of type h 2 , as well as to geostationary satellites associated with the visibility zones where these two or three beacons are located.
  • the need to increase the number of master beacons compared to this initial configuration comes both from the total coverage of the geostationary orbit and from the low number of contacts of satellites in low orbit (type h 1 altitude), with a special master tag.
  • these tags are linked to the system time of the invention, itself linked to an international time reference such as UTC. They can indeed be used to attach on-board clocks to a known time reference (edge-to-ground synchronization).
  • a circle C 2 does not contain more than eight orbitography beacons transmitting at the frequency f 1 , that is:
  • N 12o b 2o + m 12o ⁇ 8
  • N 11o b 1o + m 11o ⁇ 4
  • a circle C 2 must contain at least four bifrequency orbitography beacons, to satisfy the needs A12, A22, A32 and A42, as well as the needs Bk of the scientific community. We therefore obtain b 2o ⁇ 4.
  • beacons "fill in” the possible lack of beacons for satellites placed in low orbit (altitude of type h 1 ), supposed to mainly use monofrequency ZZZ receivers for navigation and attitude detection applications.
  • the network of orbitography beacons can be set up gradually until their number makes it possible to reach the level of redundancy allowing integrated operational uses.
  • N ijc and N ijct of client beacons transmitting simultaneously in a circle C i are such that:
  • N ijct N ij - N ijot
  • N ijc N ij - N ijo .
  • a word week (Week Word, abbreviated by WW) having the following format:
  • the bk are seven booleans associated with each day of the week. If one of these booleans is set to state "1", the beacon transmits its signal throughout the day associated with this boolean. If another boolean is set to state "0", the tag is placed in standby mode during the corresponding day.
  • Ground deformation monitoring can be performed very precisely using an earth observation satellite carrying both a ZZZ receiver and a synthetic aperture radar (SAR) which allow the application of radar interferometry techniques.
  • SAR synthetic aperture radar
  • the system of the invention provides the orbit of the satellite carrying the radar and the relative and absolute location of the beacons crisscrossing the terrain to be monitored. It allows you to closely follow the evolution of these locations over time.
  • Interferometric images from the SAR radar provide the terrain deformation curves.
  • the ZZZ system-SAR radar coupling can therefore be used advantageously for monitoring natural hazards, or even predicting them.
  • FIG. 12 illustrates a SAR radar interferometric image with the terrain deformation curves 80 and the fine variations in position of a client beacon 81, integrated into a grid of terrain grid.
  • Customer beacons crisscrossing a risk zone can also be collocated with a seismograph-type sensor.
  • Certain customer beacons installed on a site for a long period must be completely autonomous, including from the point of view of their supply of electrical energy.
  • the energy comes from batteries recharged by solar panels, for example as shown in Figure 13.
  • Figure 14 shows an example of the percentage of battery charge as a function of time.
  • the control center generates all of the weeks words by respecting the following rule:
  • N ijGc is the global number of client beacons that can transmit at the frequency f i in a circle C j
  • the set of booleans b ki of the weeks words of the client beacons î must be chosen so that: whatever k is between 1 and 7.
  • N jGc N ijc
  • All the tags connected to the sector can have a word week such as:
  • the PN codes assigned to client tags must be chosen to be consistent with those of the words weeks.
  • the codes assigned to these tags are named C ci.1 , C ci.2 , C ci.3 , ..., C ci.n , altogether They are all orthogonal with all the C oi.k codes associated with the orbitography tags. Their selection process is very similar to the case of orbitography beacons.
  • the assignment number of each ZZZ tag, contained in the transmitted data message, is different from that of all the other tags.
  • Figure 15 illustrates the diagram of a master satellite (SM).
  • SM master satellite
  • the master satellites are provided with a dual-frequency ZZZ receiver 85 and two associated reception antennas 86, 87.
  • This receiver is connected to the satellite data bus 88.
  • This bus is connected to the on-board computer 89, responsible for managing the entire on-board system.
  • a data formatter 91 is also connected to the bus 88.
  • the bus is also connected to a data trainer interfaced with the telemetry / remote control transmitter (TM / TC) 90.
  • TM / TC telemetry / remote control transmitter
  • the raw measurements and the data captured by the ZZZ receiver are thus sent to the TM / TC antenna which diffuses them towards the ground.
  • the master receiver's work plans are received in the form of remote controls addressed to the receiver via the satellite data bus.
  • the transmitter / receiver intended for the remote control / telemetry no longer necessarily needs to be a coherent transponder, making it possible to carry out Round-trip (and / or Doppler) distance measurements in ground tracking stations for said satellite.
  • the transmitters / receivers of the satellite and of said ground stations are therefore simplified.
  • One of the frequencies of the system of the invention can be located in the S band dedicated to the remote control / telemetry (2025 - 2110 MHz).
  • This frequency f1 can advantageously be chosen with a view to compatibility with the antenna of the TM / TC transmitter / receiver in S band of the carrier satellite: a saving in the number of antennas of said satellite can be achieved if the bandwidth of the S band antenna used is compatible with the TM / TC service bands used and the f1 band of the system of the invention.
  • the diagram of the master satellite can be of the types illustrated in FIGS. 16 and 17, the elements identical to those of FIG. 14 being represented with the same references.
  • the receiver can be monofrequency, dual frequency of reference or precision
  • the transmission to the ground of the raw measurements and of the data collected by the beacons is not systematic. It depends on the mission of the client satellite.
  • FIG. 18 shows the diagram of a basic ZZZ receiver.
  • two antennas 100, 101 each connected to an RF chip or hybrid 102, 103 and an analog-digital converter 104, 105, a digital switch 106, 107 and an ASIC component 98.99 (cf. FIG. 18), a microprocessor assembly 108 being connected to memories 109 at an interface 110.
  • the microprocessor assembly 108 comprises a single microprocessor, or two microprocessors, or a microprocessor associated with a coprocessor.
  • This receiver also includes a high-end oscillator 111 and a power supply 112.
  • the ASIC can be multistandard: the channels are programmable (if C c1 ⁇ C c2 ) and allow processing of the codes C c1 and C c2 .
  • This diagram excludes the cases of signal receivers from GPS OR GLONASS OR GNSS1 satellites.
  • FIG. 19 illustrates a low cost ZZZ receiver for navigation missions and attitude detection.
  • antennas 114 amplifiers 115 connected to a programmable rapid switch 116, an RF chip 117 (f 1 or f 2 ) connected to two ASIC monocode C ci n channels 118, 119, a microprocessor 120, a memory assembly 121, an interface 122, a power supply 123, a TCXO oscillator 124.
  • This diagram excludes the cases of signal receivers coming from GPS or GLONASS satellites.
  • Figure 20 illustrates a single frequency attitude ZZZ receiver for navigation and attitude missions.
  • antennas 130 RF chips f i 131, a sample switcher 132, two monocode ASIC C ci n channels 133, 134, a microprocessor set 135, a memory set 136, an interface 137, a power supply 138 and a TCXO 139.
  • FIG. 21 illustrates a dual-frequency attitude ZZZ receiver for navigation missions, orbitography and, precision attitude detection.
  • antennas 140 chips 141, a sample switcher 142, ASICs 143, 144, a microprocessor assembly 145, a memory assembly 146, an interface 147, an oscillator 148, a power supply 149.
  • Each entity producing ZZZ receivers can only produce dual-frequency receivers, or single- and dual-frequency receivers, depending on an optimization between development costs and market share.
  • Figure 22 illustrates a mixed receiver
  • GNSS-ZZZ basic In this figure are represented antennas 150, chips f i 151, switches
  • the associated reception channel processes a single frequency signal.
  • f k GPS or GLONASS or GNSS2 frequency.
  • the Cck codes are the C / A GPS or GLONASS codes or the GNSS codes.
  • This receiver can meet the following needs: A 11 ; A 12 , A 13 , A 14 , A 31 , A 32 , A 33 , A 34 , C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , C 7 , C 8 , D 3 , D 4 .
  • Mixed receivers can be of the type:
  • GNSS2-ZZZ i.e. GNSS3.
  • Mixed receivers can for example be used by satellites whose mission must take place during a period during which the constellation of satellites used can switch to "paid" mode, C / A code or associated data.
  • Mixed receivers can be used by strategically important satellites.
  • Mixed receivers can have the following configurations, depending on the layout of the switches:
  • Configuration b is imperative for type C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , D 3 applications .
  • Dual-frequency mixed receivers (: dual-frequency GNSS3 receivers) are the optimum for scientific applications B1 to B10.
  • Figures 23 and 24 respectively illustrate a weak single frequency ZZZ receiver cost (navigation) and a reference precision ZZZ receiver.
  • FIG. 23 is shown an antenna 160 followed by an RF chip f i 161, an analog-digital converter 162, an ASIC code
  • antennas 170 followed by RF chips f 1 and f 2 171, 172, two analog-digital converters 173, 174, two reference precision ASICs 175, 176, a microprocessor assembly 177, a set memory 178, an interface 179, a high precision clock 180.
  • Each precision ASIC associated with the frequency f i can process the short code C ci and the long code C Li .
  • Two calibration modules 181, 182 are connected respectively between each ASIC and the corresponding chip.
  • the reference precision ZZZ receiver is suitable for processing the signals transmitted by precision beacons with hemispherical antenna diagram. ZZZ receivers dedicated to clock tracking with a cold atom in orbit are fitted with precision ASICs modified compared to reference precision ASICSs, with the aim of reducing instrumental measurement noises of non-thermal origin.
  • Satellites are also characterized by their reception antennas, described by the following parameters:
  • the reference receiving antennas are dual frequency. In the case of satellites with h 1 or h 2 type orbits, they are not very directive: their diagram is hemispherical. It ideally has a symmetry of revolution with respect to the local vertical.
  • the antenna is suitable for the reception of signals in circular polarization emitted by the ZZZ beacons.
  • the diagram in FIG. 25 is adapted to the case of a satellite in low orbit.
  • the system is dimensioned respecting the following relation: ⁇ rmij # ⁇ emij , that is ⁇ / 2 # ⁇ emij + ⁇ rmij . *
  • ⁇ rmij # ⁇ emij that is ⁇ / 2 # ⁇ emij + ⁇ rmij .
  • the receiving antenna is directive, so that its area of land coverage is close to the area encompassed by a circle C 4 (resp C 3 ).
  • a ri phase center of the receiving antenna for the frequency f i .
  • FIG. 26 shows a spatial link between a ZZZ beacon and a ZZZ receiver.
  • This calculation is pessimistic, because it assumes that the tag processed is received in the worst case, and that the (N ij - 1) other tags transmitting simultaneously in the circle C j are received in the best case.
  • Mi is the cross-correlation margin linked to the C codes ci . This prevents interference between these orthogonal codes C.
  • An additional margin can be taken into account when the Doppler frequencies associated with the different codes are sufficiently distant from each other.
  • the parameters of the scrambled environment are as follows:
  • frequencies f1 and f2 of the system of the invention are chosen so as to maximize the values of,,
  • the measurement noises due to the oscillators are as follows:
  • the measurement noise due to the oscillators is calculated using the following parameters:
  • the overall short-term noise of pseudodistance measurement (respectively pseudovelocity), noted ⁇ PD (respectively ⁇ PV ) is expressed as follows:
  • this receiver goes into single frequency mode. To do this, it configures switches as follows.
  • ASICs assumed to be multistandard (suitable for codes C c1 and C C2 ), are configured in monocode mode (C c1 or C c2 ). Each channel searches for an orbitography tag code C oi .k observable from a circle C j .
  • the observable codes can be, for example, denoted C oi.1 , C oi.2,. . . , C oi. 8 , C oi.9 , ..., C oi.15 . (see law for assigning codes to orbitography beacons).
  • a ZZZ receiver performs an energy search in parallel for all the short PN codes associated with the orbitography beacons. In the case of the example cited, this number of codes is equal to 15. If the ASICs have n channels, they should theoretically respect the following rule:
  • Doppler measurements are carried out in chained mode, insofar as the Doppler counting periods are strictly contiguous.
  • the ZZZ receiver navigator uses Doppler measurements and their relative dating to determine an initial orbit, in the same way as current DORIS navigators are self-initialized.
  • the absolute dates used are produced using signals from the master beacons, which broadcast clock coefficients relating to ZZZ time and to international time such as UTC, as well as, possibly, certain beacons of both orbitography and time, also diffusing said clock coefficients.
  • the improvement in on-board orbitography accuracy is gradual, until it reaches a stabilized value.
  • This precision is characterized by the standard deviation at 1 ⁇ of the estimate of the distance (radial) between the carrier satellite and a tag marked ⁇ D.
  • the browser can then determine the time difference between the clock of the receiver and that of a beacon using pseudodistance measurements associated with said beacon.
  • beacons B j and a satellite fitted with a dual-frequency ZZZ receiver as shown in Figure 29.
  • ⁇ T jsat is the time difference between the satellite clock and the clock of the j tag
  • D j is the j-satellite beacon distance, a priori well known once the browser has converged.
  • the time difference ⁇ T jsat sought is therefore:
  • E j is the elevation angle of the j-satellite beacon path at the level of the maximum electronic concentration of the ionosphere (in radians), a priori known;
  • CET is the total vertical electronic content of the ionosphere (in electron / m 2 ), a priori unknown.
  • the CET can be measured directly since the system used is dual-frequency and allows pseudodistance measurements. We obtain :
  • the ionospheric delay can therefore be measured:
  • the standard deviation ⁇ ( ⁇ ion0j -sat ) on the measurement of the ionospheric delay is therefore such that: where ⁇ PDij is the standard deviation of the pseudodistance measurement, calculated for a scrambled or unscrambled environment depending on the case.
  • the master satellites and certain client satellites lower the raw measurements and the data collected on board, bound for the control center which prepares the work plans for said satellites.
  • These work plans essentially consist of the numbers of the client tags to be pursued and the associated observation periods.
  • the control center can also send initialization plans to certain satellites via the master beacons, if necessary. These plans include for example the orbital parameters of said satellites, and / or the time differences between the beacons and the clock of these satellites. As soon as a beacon is hung nominally, it is continued until bedtime, by the scrolling satellites.
  • the initialized ZZZ navigators carry out Doppler prepositions (respectively distance) to reduce the hooking times of the integrated phase loops (respectively of code) in ASICs.
  • This prepositioning process is characterized by the following data:
  • the width ⁇ T ijk can be reduced if an estimate of the drift of the on-board clock is known on board the on-board ZZZ receiver.
  • Embedded browsers can predict Doppler in the axis of a beacon, as well as the associated pseudodistance.
  • the acquisition and tracking thresholds of the pseudo-random codes can be reduced if the Doppler prediction is finer than the prediction band B Fi .
  • the carrier loop of a ZZZ receive channel is opened and the digitally controlled oscillator (OCN) is driven by Doppler prediction.
  • the receive channel code loop is second order and is maintained by Doppler. It catches the error between the real Doppler and the predicted Doppler, and maintains the OCN oscillator of the slave loop. This allows pseudodistance measurements to be made.
  • the "Code Only” is of particular interest for receivers placed in geostationary orbit (h 4 type).
  • the pseudodistance measurements are preponderant in this case, unlike the Doppler measurements which have low absolute values.
  • RAIM Receiveiver Autonomous Integrity Monitoring
  • the receiver In the case of use in geostationary orbit, the receiver should be able to process initially:
  • the receiver can determine a coarse orbit allowing to calculate a Doppler prediction sufficiently precise for the use of "Code Only”.
  • the received tags above the conventional acquisition threshold by stationary geostationary satellites have a geographic latitude below a threshold, depending on the link budget.
  • the maximum Doppler can be lower than the prediction band B Fi . This means that the initial Doppler prediction provided by the browser can be simply zero, while allowing the acquisition in "Code Only” mode to function, provided that the onboard oscillator is sufficiently stable.
  • FIG. 30 illustrates an example of using a GNSS2 navigation payload (in h 3 or h 4 type orbit).
  • a computer 200 associated with trainers (with on-board orbitography and absolute synchronization) connected to a single-frequency ZZZ receiver 201 connected to an antenna 206, a set of OUS + OLs 202, a GNSS2 signal generator in L-band 203 connected with two antennas 204 and 205.
  • the navigation payload is provided with a global calibration chain, necessary for the absolute synchronization function.
  • This global calibration chain is advantageously simplified if the modulation formats of the ZZZ and GNSS2 signals are similar Use of the system of the invention for
  • the system of the invention makes it possible to know the time difference ⁇ T ab between the clocks of two separate tags a and b, with great precision.
  • the time difference ⁇ T a _ sat between the beacon a and the satellite clock is determined as indicated above.
  • the time difference ⁇ T b-sat between the beacon b and the satellite clock is determined in the same way.
  • ⁇ T ab ⁇ T a-sat - ⁇ T b-sat .
  • the raw pseudodistance measurements (associated with tags a and b) used for this calculation must be simultaneous.
  • This time difference can, of course, be filtered on board the ZZZ receiver in real time or, more precisely, in deferred time within the control center (routine synchronization) or the processing center (precise synchronization).
  • synchronization is meant knowledge of the time difference between the tags.
  • FIG. 31 is shown a ground trace of such a satellite and an example of overflown beacons (the B i being the examples of beacons visible by the satellite considered, the C 2i being the visibility circles associated with the altitude satellite track h 2 ).
  • the time difference ⁇ T B1B2 between the tags B 1 and B 2 is determined .
  • the ground trace is limited to a reduced quasipunctual zone: the satellite is therefore, by definition, always above the same terrestrial zone.
  • B 5 , B 6 , B 7 and B 8 are therefore permanently visible by the geostationary satellite, which can therefore determine the following time differences simultaneously and permanently:
  • the number N ⁇ T of time differences of this type associated with n tags in a visibility circle is therefore such that: We therefore understand the advantage of master geostationary satellites, carrying ZZZ receivers, for synchronizing the beacon network more precisely than with only satellites in low or heliosynchronous orbit, while allowing the autonomous navigation of said geostationary satellites.
  • the pseudodistance measurements carried out by all of the master satellites and certain client satellites can be used to synchronize the network, without all of the beacons being observed simultaneously.
  • the decisive advantage of the system of the invention can be the use of GPS (and / or GNSS) C / A technology for the frequencies f 1 and f 2 .
  • the costs of reference dual-frequency ZZZ receivers can be more competitive than those of GPS or GLONASS dual-frequency receivers, since they do not need technology suited to tracking long codes, unlike the latter.
  • additional costs are applied to dual-frequency civil GPS receivers, due to the installation of "Codeless" measurement circuits.
  • the ZZZ system of the invention is more competitive than the GPS or GLONASS systems for most space applications.
  • the same reasoning can a fortiori be held vis-à-vis current DORIS or PRARE systems.
  • the system of the invention is potentially more efficient than all these systems, for most of their space applications.

Landscapes

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Abstract

La présente invention concerne un système mondial dédié à la radionavigation et à la radiolocalisation, qui comprend: un secteur terrien comportant: un réseau mondial de balises au sol (RBS) émettant un signal radioélectrique montant en spectre étalé à destination des satellites utilisateurs, un centre de mission et de contrôle (CMC) qui élabore les plans de travail de certains satellites utilisateurs et les transmet lorsque ceux-ci survolent les balises maîtresses, un centre de traitement (CT), qui reçoit les télémesures classées par le centre de mission et de contôle (CMC), sépare les télémesures, en télémesures nécessaires aux traitements propres du centre de traitement (CT), et en télémesures spécifiques à certains clients des services offerts par ledit système; un secteur spatial composé de satellites maîtres (SM) participant étroitement au fonctionnement du système et de satellites clients; un secteur utilisateur composé des balises clientes et des récepteurs clients, fixes ou mobiles.

Description

SYSTEME MONDIAL DE RADIOLOCALISATION
ET DE RADIONAVIGATION SPATIALE, BALISE, ET RECEPTEUR
MIS EN OEUVRE DANS UN TEL SYSTEME DESCRIPTION
Domaine technique
La présente invention concerne un système mondial dédié à la radionavigation et à la radiolocalisation de mobiles (par exemple de satellites) et de points fixes. Elle concerne également des balises et récepteurs mis en oeuvre dans ledit système. Etat de la technique antérieure
Les systèmes de l'art connu sont notamment le système DORIS, le système GPS, le système GLONASS, le système PRARE.
Le système DORIS est décrit dans les références [1], [2] et [3].
Le système GPS-NAVSTAR est décrit dans la référence [4].
Le système GLONASS est décrit dans la référence [5].
Le système PRARE est décrit dans la référence [6].
L'invention a pour objet un système universel de radionavigation/localisation plus adapté et plus précis que les systèmes de l'art antérieur cités ci-dessus, pour un nombre important d'applications de navigation et localisation.
L'invention s'inscrit notamment dans le cadre du GNSS (Global Navigation Space System) désignant l'ensemble des systèmes mondiaux de radionavigation utilisant un secteur spatial et des codes courts d'étalement de spectre.
Exposé de l'invention
La présente invention propose un système mondial dédié à la radionavigation et à la radiolocalisation de mobiles et de points fixes, caractérisé en ce qu'il comprend un secteur terrien, un secteur spatial et un secteur utilisateur, en ce que le secteur terrien comporte les éléments suivants :
- un réseau principal de balises au sol émettant un signal radioélectrique monodirectionnel montant en spectre étale à destination de satellites utilisateurs, chacune de ces balises transmettant un message contenant un code d'identification de balise ;
- un centre de contrôle, qui élabore les plans de travail de certains satellites utilisateurs et les transmet lorsque ceux-ci survolent les balises maîtresses ;
- un centre de traitement, qui reçoit les télémesures classées par le centre de contrôle, sépare les télémesures en deux groupes, l'un contenant les télémesures nécessaires aux traitements propres du centre de traitement, l'autre celles qui sont spécifiques à certains clients des services offerts par ledit système ;
en ce que le secteur spatial est composé de satellites maîtres et de satellites clients, les satellites maîtres participant étroitement au fonctionnement du système, et en ce que le segment utilisateur est principalement compose de mobiles porteurs de récepteurs spécifiques, et de balises clientes fixes. Avantageusement les balises au sol sont de différents types, et notamment :
- des balises d'orbitographie, dont la position est parfaitement connue, qui transmettent un signal en permanence, et qui transmettent leur position (et leur vitesse dans certains cas) périodiquement ;
- des balises clientes, qui peuvent avoir une position a priori inconnue lors de leur mise en service ;
- des balises maîtresses, qui transmettent des informations utiles et des plans de travail à certains satellites utilisateurs et/ou partie prenante du système. Le système comprend également des cellules autonomes locales de récepteurs et de balises, non nécessairement reliées radioélectriquement aux satellites dudit systèmes.
Avantageusement les produits issus du centre de traitement sont notamment :
- l'orbitographie précise et certains ordres de routine de certains satellites utilisateurs ;
- l'attitude précise de certains satellites utilisateurs ;
- les paramètres représentatifs de la ionosphère ;
- le suivi du déplacement des balises d'orbitographie ;
- les coefficients d'horloge de certaines balises, référencés par rapport au temps du système : le temps du système lui-même produit par le centre de traitement ;
- les paramètres de rotation de la terre ; ces produits étant d'une part distribués aux clients des services du système de l'invention et retournés au centre de contrôle qui les utilise pour élaborer ses plans de travail et de programmation, et fournir des orbites de routine aux stations de télémesure/télécommande utilisant les services du système de l'invention.
Les satellites maîtres peuvent être munis d'un récepteur spécifique connecté a un oscillateur ultrastable, les mesures brutes effectuées par ce récepteur et les données provenant des balises étant formatées sous la forme de télémesures, reçues par le sol, à destination finale du centre de traitement. Les satellites maîtres sont capables de traiter le message transmis par les balises maîtresses.
Les satellites maîtres ont des orbites de type quasi-héliosynchrone, éventuellement complétées par des orbites de type basses et/ou géostationnaires.
Les satellites clients n'adressent pas forcément leur télémesure au centre de traitement. Les satellites clients ne sont pas nécessairement capables de traiter le message transmis par les balises maîtresses.
Les satellites clients peuvent avoir tout type d'orbite et font à la fois partie du segment spatial et du segment utilisateur du système.
Les balises clientes sont notamment des balises de localisation, ou des balises de temps.
Avantageusement les balises sont connectées à un microcalculateur permettant de programmer certains paramètres des balises et de vérifier leur bon fonctionnement.
Le microcalculateur est relie a des capteurs de mesures locales tels que :
- capteurs de données météorologiques ;
- capteurs de mesures brutes GNSS ou de corrections différentielles GNSS ; - capteurs de coefficients d'horloge ;
- capteurs d'état de santé des différents éléments constitutifs de la balise permettant de diagnostiquer des pannes à distance, au niveau du centre de contrôle ;
- capteurs de calibration.
Les balises peuvent être monofréquences ou bifréquences.
Le système de l'invention comporte, avantageusement, des balises de précision.
Dans ledit système deux balises affectées d'un code PN identique devant être poursuivies nominalement par un même satellite sont éloignées d'une distance supérieure au diamètre d'un cercle de visibilité associé audit satellite.
Avantageusement les porteuses transmises par les balises sont toutes modulées par un code court d'étalement de spectre (: code de référence).
Le système de l'invention peut comporter des récepteurs monofréquences ou bifréquences.
Les balises de précision peuvent être bifréquences et chaque porteuse transmise est modulée par un code long d'étalement de spectre (: code de précision) et par un code court ( : code de référence).
Avantageusement le système de l'invention comporte des récepteurs en orbite, ou au voisinage de la surface terrestre (fixes ou mobiles).
Les récepteurs peuvent être les suivants : - récepteurs de base ;
- récepteurs faible coût de navigation ;
- récepteurs faible coût de navigation et détection d'attitude ;
- récepteurs de navigation et d'attitude ; - récepteurs pour navigation, orbitographie et détection d'attitude de précision ;
- récepteurs mixtes, capables de traiter les signaux transmis par les balises du système, ainsi que par les satellites des constellations GNSS.
Le système de l'invention peut comporter des récepteurs traitant seulement les codes de référence et des récepteurs traitant à la fois les codes de référence et les codes de précision (récepteurs de précision).
Le système de l'invention peut comporter un sous-système de suivi précis de la dérive d'une horloge à atomes froids en orbite.
Dans le système de l'invention le séquencement éventuel des émissions des balises clientes peut être géré selon un cycle journalier, décrit par des "Mots Semaine".
Dans un mode de réalisation les balises au sol sont toutes semblables, sur le plan architecture électrique et antenne, à l'exception :
- des balises adaptées au suivi précis de la dérive d'une horloge à atomes froids en orbite, qui, au lieu d'avoir un diagramme d'antenne de type hémisphérique, ont un diagramme directif ;
- de certaines balises de cellules autonomes locales, qui peuvent avoir un diagramme d'antenne spécifique. Couplé à la technique de l'imagerie interférométrique à l'aide de satellites radar S.A.R., le système de l'invention peut permettre de suivre finement les déformations d'un terrain quadrillé par des balises reçues par un récepteur dudit système, monté sur lesdits satellites radar. Il peut permettre de connaître finement les écarts entre les horloges des balises, et des balises de temps en particulier, à l'aide de satellites défilants et géostationnaires porteurs d'un récepteur dudit système.
Les satellites de navigation de type GNSS2 peuvent utiliser un récepteur dudit système pour réaliser leur propre navigation, et en dériver des éphémérides orbitales et horaires devant être diffusées à destination des utilisateurs desdits satellites GNSS2.
Le système de l'invention peut comporter des cellules autonomes locales de balises et de récepteurs, ces cellules pouvant dans certains cas être reliées radioélectriquement aux satellites maîtres ou clients.
L'invention concerne des balises mise en oeuvre dans ledit système, caractérisées en ce qu'elles comportent :
- un ou plusieurs capteurs de données locales ;
- un ordinateur de contrôle relié audit capteur de données ;
- un générateur de signal de référence, piloté par ledit oscillateur ;
- un module de génération et d'émission de signal pour chaque fréquence porteuse transmise, piloté par le générateur de signal de référence ; ce module comporte :
• un générateur de porteuse,
• un générateur de code court d'étalement de spectre,
• un formateur de données piloté par l'ordinateur de contrôle, lesdites données modulant en bande de base ledit code court via un sommateur, l'ensemble modulant la porteuse avec un modulateur,
• une antenne, reliée au modulateur via un amplificateur RF.
Avantageusement les fréquences porteuses qu'elle transmet sont propres audit système.
Une balise de précision transmet un signal bifréquence. Dans une telle balise de précision au moins l'un des deux modules de génération et d'émission de signal comporte :
- un générateur de code long d'étalement de spectre ;
- un sommateur modulant ledit code long par le message issu du formateur de données ;
- un modulateur de porteuse par ledit code long sommé aux données ;
- un déphaseur ∏/4 de ladite porteuse modulée ;
- un additionneur sommant la porteuse modulée par le code long en quadrature avec la porteuse modulée par le code court. Une telle balise de précision transmet des codes longs, aux fréquences porteuses propres dudit système.
L'invention concerne également un récepteur mis en oeuvre dans ledit système, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque fréquence porteuse reçue :
- une à quatre antennes de réception ;
- un à quatre modules de réception radiofréquence et transposition en fréquence intermédiaire, pouvant être des puces RF, reliés à un convertisseur analogique numérique, ces modules étant spécifiques à la fréquence porteuse reçue dudit système ;
- un ou plusieurs circuits ASICs (ou "Application Spécifie Integrated Circuits") traitant notamment le code court d'étalement de spectre modulant la porteuse reçue, ces ASICs étant adaptés au traitement des codes courts dudit système ;
et en ce qu'il comporte également :
- un ensemble microprocesseur interconnecté aux ASICs d'une part et à un ensemble mémoire et à une interface numérique d'autre part ;
- un oscillateur, pilotant notamment les modules de réception radiofréquence et transposition en fréquence intermédiaire, et les ASICs et l'ensemble microprocesseur.
Avantageusement un module de réception radiofréquence et transposition est associé à chaque antenne, pour les récepteurs à architecture RF parallèle, ou un unique module de réception radiofréquence et transposition en fréquence intermédiaire est interconnecté à l'ensemble des antennes, via un commutateur rapide, pour les récepteurs à architecture RF séquencée.
Avantageusement l'un des modules de réception radiofréquence et transposition en fréquence intermédiaire des récepteurs mixtes est adapté à l'une des deux fréquences du système de l'invention, tandis que l'autre module de réception RF et transposition FI est adapté à l'une des bandes de fréquence diffusée par les satellites des constellations GNSS.
Avantageusement au moins l'une des deux chaînes de réception des récepteurs de précision est adaptée à la réception des codes longs dudit système, aux fréquences porteuses dudit système, les ASICs associés à au moins l'une des deux chaînes de réception pouvant traiter à la fois les codes courts et les codes longs associés à ladite chaîne de réception.
Le système de l'invention est compétitif avec les systèmes GPS ou GLONASS pour la plupart des applications spatiales. Les mêmes raisonnements peuvent a fortiori être tenus vis-à-vis des systèmes DORIS actuels ou PRARE. De plus, le système de l'invention est potentiellement plus performant que tous ces systèmes, pour la plupart de leurs applications spatiales.
Brève description des dessins
- La figure 1 illustre les différentes composantes du système de l'invention ;
- la figure 2 illustre le schéma d'une balise de référence selon l'invention ;
- la figure 3 illustre les paramètres des antennes d'émission des balises de référence ;
- la figure 4 illustre schématiquement une balise de précision ;
- la figure 5 illustre un schéma de synthèse des différents types de balises ZZZ ;
- la figure 6 illustre un sous-système de mesure précise de dérive d'horloge a atomes froids montée sur satellite ;
- la figure 7 illustre un cercle de visibilité pour un satellite d'altitude hu ,
- la figure 8 illustre quatre cercles de visibilité ;
- les figures 9 et 10 illustrent la constitution d'un parc de balises à spectre étalé ; - la figure 11 illustre un exemple d'affectation des codes des balises d'orbitographie ZZZ ;
- la figure 12 illustre une image interférométrique SAR ;
- les figures 13 et 14 illustrent des balises clientes comportant des batteries rechargées par des panneaux solaires ;
- les figures 15, 16 et 17 illustrent plusieurs schémas d'un satellite maître ;
- la figure 18 illustre le schéma d'un récepteur ZZZ de base ;
- les figures 19, 20 et 21 illustrent deux autres types de récepteur ZZZ ;
- la figure 22 illustre un récepteur mixte
GNSS-ZZZ de base ;
- les figures 23 et 24 illustrent trois exemples de récepteur ZZZ adaptés a la détection d'attitude ;
- la figure 25 illustre le fonctionnement d'une antenne adaptée au cas d'un satellite en orbite basse ;
- la figure 26 illustre une liaison spatiale entre une balise ZZZ et un récepteur ZZZ ;
- les figures 27A, 27B et 27C illustrent trois configurations d'un récepteur de référence du système de l'invention ;
- la figure 28 illustre une exploration des cases Doppler ;
- la figure 29 illustre un satellite muni d'un récepteur ZZZ bifréquence ;
- la figure 30 illustre un exemple de charge utile de navigation GNSS2 ;
- la figure 31 représente une trace au sol d'un satellite à orbite de type h2 ; - les figures 32 et 33 illustrent différents écarts de temps déterminés par un satellite.
Exposé détaillé de modes de réalisation
Le système de l'invention est principalement dédié à la radionavigation et la radiolocalisation de satellites et de véhicules ou points fixes terrestres. Dans l'attente de recevoir un nom définitif, ce système sera appelé provisoirement ZZZ.
Au CNES (Centre National d'Etudes Spatiales), ce système ZZZ est désigné par l'avant projet DORIS NG (Système DORIS de Nouvelle Génération).
Ce système ZZZ hérite des principaux avantages respectifs des systèmes de type GPS et DORIS actuels.
Le système ZZZ de l'invention et les systèmes civils de navigation par satellites du futur (GNSS2) sont complémentaires et destinés a former à terme un système universel de radionavigation /localisation appelé GNSS3. Ceci est abrégé par la formule suivante :
ZZZ + GNSS2 = GNSS3
Les utilisateurs potentiels du système de l'invention sont classés suivant différents types de besoin :
• La plupart des satellites, dont les besoins opérationnels de synchronisation bord/sol et/ou de navigation et/ou d'orbitographie et/ou de détection d'attitude, sont compatibles avec les précisions offertes pour ces besoins, a priori supérieures à celles présentées par les systèmes GPS ou DORIS actuels. Les trajectoires de référence de ces satellites utilisateurs sont classées en quatre catégories principales d'orbites circulaires :
- les orbites basses, d'altitude notée h1.
Ces orbites sont classiquement utilisées par les minisatellites et par les microsatellites ;
- les orbites de type héliosynchrone, d'altitude h2. Ces orbites sont classiquement utilisées par les satellites d'observation de la terre ;
- les orbites geosynchrones d'altitude moyenne h3, dont la période est proche de douze heures. Ces orbites sont classiquement utilisées par les constellations de satellites de radionavigation (GPS, GLONASS, GNSS2, ... ) ;
- les orbites géostationnaires, d'altitude h4. Ces orbites sont classiquement utilisées par les satellites de télécommunication, de météorologie et de navigation (GNSS1, GNSS2).
On obtient ainsi :
h1 # 400 km
h2 # 800 km
h3 # 20 000 km
h4 # 36 000 km
Ces quatre types d'orbite représentent les trajectoires de satellites une fois mis à poste. Le système de l'invention peut également permettre la fonction d'orbitographie et/ou navigation pour la mise à poste de ces satellites.
Les besoins d'orbitographie/navigation /attitude peuvent être classés comme suit :
Figure imgf000016_0001
• La communauté scientifique, pour de nombreuses applications, comme :
Figure imgf000016_0002
Figure imgf000017_0001
Le système de l'invention peut notamment contribuer aux références internationales dans les domaines suivants, cités à titre d'exemple :
- référentiels de temps (UTC) ;
- référentiels géodésiques ;
- référentiels gravimétriques ;
- modèles ionosphériques.
Le système de l'invention est potentiellement plus adapté et plus précis que le système DORIS actuel, le système GPS actuel, GLONASS et PRARE, pour la plupart de ces applications.
• Les navigateurs terrestres :
Figure imgf000017_0002
Figure imgf000018_0001
• Les communautés nationales :
Figure imgf000018_0002
Les besoins D1 à D4 peuvent être satisfaits dans un contexte de résistance forte aux brouillages intentionnels.
Les composantes du système de l'invention, illustrées sur la figure 1, sont les suivantes : secteur terrien, secteur spatial, secteur utilisateur.
Secteur terrien
Le secteur terrien est composé des éléments suivants : • Un réseau principal de balises au sol
(RBS) émettant un signal radioélectrique montant à destination des satellites utilisateurs. Chaque balise transmet un message, contenant un code d'identification. Ces balises sont de différents types, dont on décrit ici les trois catégories de base :
- les balises d'orbitographie (BO), dont la position est parfaitement connue. Le système de l'invention détermine l'orbite des satellites utilisateurs à l'aide de ces balises. Les balises d'orbitographie transmettent un signal en permanence. Les balises d'orbitographie transmettent leur position (et leur vitesse dans certains cas) périodiquement ;
- les balises clientes (BC), comme les balises de localisation (BL) ou certaines balises de temps (BT), ont leur position et/ou leur temps propre qui sont a priori inconnus lors de leur mise en service. Le système de l'invention a pour but de localiser ces balises. Ces balises clientes font également partie du segment utilisateur,
- les balises maîtresses (BM), qui transmettent des informations utiles et des plans de travail à certains satellites utilisateurs et/ou partie prenante du système. Ce sont des balises d'orbitographie (BO), dans la même mesure où elles sont parfaitement localisées a priori. Ces balises sont connectées à des horloges très stables (atomiques ou maser à hydrogène, par exemple). Ces balises diffusent le temps du système de l'invention (et une référence de temps international telle que le temps UTC) sous la forme de coefficients d'horloge.
• Un centre de mission et de contrôle (CMC) : ce centre élabore les plans de travail de certains satellites utilisateurs et les transmet lorsque ceux-ci survolent les balises maîtresses. Un message destiné à un satellite particulier est précédé d'un code d'identification dudit satellite. Le centre de contrôle élabore les messages de configuration de certaines balises, qui lui sont reliées. Il ressort et classe également les télémesures des mesures de localisation faites à bord de certains satellites utilisateurs, à partir des signaux transmis par les balises reçues. Ces télémesures contiennent également certains paramètres enregistres par les balises ellesmêmes (données provenant de capteurs météorologiques par exemple, état de santé...). Ces télémesures proviennent des stations de télémesure/télécommande (TM/TC) (pas forcément spécifiques du système de l'invention) poursuivant les satellites utilisateurs. Elles parviennent au centre de contrôle soit directement, soit par l'intermédiaire des centres de contrôle spécifiques aux satellites concernés (centre de contrôle satellite : CCS).
• Un centre de traitement (CT) : ce centre de traitement (pouvant être réparti entre plusieurs entités) reçoit les télémesures classées par le centre de contrôle. Ce centre sépare les télémesures en deux groupes. L'un contient les télémesures nécessaires aux traitements propres du centre de traitement, l'autre celles qui sont spécifiques à certains clients des services offerts par le système de l'invention. Les produits issus des traitements du centre de traitement sont par exemple :
- l'orbitographie précise et des ordres de routine de certains satellites utilisateurs ;
- l'attitude précise de certains satellites utilisateurs ;
- les paramètres représentatifs de la ionosphère ;
- les coefficients d'horloge de certaines balises, références par rapport au temps du système, lui-même produit par le centre de traitement ;
- les paramètres de rotation de la terre ;
- les positions mise à jour des balises.
Ces produits sont d'une part distribués aux clients des services du système de l'invention et retournés au centre de contrôle, qui les utilise pour élaborer ses plans de travail et de programmation, et fournir des orbites de routine aux stations de télémesure/télécommande utilisant les services du système de l'invention.
Secteur spatial
Le secteur spatial est composé de satellites maîtres et de satellites clients. Les satellites maîtres (SM) participent étroitement au fonctionnement du système. Leur télémesure est systématiquement adressée au centre de traitement. Ils sont chacun munis d'un récepteur spécifique dit ZZZ dans la suite de la description connecté à un oscillateur ultrastable (OUS). Les mesures brutes effectuées par ce récepteur et les données provenant des balises sont systématiquement formatées sous la forme de télémesures, reçues par le sol, à destination finale du centre CT. Les satellites maîtres sont capables de traiter le message transmis par les balises maîtresses. Ces satellites ont des orbites de type quasi-héliosynchrone, éventuellement complétées par des orbites de type basses et/ou géostationnaires.
Les satellites clients (SC) n'adressent pas forcément leurs télémesures au centre de traitement. Ils ne sont également pas obligatoirement munis d'un oscillateur OUS (OCXO haut de gamme). Les satellites clients ne sont pas nécessairement capables de traiter le message transmis par les balises maîtresses. Ces satellites peuvent avoir tout type d'orbite, et en particulier des orbites de type basses, héliosynchrones, géosynchrones ou géostationnaires. Les satellites clients font à la fois partie du segment spatial et du segment utilisateur du système de l'invention.
Secteur utilisateur
Le segment utilisateur est composé :
- des porteurs fixes ou mobiles, comme des satellites clients, avions ou bateaux, munis de récepteurs ZZZ ; - des balises clientes, comme les balises de localisation (ou les balises de temps).
La figure 1 illustre les différentes composantes du système de l'invention. Sur cette figure sont représentés des avions 10, des navires 11, une piste d'atterrissage 12.
Cette figure représente également des cellules autonomes locales 13 de balises et récepteurs clients, fixes ou mobiles au voisinage de la surface terrestre. Ces cellules sont autonomes dans la mesure où l'utilisation de satellites (maîtres ou clients) n'est pas strictement nécessaire. Ces cellules peuvent toutefois être reliées radioélectriquement à certains satellites du système, dans un souci de complémentarité des utilisations du système. Ces cellules locales peuvent par exemple répondre à des besoins de type B9, C1, C2, C3, C4, C8 et D3. La figure 2 illustre le schéma d'une balise de référence selon l'invention.
Cette balise comprend donc :
- un oscillateur 20 ;
- un générateur de signal de référence 21 relié dans un module de génération et d'émission de signal 22 ;
- un générateur de porteuse à la fréquence f1 24 ;
- un générateur de code court Cc1 25 ;
et dans un module de génération et d'émission de signal 23 :
- un générateur de porteuse à la fréquence f2 26 ;
- un générateur de code court Cc2 27. Un capteur de données locales 28 est relié à un ordinateur de contrôle 29, qui peut être en liaison avec un MODEM et/ou un récepteur radio 30. L'ordinateur de contrôle est relié à un premier formateur de données 31, situé dans le module de génération et d'émission 22, et à un second formateur de données 32 situé dans le module de génération et d'émission 23.
Dans chaque module de génération et d'émission, le générateur de porteuse 24, 26 est relié à un modulateur 33, 34 qui reçoit un signal de commande d'un sommateur 35, 36 relié au générateur de code et au formateur. Chaque modulateur est relié à une antenne à diagramme de type hémisphérique 37, 38 via un amplificateur RF 39, 40. Une balise monofréquence ne contient que le module 22 ou le module 23.
Définition détaillée du système de l'invention
Secteur terrien
Les définitions utiles à la description des balises et aux signaux qu'elles transmettent sont les suivantes :
Figure imgf000024_0001
Figure imgf000025_0001
A titre d'exemple, des valeurs possibles pour les paramètres fondamentaux de la balise et du signal de référence transmis sont les suivantes :
Figure imgf000026_0001
Les codes Cc 1 et Cc2 peuvent être identiques. Dans ce cas, les générateurs de code Cc1 et Cc2 représentés sur la figure 2 sont confondus. On obtient alors Δτ12Pe=0. Dans le cas contraire, le rapport entre les durées Tc1 et Tc2 doit être entier et, si possible, égal à 1. Les codes Cci sont appelés codes de référence.
Par exemple, les codes PN courts peuvent être des codes C/A GPS et/ou GLONASS. Les rythmes des données peuvent être par exemple ceux des signaux GPS (et/ou GLONASS et/ou RGIC - INMARSAT 3 -). Ces exemples de choix permettent de réutiliser telles quelles ou en grande partie des technologies existantes pour les circuits électroniques des balises et des récepteurs ZZZ. Cette réutilisation peut être avantageusement faite pour réduire les coûts des balises et des récepteurs, en maintenant un cadre compétitif permanent basé sur l'utilisation d'un format standard de signal de radionavigation.
Les balises du système de l'invention sont dites balises ZZZ.
Les balises ZZZ de base sont bifréquences. Toutefois, des balises monofréquences peuvent être utilisées au sein du segment sol du système de l'invention.
Les oscillateurs des balises ZZZ de base sont des oscillateurs à quartz haut de gamme (OUS : oscillateur ultrastable). Toutefois, des horloges atomiques et/ou des masers à hydrogène et/ou des horloges a atomes froids peuvent également y être connectés.
Une balise bifréquence connectée à une horloge, très stable à moyen et long terme, munie d'un dispositif de calibration en temps, est une balise de temps.
Les balises ZZZ de base sont connectées à un microcalculateur (interne ou externe), permettant de programmer certains paramètres des balises et de vérifier leur bon fonctionnement. Le microcalculateur est relié à des capteurs de mesures locales. Ces capteurs peuvent être de différents types, cités ici à titre d'exemple : • Capteurs de données météorologiques
(pression, hygrométrie, température, par exemple). Ces données météorologiques peuvent être utilisées par exemple pour :
- déterminer les erreurs de mesure faites par les récepteurs ZZZ, à cause de l'atmosphère traversée par les signaux reçus par lesdits récepteurs,
- centraliser des données météorologiques à des fins de surveillance/prévision du climat.
• Capteurs de mesures brutes GNSS (pseudodistance, pseudovitesse) ou de corrections différentielles GNSS. Ces données sont utilisées à des fins de navigation relative (orbitale ou aérienne) ou différentielle locale (orbitale, aérienne ou maritime).
• Capteurs de coefficients d'horloge. Les coefficients d'horloge α0, α1, α2 sont tels que l'écart ΔT entre l'horloge de la balise et le temps du système de l'invention est approximé par la formule suivante :
ΔT(t) # α0·(t0) + α1·(t-t0) + α2·(t-t0)2 où t est l'instant courant et t0 l'instant de mesure des coefficients d'horloge.
Ces coefficients d'horloge peuvent être mesurés par un récepteur GPS ou GLONASS ou GNSS2 placé à proximité de la balise. Ces coefficients peuvent également être déterminés de façon autonome par le centre de traitement du système de l'invention et retransmis à destination de certaines balises, par liaison filaire ou radioélectrique. Ces coefficients peuvent être diffusés par le message transmis par les balises de temps (BT).
• Capteurs d'état de santé des différents éléments constitutifs de la balise permettant de diagnostiquer des pannes à distance, au niveau du centre de contrôle du système de l'invention. • Capteurs de calibration : ce capteur mesure périodiquement les différents retards différentiels et/ou absolus intervenant dans la calibration en temps de la balise considérée. Ces paramètres sont Δτ1PAe et/ou Δτ2PAe et/ou Δτ12Ae et/ou Δτ12Pe.
Dans le cas des balises bifréquences, les données provenant d'un ou plusieurs types de capteurs peuvent être transmises à l'aide du message binaire D1, tandis que les données provenant d'autres types de capteurs peuvent être transmises a l'aide du message binaire D2. Les messages binaires D1 et D2 peuvent également être identiques.
Les balises ZZZ peuvent être monofréquences. Elles transmettent donc le signal ye1 ou ye2, selon les cas.
Les balises de référence sont également caractérisées par leurs antennes d'émission, décrites par les paramètres suivants, représentés sur la figure 3 :
Figure imgf000029_0001
Les antennes de référence sont bifréquences et peu directives ; leur diagramme est de type hémisphérique. Il peut éventuellement compenser partiellement la dégradation du bilan de liaison pour des angles αe faibles. Il a idéalement une symétrie de révolution par rapport à la verticale locale. L'antenne est adaptée à l'émission de signaux en polarisation circulaire. Son centre de phase est bien repéré.
La où l'une des fréquences-porteuses associées à certaines cellules autonomes locales de balises et de récepteurs peut être différente des fréquences f1 et f2 décrites précédemment, dans le cas où lesdites cellules ne nécessitent pas d'être complètement reliées radioélectriquement aux satellites maîtres ou clients. Dans ce cas, la fréquence spécifique aux cellules autonomes locales est notée f3.
Le système de l'invention comporte également une sous-catégorie de balises, dites balises de précision. Ces balises émettent un signal yeiP comportant à la fois des codes courts Cci et des codes longs notés CLi. Ces codes longs sont appelés codes de précision. Ces codes peuvent être des codes P de type GPS et/ou GLONASS par exemple.
A puissance totale transmise égale, le brouillage de tels signaux est plus difficile que dans le cas des codes courts, le brouillage desdits codes courts étant lui-même plus difficile que dans le cas d'une modulation à bande étroite.
Ces balises peuvent avoir une antenne à diagramme hémisphérique, comme dans le cas des balises de référence, ou à diagramme à directivité importante, pour des applications d'orbitographie et de synchronisation ultraprécise concernant les satellites géostationnaires. L'horloge connectée à une balise de précision peut être de type atomique ou Maser ou atomes froids, si cette balise est au sol.
Les balises de précision peuvent également être connectées à une horloge à atomes froids montée sur un satellite en orbite. Si ce satellite est également muni de récepteurs ZZZ adaptés à la réception des signaux transmis par des balises de précision situées au sol (colocalisées avec des récepteurs ZZZ), on obtient un sous-système de suivi précis de la dérive d'une horloge à atomes froids en orbite.
En tant que balises connectées à une horloge ayant une stabilité long terme au moins aussi précise que celle d'une horloge atomique, les balises de précision sont donc des balises de temps particulières.
Le sous-système de ZZZ composé de balises de précision directives et des récepteurs associés est nommé "ZZZ-Time".
Figure imgf000031_0001
Le coefficient ai représente l'amplitude relative de la composante du signal yeip comportant le code long, modulant la porteuse fi en quadrature.
Dans le cas où la balise est fortement directive, les fréquences fi peuvent être différentes de celles associées aux balises de référence, dans le but d'éviter les brouillages de ces dernières.
De même, si un satellite recevant les signaux provenant de balises de précision au sol emporte une balise de précision embarquée, les fréquences fi associées à cette dernière doivent être différentes de celles associées auxdites balises de précision au sol. Ceci évite les interférences entre les liaisons montantes et descendantes.
Figure imgf000032_0001
A titre d'exemple, ces paramètres peuvent être tels que :
Figure imgf000032_0002
Le message Di émis par les balises de précision comporte un compteur de temps mis à jour périodiquement. La date contenue dans ce compteur permet de prépositionner le circuit d'acquisition du code de précision.
Une balise de précision peut être réalisée, comme représenté sur le schéma de la figure 4.
On retrouve sur cette figure un certain nombre d'éléments déjà illustrés sur la figure 2 ; ils sont représentés ici avec la même référence.
Il y a, en outre, de nouveaux éléments : - un capteur calibrateur de temps 45 ;
- une horloge très stable 46 ;
- deux sommateurs 47, 48 ;
- deux modulateurs 49, 50 ;
- deux déphaseurs π/4 51, 52 ;
- deux générateurs de codes CL1 et CL2 53,
54 ;
- deux additionneurs 55, 56. Dans le cas où un code de précision est surtout requis pour des raisons de résistance aux brouillages, il n'est pas strictement nécessaire que la balise de précision transmette un tel code à la fois sur les fréquences f1 et f2.
Dans une variante du système de l'invention, certaines balises maîtresses peuvent être des balises de précision.
La figure 5 illustre un schéma de synthèse des différents types de balises ZZZ (les hachures représentent le système de l'invention ZZZ de référence
(version de base) ; le reste de la figure représente le potentiel d'évolution de la version de base).
La figure 6 illustre un sous-système de mesure précise de dérive d'horloge à atomes froids montée sur satellite. La dérive de ladite horloge est suivie très finement si le satellite est géostationnaire.
Sur cette figure est représenté d'une part un satellite 60, et d'autre part des stations de précision 61. Le satellite 60 comprend un calculateur 62 relié à une balise de précision 63 et à un récepteur de précision 64, et une horloge à atomes froids 65.
Chaque station 61 comprend un calculateur
70 relié à une balise de précision 71 et à un récepteur de précision 72, et une horloge atomique ou maser à hydrogène 73.
Les antennes bord et sol de ce sous-système sont directives.
Le système de l'invention se caractérise également par les règles d'affectation des codes pseudoaléatoires aux balises. Ces règles considèrent la notion de cercle de visibilité. Un tel cercle entoure la surface terrestre visible par un satellite d'altitude hj, comme représenté sur la figure 7.
Un cercle de visibilité Cj se caractérise par son centre situé sur la surface de la terre, à la verticale du satellite et par sa surface
Figure imgf000034_0001
RT étant le rayon terrestre.
On définit également le rapport des surfaces des cercles de visibilité associés aux altitudes hi et hj, noté RSij :
Figure imgf000034_0002
On associe également des cercles de visibilité aux balises. Ces cercles sont ceux définis précédemment et centrés sur la balise. On suppose que le satellite se situe à la verticale de ladite balise.
Sur la figure 8, on a représenté quatre cercles de visibilité (C1 , C2 , C3, C4) correspondant aux altitudes h1, h2, h3 et h4.
On remarque que les rayons des cercles C3 et C4 sont semblables, alors que les altitudes associées tu sont différentes. On obtient donc
RS34 # 1. Cette remarque reste valable pour des orbites d'altitude supérieure à h4.
Les cercles de visibilité intervenant dans le dimensionnement du système de l'invention sont donc de type C1 , C2 et C4 au premier ordre.
La règle de base de constitution du réseau de balises ZZZ est la suivante : "deux balises affectées d'un code identique devant être nominalement poursuivies par un même satellite doivent être éloignées d'une distance supérieure au diamètre du cercle de visibilité associé audit satellite". Cette règle évite les interférences entre codes PN identiques.
Les figures 9 et 10 illustrent la constitution d'un parc de balises à spectre étalé, par exemple d'un système à deux codes pseudoaléatoires. Dans cet exemple utilisant la règle de constitution décrite ci-dessus, il existe deux types de balise :
- les balises identifiées par le code PN noté "⃝",
- les balises identifiées par le code PN noté "⃞".
La règle de constitution du réseau est la suivante : deux balises de même type doivent être espacées d'une distance supérieure ou égale au diamètre des cercles de visibilité Cj au sein desquels lesdites balises peuvent être utilisées. La figure 9 illustre la constitution du premier sous-réseau respectant ladite règle. La figure 10 illustre la constitution du parc par ajout du second sous-réseau respectant ladite règle.
La règle de constitution du réseau de balises est a fortiori respectée dans le cas particulier où chaque balise est associée à un code différent de tous les autres (cas particulier du système de l'invention).
On définit les notations complémentaires suivantes :
Figure imgf000036_0001
Figure imgf000037_0002
Exemple d'affectation des codes PN Dans cet exemple, on considère les balises transmettant au moins à la fréquence f1.
On suppose qu'un cercle C2 ne contient pas plus de huit balises d'orbitographie. Considérons le cas où N12o = 8.
D'après la règle de base, les codes PN associés à ces huit balises sont tous différents. Ces codes sont nommés Co1 . 1 , Co1.2, Co1.3, Co1.4, Co1.5, Co1.6, Co1.7 et Co1.8.
On en déduit le nombre moyen N11om de balises d'orbitographie dans un cercle C1. Ce nombre est donné par la relation suivante :
Figure imgf000037_0001
RS12 = 1,88 avec h1 = 400 km, d'où : N11om = 4,25.
Ceci permet d'espérer une couverture de balises d'orbitographie suffisante pour que les satellites en orbite basse puissent observer au moins quatre balises.
On peut donc écrire : N11o ≥ N11ot ≥ 4. Ce nombre de quatre balises est choisi pour permettre la faisabilité des applications de détection d'attitude autonome aux altitudes de type h1, ainsi que la convergence rapide des navigateurs spécifiques ZZZ embarqués à cette altitude. En effet, les récepteurs ZZZ uniquement dédiés à des applications de navigation/attitude peuvent être munis d'un oscillateur faible précision/faible coût comme un TCXO. La dérive des horloges des balises ZZZ peut être considérée comme négligeable par rapport à celle d'un TCXO, lors du processus d'auto-initialisation (voire même en mode nominal).
La poursuite de la pente de ce TCXO par le filtre de navigation embarque (navigateur ZZZ) peut donc être obtenue de façon quasi-instantanée, même en orbite basse.
Un réseau suffisamment dense (tel que N1ot ≥ 4) ouvre donc des applications d'utilisation du système de l'invention en orbite basse, jusqu'alors exclues pour des systèmes tels que le système DORIS actuel (réseau risquant la saturation pour une telle densité en présence de balises de localisation) et PRARE (station sol PRARE trop complexe, au coût prohibitif pour atteindre de telles densités).
Ces application sont a ce jour uniquement accessibles pour les systèmes GPS et GLONASS.
De plus, un réseau suffisamment dense de balises accessibles simultanément peut permettre de réaliser l'orbitographie précise de satellites en orbite basse, à des fins d'étude du champ de gravité aux altitudes correspondantes, sans que soit nécessaire l'ajout de balises spatialisées sur lesdits satellites ; balises supposées être poursuivies par des satellites en orbite d'altitude supérieure, ni qu'il soit nécessaire de modifier les récepteurs de référence pour poursuivre lesdites balises en orbite.
Par ailleurs, on suppose que l'on souhaite pouvoir poursuivre simultanément sept balises d'orbitographie par cercle C3 ou C4. Ces sept balises ne sont pas toutes strictement nécessaires pour atteindre la précision de navigation recherchée, mais elles offrent un niveau de redondance et permettent le RAIM (Receiver Autonomous Integrety Monitoring). On a donc N4ou = 7. Le système ZZZ de base utilise avantageusement les mêmes types de balises sol (diagramme d'antenne, puissance émise....) pour tous les types d'orbite, y compris les orbites géostationnaires et géostationnaires de transfert. Les balises se distinguent seulement par leur numéro de code pseudoaléatoire et leur numéro d'identification.
Les codes Co1.1 à Co1.8 définis précédemment ne sont a priori pas utilisables, car on retrouve chacun d'entre eux plusieurs fois dans un même cercle C4. En effet, on obtient RS24 # 7,5 pour h2 = 800 km et h4 = 36 000 km.
Les sept balises observables depuis les cercles C3 ou C4 doivent donc avoir des codes PN différents des codes Co1.1 à Co1.8. Ces nouveaux codes PN sont appelés Co1.9, Co1.10, Co1.11, Co1.12, Co1.13, Co1.14 et Co1.15. On obtient donc :
Figure imgf000039_0001
Les codes Co1.9 à Co1.15 sont également observables par tous les satellites situés à des altitudes inférieures à h3 ou h4, et donc a fortiori pour les satellites en orbite héliosynchrone h2 ou basse h1.
Le nombre moyen M de codes Co1.9 à Co1.15 observables dans un cercle C2 est donc tel que :
Figure imgf000040_0001
Pour limiter la valeur de N12o, et donc garantir une valeur minimum pour N12c, on limite à m=2 le nombre maximum de balises d'orbitographie dont le code est compris entre Co1.9 et Co1.15 dans un cercle
C2 : N12o = N12ot + m
N12o = 8 + 2 = 10
Le réseau de balises d'orbitographie doit comporter au moins N4M = 2 balises maîtresses par cercle de visibilité C4 ( : une balise maîtresse de référence et une balise maîtresse en redondance chaude). Celles-ci pourront transmettre des informations spécifiques à destination des satellites (maîtres ou clients) en orbite géostationnaire, entre les passages de certains satellites à défilement. Les codes PN associés aux balises maîtresses doivent donc être compris entre Co1.9 et Co1.15. Le nombre N14ou (=7) contient donc les balises maîtresses.
Les codes Co1.1 à Co1.15 sont tous orthogonaux entre eux.
La figure 11 illustre un exemple d'affectation des codes des balises d'orbitographie ZZZ. Le nombre total de balises maîtresses NM est donc au minimum :
Figure imgf000041_0001
où ST est la surface de la terre, ST = 4πRT 2, NMa # 2,35 × 2 # 5.
La mise en place des balises maîtresses ZZZ peut être progressive. En effet, deux ou trois balises maîtresses peuvent suffire aux besoins des satellites placés sur des orbites d'altitude de type h2, ainsi qu'aux satellites géostationnaires associés aux zones de visibilité où ces deux ou trois balises se trouvent. Le besoin d'augmentation du nombre de balises maîtresses par rapport à cette configuration initiale provient à la fois de la couverture totale de l'orbite géostationnaire et de la faiblesse du nombre de contacts des satellites en orbite basse (altitude de type h1), avec une balise maîtresse particulière. En effet, ces balises sont reliées au temps système de l'invention, lui-même relié à une référence de temps internationale telle que UTC. Elles peuvent en effet servir au rattachement des horloges embarquées à une référence de temps connue (synchronisation bord-sol). L'augmentation du nombre de balises maîtresses (et/ou de balises de temps reliées à une référence de temps) par rapport à ladite configuration initiale permet également de diminuer le temps d'auto-initialisation des navigateurs orbitaux embarqués dans les récepteurs ZZZ embarqués sur des satellites défilants. On introduit les notations suivantes
Figure imgf000042_0001
Dans l'exemple décrit précédemment, on a supposé qu'un cercle C2 ne contient pas plus de huit balises d'orbitographie transmettant à la fréquence f1, soit :
N12o = b2o + m12o ≤ 8 De même, on a supposé que le nombre de balises d'orbitographie transmettant à la fréquence f1 contenues dans un cercle C1 vaut au moins 4, lorsque la géographie terrestre le permet (id est : hors zones océaniques sans îles), d'où :
N11o = b1o + m11o ≥ 4
Ceci permet de bien répondre aux besoins de type A11, A21, A31 et A41.
Par analogie, on convient dans cet exemple qu'un cercle C2 doit contenir au moins quatre balises d'orbitographie bifréquence, pour satisfaire les besoins A12, A22, A32 et A42, ainsi que les besoins Bk de la communauté scientifique. On obtient donc b2o ≥ 4.
Des inégalités précédentes, on en déduit une condition sur le nombre de balises monofréquences transmettant à la fréquence f1 dans un cercle C2 :
0 ≤ m12o ≤ 4. Cette double inégalité représente les différentes options de constitution fréquentielle du réseau de balises ZZZ :
- soit toutes les balises sont bifréquences (m12o = 0) ;
- soit des balises monofréquences "comblent" le manque éventuel de balises pour les satellites placés en orbite basse (altitude de type h1), supposés utiliser principalement des récepteurs ZZZ monofréquences pour des applications de navigation et détection d'attitude.
Dans l'exemple décrit précédemment, on peut estimer le nombre maximum de balises d'orbitographie transmettant à la fréquence f1 :
N1o # N14ot × ST/S4 # 157
N1ot # τo·N1p # 110 avec τo # 0,7 On suppose que la dégradation du facteur τ0 est limitée par :
- l'implantation d'un certain nombre de balises d'orbitographie au voisinage des pôles terrestres, afin de répondre au besoin B10 ;
- l'implantation de balises sur la plupart des îles bien réparties géographiquement, voire sur des barges flottantes ou des navires.
Le réseau de balises d'orbitographie peut être mis en place progressivement jusqu'à ce que leur nombre permette d'atteindre le niveau de redondance permettant des utilisations opérationnelles intègres.
Dès lors, la pleine capacité opérationnelle du système peut être déclarée. Les balises clientes
Les nombres Nijc et Nijct de balises clientes transmettant simultanément dans un cercle Ci sont tels que :
Nijct = Nij - Nijot
Nijc = Nij - Nijo.
Toutefois, le nombre de balises clientes situées dans un cercle Cj peut encore être bien supérieur. En effet, certaines balises peuvent ne transmettre que certains jours de la semaine. A cet effet, un mot semaine est défini (Week Word, abrégé par WW) ayant le format suivant :
Figure imgf000044_0001
où les bk sont sept booléens associes a chacun des jours de la semaine. Si l'un de ces booléens est place à l'état "1", la balise transmet son signal pendant toute la journée associée à ce booléen. Si un autre booléen est placé a l'état "0", la balise est placée en mode veille pendant la journée correspondante.
Les balises clientes proches les unes des autres destinées à réaliser un quadrillage de terrain
(pour répondre aux besoins géodésique, géodynamique et géophysique à l'échelle locale (besoins n° B9) possèdent toutes le même mot semaine (WW). Ceci permet à un ensemble de balises quadrillant un terrain à surveiller d'émettre simultanément. Ces balises, bien que très proches l'une de l'autre, ne se brouillent pas mutuellement grâce à l'accès multiple par répartition de code (AMRC) . La précision de localisation relative des balises ZZZ bifréquences quadrillant un terrain est excellente, du fait de la simultanéité des transmissions. Ceci permet d'accumuler un nombre important de mesures brutes faites à bord des satellites observateurs. L'utilisation des techniques interférométriques utilisant les phases des porteuses reçues devient également possible, par analogie avec les techniques utilisées en géodésie et géophysique fine à l'aide du système GPS.
La surveillance des déformations de terrain peut être réalisée de façon très précise à l'aide d'un satellite d'observation de la terre porteur à la fois d'un récepteur ZZZ et d'un radar à synthèse d'ouverture (SAR) qui permettent d'appliquer les techniques d' interférométrie radar. Le système de l'invention fournit l'orbite du satellite porteur du radar et la localisation relative et absolue des balises quadrillant le terrain à surveiller. Il permet de suivre finement l'évolution de ces localisations au cours du temps.
Ces localisations peuvent être plus fines qu'avec les systèmes GPS, GLONASS, DORIS et PRARE actuels.
Les images interférométriques du radar SAR fournissent les courbes de déformation de terrain.
Le couplage système ZZZ - radar SAR peut donc être utilisé avantageusement pour la surveillance des risques naturels, voire leur prédiction
(tremblements de terre, irruptions volcaniques...).
Ceci permet de répondre au besoin B9.
La figure 12 illustre une image interférométrique radar SAR avec les courbes de déformation du terrain 80 et les variations fines de position d'une balise cliente 81, intégrée dans un réseau de quadrillage de terrain. Les balises clientes quadrillant une zone à risque peuvent également être colocalisées avec un capteur de type sismographe.
Certaines balises clientes implantées sur un site pour une longue durée doivent être entièrement autonomes, y compris du point de vue de leur alimentation en énergie électrique. L'énergie provient de batteries rechargées par des panneaux solaires, par exemple comme représenté sur la figure 13. Dans ce cas, il peut être nécessaire de bien répartir les valeurs des sept booléens des mots semaine de façon à établir une programmation du cycle de charge et de décharge des batteries d'alimentation de la balise concernée.
La figure 14 illustre un exemple de pourcentage de charge de la batterie en fonction du temps.
Les mots semaines des balises clientes autonomes doivent être communiqués au centre de contrôle du système de l'invention.
Le centre de contrôle génère l'ensemble des mots semaines en respectant la règle suivante :
Si NijGc est le nombre global de balises clientes pouvant transmettre à la fréquence fi dans un cercle Cj, l'ensemble des booléens bki des mots semaines des balises clientes î doivent être choisis de telle sorte que :
Figure imgf000046_0001
quel que soit k compris entre 1 et 7.
Notons que tant que NjGc ≤ Nijc, la gestion des mots semaines est inutile. Toutes les balises branchées sur le secteur (i.e. : sans problème de charge et de décharge de batterie) peuvent avoir un mot semaine tel que :
Figure imgf000047_0002
Les codes PN affectés aux balises clientes doivent être choisis de façon cohérente avec ceux des mots semaines. Les codes affectés à ces balises sont nommés Cci.1, Cci.2, Cci.3, ..., Cci.n, .... . Ils sont tous orthogonaux avec tous les codes Coi.k associés aux balises d'orbitographie. Leur processus de sélection est tout à fait semblable au cas des balises d'orbitographie.
Le numéro d'affectation de chaque balise ZZZ, contenu dans le message de données transmis, est différent de celui de toutes les autres balises.
L'intérêt des balises monofréquences est défini en fonction des données économiques suivantes :
Figure imgf000047_0003
Ces balises monofréquences peuvent être utilisées avantageusement si :
Figure imgf000047_0001
La connaissance des nombres de balises et des coûts associés permet donc de choisir entre les différentes options de constitution fréquentielle du Réseau de Balises au Sol (RBS).
Secteur spatial
La figure 15 illustre le schéma d'un satellite maître (SM).
Les satellites maîtres sont munis d'un récepteur ZZZ bifréquence 85 et des deux antennes de réception associées 86, 87. Ce récepteur est connecté au bus de données 88 du satellite. Ce bus est relié au calculateur embarqué 89, chargé de gérer l'ensemble du système bord. Un formateur de données 91 est également relié au bus 88.
Le bus est également connecté à un formateur de données interfacé avec l'émetteur / récepteur de télémesure/télécommande (TM/TC) 90. Les mesures brutes et les données captées par le récepteur ZZZ sont ainsi adressées vers l'antenne TM/TC qui les diffuse vers le sol. Les plans de travail du récepteur maître sont reçus sous la forme de télécommandes adressées au récepteur via le bus de données du satellite.
Si le système de l'invention est utilisé de façon opérationnelle pour l'orbitographie de routine du satellite porteur, l'émetteur/récepteur destiné à la télécommande/télémesure n'a plus nécessairement besoin d'être un transpondeur cohérent, permettant de réaliser des mesures distances (et/ou Doppler) aller-retour dans les stations sol de poursuite dudit satellite.
Les émetteurs/récepteurs du satellite et desdites stations sol s'en trouvent donc simplifiés. L'une des fréquences du système de l'invention peut être située dans la bande S dédiée à la télécommande/télémesure (2025 - 2110 MHz). Cette fréquence f1 peut être avantageusement choisie en vue d'une compatibilité avec l'antenne de l'émetteur/récepteur TM/TC en bande S du satellite porteur : une économie du nombre d'antennes dudit satellite peut être réalisée si la bande passante de l'antenne bande S utilisée est compatible des bandes de service TM/TC utilisées et de la bande f1 du système de l'invention. En ce cas le schéma du satellite maître peut être des types illustrés sur les figures 16 et 17, les éléments identiques à ceux de la figure 14 étant représentés avec les mêmes références.
Satellite client
Le schéma est a priori le même que celui d'un satellite maître, aux exceptions suivantes près :
- le récepteur peut être monofréquence, bifréquence de référence ou de précision ;
- la transmission vers le sol des mesures brutes et des données collectées par les balises n'est pas systématique. Elle dépend de la mission du satellite client.
La figure 18 illustre le schéma d'un récepteur ZZZ de base. Sur cette figure sont représentés deux antennes 100, 101 reliées chacune à une puce ou hybride RF 102, 103 et un convertisseur analogique-numérique 104, 105, un commutateur numérique 106,107 et un composant ASIC 98,99 (cf. figure 18), un ensemble microprocesseur 108 étant relié à des mémoires 109 à un interface 110. L'ensemble microprocesseur 108 comprend un microprocesseur unique, ou deux microprocesseurs, ou un microprocesseur associé à un coprocesseur.
Ce récepteur comprend également un oscillateur haut de gamme 111 et une alimentation 112.
L'ASIC peut être multistandard : les canaux sont programmables (si Cc1 ≠ Cc2) et permettent de traiter les codes Cc1 et Cc2. Ce schéma exclut les cas des récepteurs de signaux provenant des satellites GPS OU GLONASS OU GNSS1.
La figure 19 illustre un récepteur ZZZ faible coût pour missions de navigation et détection d'attitude. Sur cette figure sont représentés des antennes 114, des amplificateurs 115 reliés à un commutateur rapide programmable 116, une puce RF 117 ( f1 ou f2) reliée à deux ASIC monocode Cci n canaux 118, 119, un ensemble microprocesseur 120, un ensemble mémoire 121, un interface 122, une alimentation 123, un oscillateur TCXO 124. Ce schéma exclut les cas des récepteurs de signaux provenant des satellites GPS ou GLONASS.
La figure 20 illustre un récepteur ZZZ monofréquence attitude pour missions de navigation et d'attitude. Sur cette figure sont représentés des antennes 130, des puces RF fi 131, un aiguilleur d'échantillons 132, deux ASIC monocode Cci n canaux 133, 134, un ensemble microprocesseur 135, un ensemble mémoire 136, un interface 137, une alimentation 138 et un TCXO 139.
La figure 21 illustre un récepteur ZZZ bifréquence attitude pour missions de navigation, orbitographie et, détection d'attitude de précision. Sur cette figure sont représentées des antennes 140, des puces 141, un aiguilleur d'échantillons 142, des ASIC 143, 144, un ensemble microprocesseur 145, un ensemble mémoire 146, un interface 147, un oscillateur 148, une alimentation 149.
Chaque entité produisant des récepteurs ZZZ peut réaliser uniquement des récepteurs bifréquences, ou des récepteurs mono et bifréquence, en fonction d'une optimisation entre coûts de développement et parts de marché.
La figure 22 illustre un récepteur mixte
GNSS-ZZZ de base. Sur cette figure sont représentées des antennes 150, des puces fi 151, des commutateurs
152, des ASIC 153 et 154, un microprocesseur 155, une mémoire 156, un interface 157, et un oscillateur 158. fi = fréquence ZZZ f1, f2 ou f3.
La voie de réception associée traite un signal monofréquence.
fk = fréquence GPS ou GLONASS ou GNSS2.
Les codes Cck sont les codes C/A GPS ou GLONASS ou les codes GNSS.
Ce récepteur peut répondre aux besoins suivants : A11; A12, A13, A14, A31, A32, A33, A34, C1, C2, C3, C4, C7, C8, D3, D4.
Récepteurs mixtes GNSS-ZZZ
Les récepteurs mixtes peuvent être du type :
- GLONASS-ZZZ ;
- GPS-ZZZ ;
- GNSS2-ZZZ, i.e. GNSS3.
En ce qui concerne les applications orbitales, ces récepteurs couvrent les besoins d'indépendance maximale. En effet, les performances de navigation/orbitographie peuvent être obtenues même si seul l'un des deux systèmes est utilisé (constellation de satellites en orbite ou réseau de balises au sol).
Les récepteurs mixtes peuvent par exemple être utilisés par les satellites dont la mission doit avoir lieu pendant une période durant laquelle la constellation de satellites utilisée peut passer en mode "payant", du code C/A ou des données associées.
Par ailleurs, la visibilité simultanée de ces satellites et de ces balises permet des temps de convergence très rapides des navigateurs embarqués, pour la mise ou le maintien a poste, et une amélioration de la précision associée, lorsque les systèmes utilisés sont opérationnels.
Les récepteurs mixtes peuvent être utilisés par des satellites d'importance stratégique.
Les récepteurs mixtes peuvent avoir les configurations suivantes, en fonction de la disposition des commutateurs :
a) 2n canaux affectés au système de l'invention ;
b) n canaux affectés a la constellation de satellites utilisée et n canaux affectés au système de l'invention ;
c) 2n canaux affectés a la constellation.
La configuration b) est imperative pour les applications de type C1, C2, C3, C4, D3.
Les récepteurs mixtes bifréquences ( : récepteurs GNSS3 bifréquences) constituent l'optimum pour les applications scientifiques B1 a B10.
Les figures 23 et 24 illustrent respectivement un récepteur ZZZ monofréquence faible coût (navigation) et un récepteur ZZZ de précision de référence.
Sur la figure 23 est représentée une antenne 160 suivie d'une puce RF fi 161, un convertisseur analogique-numérique 162, un ASIC code
Cci 163, un ensemble microprocesseur 164, un ensemble mémoire 165, un interface 166.
Sur la figure 24 sont représentées des antennes 170 suivies de puces RF f1 et f2 171, 172, de deux convertisseurs analogiques-numériques 173, 174, de deux ASIC de précision de référence 175, 176, un ensemble microprocesseur 177, un ensemble mémoire 178, un interface 179, une horloge haute précision 180. Chaque ASIC de précision associé à la fréquence fi peut traiter le code court Cci et le code long CLi. Deux modules de calibration 181, 182 sont reliés respectivement entre chaque ASIC et la puce qui lui correspond. Le récepteur ZZZ de précision de référence est adapté au traitement des signaux transmis par les balises de précision à diagramme d'antenne de type hémisphérique. Les récepteurs ZZZ dédiés au suivi d'horloge à atome froid en orbite sont munis d'ASIC de précision modifiés par rapport aux ASICS de précision de référence, dans le but de réduire les bruits de mesure instrumentaux d'origine non thermique.
Antennes de réception
Les satellites sont également caractérisés par leurs antennes de réception, décrites par les paramètres suivants :
Figure imgf000054_0001
Les antennes de réception de référence sont bifréquences. Dans le cas des satellites aux orbites de type h1 ou h2, elles sont peu directives : leur diagramme est hémisphérique. Il a idéalement une symétrie de révolution par rapport à la verticale locale.
L'antenne est adaptée à la réception de signaux en polarisation circulaire émis par les balises ZZZ.
Le schéma de la figure 25 est adapté au cas d'un satellite en orbite basse.
Les relations liant les angles α et θ caractérisant l'axe de visée balise-satellite sont les suivantes :
* Pour un satellite en orbite basse (h1 ou h2) : θe # θr soit π/2 # αe + θr.
Le système est dimensionné en respectant la relation suivante : θrmij # θemij, soit π/2 # αemij + θrmij. * Dans le cas général, pour un satellite d'altitude quelconque (par exemple h1 ou h2 ou h3 ou h4) on obtient :
Figure imgf000055_0001
Figure imgf000055_0002
Dans le cas des satellites géostationnaires (respectivement GNSS2) déjà mis à poste, l'antenne de réception est directive, de telle sorte que sa zone de couverture terrestre soit voisine de la zone englobée par un cercle C4 (resp C3). De plus Ari = centre de phase de l'antenne de réception pour la fréquence fi.
Performances du système ZZZ On représente sur la figure 26 une liaison spatiale entre une balise ZZZ et un récepteur ZZZ.
On définit les notations suivantes :
Figure imgf000055_0003
Figure imgf000056_0002
On obtient :
Figure imgf000056_0001
On définit d'autres notations :
Figure imgf000056_0003
On admet l'approximation suivante pour les calculs qui vont suivre :
D1j # D2j # Dj
Figure imgf000056_0004
Figure imgf000057_0003
Dans le meilleurs cas, on obtient :
Figure imgf000057_0001
Figure imgf000057_0002
Dans le pire cas, on obtient :
Figure imgf000058_0001
et :
Figure imgf000058_0002
Par ailleurs, on obtient :
Figure imgf000058_0003
avec :
Figure imgf000058_0004
Ce calcul est pessimiste, car il suppose que la balise traitée est reçue dans le pire cas, et que les (Nij - 1) autres balises transmettant simultanément dans le cercle Cj sont reçues dans le meilleur cas.
Figure imgf000058_0005
Ce calcul est optimiste car il considère que la balise traitée est reçue dans le meilleur cas et que les (Nij - 1) autres balises transmettant simultanément dans le cercle Cj sont reçues dans le pire cas et :
Figure imgf000059_0001
Figure imgf000059_0002
Les paramètres du système de l'invention sont choisis de telle sorte que :
Figure imgf000059_0003
où Mi est la marge d' intercorrélation liée aux codes Cci. Ceci permet d'éviter les interférences entre codes Cci orthogonaux. Une marge supplémentaire peut être prise en compte lorsque les fréquences Doppler associées aux différents codes sont suffisamment éloignées l'une de l'autre.
Les paramètres de l'environnement brouillé sont les suivants :
Figure imgf000059_0004
Figure imgf000060_0005
Les rapports sont
Figure imgf000060_0001
calculés à l'aide des paramètres précités :
Figure imgf000060_0002
avec :
Figure imgf000060_0003
et
Figure imgf000060_0004
où E désigne la partie entière de la fraction entre parenthèses et sine la fonction sinus cardinal.
Les paramètres du système de l'invention sont également choisis de telle sorte que :
Figure imgf000061_0001
Les fréquences f1 et f2 du système de l'invention sont choisies de façon à maximiser les valeurs de , , ,
Figure imgf000061_0002
Figure imgf000061_0003
Figure imgf000061_0004
, dans la mesure de ce que permet la
Figure imgf000061_0005
législation de l'occupation des bandes de fréquence.
On introduit les notations suivantes caractérisant les ASICs des récepteurs ZZZ de référence.
Figure imgf000061_0006
Figure imgf000062_0007
et sont les écarts types correspondants en
Figure imgf000062_0008
environnement brouillé.
On obtient :
Figure imgf000062_0001
x
Figure imgf000062_0002
Les écarts type et se calculent
Figure imgf000062_0005
Figure imgf000062_0006
à l 'aide de formules identiques aux précédentes, en remplaçant par
Figure imgf000062_0003
Figure imgf000062_0004
Les bruits de mesure dus aux oscillateurs sont les suivants :
Figure imgf000063_0004
Les bruits de mesure dus aux oscillateurs se calculent à l'aide des paramètres suivants :
Figure imgf000063_0005
On définit la stabilité court terme de l'oscillateur, notée Si (i=b : bord ; i=S : sol).
Cette stabilité est déterminée sur la durée T du comptage Doppler :
d ' où :
Figure imgf000063_0001
Le bruit court terme global de mesure de pseudodistance (respectivement pseudovitesse), noté σPD (respectivement σPV) s'exprime comme suit :
En environnement non brouillé y
Figure imgf000063_0002
Figure imgf000063_0003
En environnement broui l lé :
Figure imgf000064_0001
Figure imgf000064_0002
Stratégies d'initialisation du système de l'invention
Dans le cas d'un récepteur de référence, illustré sur les figures 27A ou 27B, lors du processus d'initialisation, ce récepteur passe en mode monofréquence. Pour ce faire, il configure des commutateurs de la façon suivante.
Les ASICs, supposés multistandard (adaptés aux codes Cc1 et CC2), sont configurés en mode monocode (Cc1 ou Cc2). Chaque canal recherche un code de balise d'orbitographie Co i .k observable depuis un cercle Cj.
Si on prend l'exemple d'une orbite d'altitude h1 ou h2, les codes observables peuvent être, par exemple, notés Coi.1, Coi.2, . . . , Co i . 8 , Coi.9, ..., Coi.15. (voir loi d'affectation des codes aux balises d'orbitographie).
Un récepteur ZZZ effectue une recherche d'énergie en parallèle pour tous les codes PN courts associés aux balises d'orbitographie. Dans le cas de l'exemple cité, ce nombre de codes est égal à 15. Si les ASICs ont n canaux, ils doivent théoriquement respecter la règle suivante :
2 × n ≥ 15 d'où n ≥ 8.
D'autre part, si n ≥ 15, les commutateurs ne sont plus strictement nécessaires pour la parallélisation des ASICs lors de la recherche d'énergie. Soit :
Figure imgf000065_0002
On obtient donc :
Figure imgf000065_0001
L'exploration des cases Doppler est réalisée en sens inverse de la variation moyenne des Dopplers observés, comme représenté sur la figure 28.
Dans une variante de l'invention, seules les cases Doppler correspondant a des écarts Doppler positifs sont explorées. Une telle stratégie peut être adoptée dans le cas de satellites stabilisés trois axes au pointage inertiel. Par convention, un Doppler est positif lorsque le satellite et la balise considérés sont en rapprochement.
Les mesures brutes sont réalisées périodiquement.
Les mesures Doppler sont réalisées en mode chaîné, dans la mesure où les périodes de comptage Doppler sont rigoureusement jointives.
Le navigateur du récepteur ZZZ utilise les mesures Doppler et leur datation relatives pour déterminer une orbite initiale, de la même façon que les navigateurs DORIS actuels sont auto-initialisés.
Les datations absolues utilisées sont réalisées à l'aide des signaux provenant des balises maîtresses, qui diffusent des coefficients d'horloge relatifs au temps ZZZ et à un temps international tel que UTC, ainsi que, éventuellement, de certaines balises à la fois d'orbitographie et de temps, diffusant également lesdits coefficients d'horloge.
L'amélioration de la précision d'orbitographie embarquée est progressive, jusqu'à atteindre une valeur stabilisée. Cette précision est caractérisée par l'écart type à 1 σ de l'estimation de la distance (radiale) entre le satellite porteur et une balise note σD.
Le navigateur peut alors déterminer l'écart de temps entre l'horloge du récepteur et celle d'une balise à l'aide des mesures de pseudodistance associées à ladite balise. On considère des balises Bj, et un satellite muni d'un récepteur ZZZ bifréquence comme le montre la figure 29.
Les mesures de pseudodistance PDij associées aux balises j =a et b et a la fréquence fi sont telles que :
Figure imgf000067_0003
où :
• ΔTjsat est l'écart de temps entre l'horloge du satellite et l'horloge de la balise j ;
• (τionoj-sat) i est le retard ionosphérique lié au satellite et à la balise j, pour la fréquence fi ;
• Dj est la distance balise j-satellιte, a priori bien connue une fois que le navigateur a bien convergé.
L'écart de temps ΔTjsat recherché est donc :
Figure imgf000067_0001
L'inconnue restante est le retard ionosphérique (τionoj-sat)i. On obtient :
Figure imgf000067_0002
où :
• Ej est l'angle d'élévation du trajet balise j-satellite au niveau du maximum de concentration électronique de la ionosphère (en radians), a priori connu ;
• CET est le contenu électronique total vertical de la ionosphère (en électron/m2), a priori inconnu.
Le CET peut être mesuré directement puisque le système utilisé est bifréquence et permet des mesures de pseudodistance. On obtient :
Figure imgf000068_0001
Le retard ionosphérique peut donc être mesuré :
Figure imgf000068_0002
L ' écart type σ (τion0j -sat) sur la mesure du retard ionosphérique est donc tel que :
Figure imgf000068_0003
où σPDij est l'écart type de la mesure de pseudodistance, calculé pour un environnement brouillé ou non brouillé selon les cas.
L'écart type σΔTjsat sur la synchronisation bord-sol devient donc :
Figure imgf000068_0004
L'incertitude sur l'écart de temps ΔTjsat calculé ici ne tient pas compte de l'erreur de calibration en TPG des équipements bord-sol notée Ecal.
L ' erreur globale faite sur l ' estimation instantanée de ΔTj sat est notée EΔTj sat . On peut maj orer cette erreur en écrivant :
Figure imgf000068_0005
Dans la pratique, le navigateur ZZZ peut filtrer cette erreur tout au long du passage au-dessus de la balise concernée, dans le but de la réduire. Cette erreur filtrée est notée
Figure imgf000069_0001
.
Stratégies d'opérations nominales du système
de l'invention
Lorsque les navigateurs ZZZ des récepteurs de référence au nombre de canaux limités sont initialisés à l'aide des mesures fournies en mode monofréquence, lesdits récepteurs passent en mode bifréquence.
La configuration associée est illustrée sur la figure 27C.
Les satellites maîtres et certains satellites clients redescendent les mesures brutes et les données recueillies à bord, à destination du centre de contrôle qui élabore les plans de travail desdits satellites. Ces plans de travail sont essentiellement constitués des numéros des balises clientes à poursuivre et des périodes d'observation associées.
Le centre de contrôle peut également adresser des plans d'initialisation à certains satellites par l'intermédiaire des balises maîtresses, en cas de besoin. Ces plans comportent par exemple les paramètres orbitaux desdits satellites, et/ou les écarts de temps entre les balises et l'horloge de ces satellites. Dès qu'une balise est accrochée nominalement, elle est poursuivie jusqu'à son coucher, par les satellites défilants.
Les navigateurs ZZZ initialisés réalisent des prépositionnements Doppler (respectivement distance) pour diminuer les temps d'accrochage des boucles de phase (respectivement de code) intégrées dans les ASICs. Ce processus de prépositionnement est caractérisé par les données suivantes :
Figure imgf000070_0002
d ' où :
Figure imgf000070_0001
La largeur ΔTi j k peut être réduite si une estimation de la dérive de l'horloge bord est connue à bord du récepteur ZZZ embarqué. Les navigateurs embarqués permettent de prédire le Doppler dans l'axe d'une balise, ainsi que la pseudodistance associée.
Les seuils d'acquisition et de poursuite des codes pseudoaléatoires peuvent être réduits si la prédiction Doppler est plus fine que la bande de prédiction BFi.
Si une réduction est permise par la technique dite du "Code Seulement", la boucle de porteuse d'un canal de réception ZZZ est ouverte et l'oscillateur commandé numériquement (OCN) est piloté par la prédiction Doppler.
La boucle de code du canal réception est du deuxième ordre et est entretenue par l'aide de Doppler. Elle rattrape l'erreur entre le Doppler réel et le Doppler prédit, et maintient l'oscillateur OCN de la boucle asservi. Ceci permet de réaliser des mesures de pseudodistance.
Par contre, la boucle de porteuse étant ouverte, le message ZZZ n'est plus démodulé. Cette méthode permet aussi de poursuivre des codes pseudoaléatoires en environnement plus fortement brouillé.
Le "Code Seulement" trouve un intérêt particulier pour les récepteurs placés en orbite géostationnaire (de type h4).
En effet, les mesures de pseudodistance sont prépondérantes dans ce cas, contrairement aux mesures Doppler qui ont de faibles valeurs absolues.
Lorsque les rapports C/No sont faibles, comme cela peut être le cas pour la réception des signaux ZZZ en orbite géostationnaire, des fausses acquisitions peuvent se produire. Deux techniques peuvent être utilisées pour détecter et rejeter ces fausses acquisitions :
• Le RAIM ("Receiver Autonomous Integrity Monitoring"). Cette technique est bien éprouvée dans le domaine des récepteurs GNSS. Elle consiste à réaliser un test de vraisemblance effectué sur la somme quadratique des résidus de mesure de pseudodistance. Pour être efficace, un nombre minimum NRAIM de balises doit être acquis.
• Un renforcement de la robustesse de la recherche d'énergie : pour réduire le risque de fausses acquisitions lors du balayage de la zone de recherche d'énergie, il faut noter toutes les positions de code pour lesquelles le seuil d'accrochage en mode "Code Seulement" est dépassé, et sélectionner la position de code associée au maximum maximorum d'énergie détectée, correspondant au pic principal de corrélation.
Dans le cas de l'utilisation en orbite géostationnaire, le récepteur devrait pouvoir traiter initialement :
- deux balises synchronisées (i.e. diffusant des coefficients d'horloge) reçues au-dessus du seuil d'acquisition classique (î.e. sans "Code Seulement") ; ou
- au moins NRAIM balises non synchronisées reçues au-dessus du seuil d'acquisition classique.
Dans ce cas le récepteur peut déterminer une orbite grossière permettant de calculer une prédiction Doppler suffisamment précise pour l'utilisation du "Code Seulement". Les balises reçues au-dessus du seuil d'acquisition classique par des satellites géostationnaires à poste ont une latitude géographique inférieure à un seuil, dépendant du bilan de liaison.
Toutefois, ces conditions initiales décrites précédemment ne sont pas strictement nécessaires pour la plupart des satellites géostationnaires à poste. En effet, le Doppler maximum peut être inférieur à la bande de prédiction BFi. Ceci signifie que la prédiction initiale de Doppler fournie par le navigateur peut être simplement nulle, tout en permettant à l'acquisition en mode "Code Seulement" de fonctionner, à condition que l'oscillateur embarqué soit suffisamment stable.
La figure 30 illustre un exemple d'utilisation de charge utile de navigation GNSS2 (en orbite de type h3 ou h4).
Sur cette figure sont représentés un calculateur 200 associé à des formateurs (avec orbitographie et synchronisation absolue embarquées) relié à un récepteur ZZZ monofréquence 201 connecté à une antenne 206, un ensemble OUS+OLs 202, un générateur de signaux GNSS2 en bande L 203 relié à deux antennes 204 et 205.
Le choix du type de récepteur ZZZ
(monofréquence ou bifréquence) se fait selon la précision désirée pour l'orbitographie et la synchronisation absolue embarquée.
La charge utile de navigation est munie d'une chaîne de calibration globale, nécessaire pour la fonction de synchronisation absolue. Cette chaîne de calibration globale est simplifiée avantageusement si les formats de modulation des signaux ZZZ et GNSS2 sont semblables Utilisation du système de l'invention pour les
synchronisations d'horloges
Le système de l'invention permet de connaître l'écart de temps ΔTab entre les horloges de deux balises distinctes a et b, avec grande précision.
L'écart de temps ΔTa_sat entre la balise a et l'horloge du satellite est déterminé comme indiqué précédemment.
L'écart de temps ΔTb-sat entre la balise b et l'horloge du satellite est déterminé de la même façon.
On obtient donc l'écart du temps ΔTab instantané :
ΔTab = ΔTa-sat - ΔTb-sat .
Les mesures brutes de pseudodistance (associées aux balises a et b) utilisées pour ce calcul doivent être simultanées.
Cet écart de temps peut, bien sûr, être filtré à bord du récepteur ZZZ en temps réel ou, de façon plus précise, en temps différé au sein du centre de contrôle (synchronisation de routine) ou du centre de traitement (synchronisation précise).
Exemple de "synchronisation" du réseau ZZZ à l'aide des satellites à orbite de type h2
Par "synchronisation" on entend la connaissance de l'écart de temps entre les balises.
Sur la figure 31 est représentée une trace au sol d'un tel satellite et un exemple de balises survolées (les Bi étant les exemples de balises visibles par le satellite considéré, les C2i étant les cercles de visibilité associés à la trace du satellite d'altitude h2).
Pour le cercle de visibilité C21, on détermine l'écart de temps ΔTB1B2 entre les balises B1 et B2.
Par analogie, on représente les écarts de temps déterminés pour chaque cercle de visibilité de façon séquentielle.
Figure imgf000075_0001
Les estimations des écarts de temps entre balises peuvent donc être réajustées périodiquement. Exemple de "synchronisation" du réseau ZZZ à l'aide des satellites géostationnaires, en complément des satellites à orbite de type h2 (option de développement)
Dans le cas du satellite géostationnaire, la trace au sol est limitée à une zone réduite quasiponctuelle : le satellite est donc, par définition, toujours au-dessus de la même zone terrestre.
Dans l'exemple considéré, les balises B4,
B5, B6, B7 et B8 sont donc visibles en permanence par le satellite géostationnaire, qui peut donc déterminer les écarts de temps suivants de façon simultanée et permanente :
ΔTB4B5
ΔTB5B6
ΔTB6B7
ΔTB7B8
ΔTB8B4
ΔTB4B6
ΔTB4B7
ΔTB5B7
ΔTB5B8
ΔTB6B8
comme représenté sur les figures 32 et 33.
Plus généralement le nombre NΔT d'écarts de temps de ce type associé à n balises dans un cercle de visibilité est donc tel que :
Figure imgf000076_0001
On conçoit donc l'intérêt des satellites géostationnaires maîtres, porteurs de récepteurs ZZZ, pour synchroniser le réseau de balises de façon plus précise qu'avec de seuls satellites en orbite basse ou héliosynchrone, tout en permettant la navigation autonome desdits satellites géostationnaires.
Plus généralement, les mesures de pseudodistance réalisées par l'ensemble des satellites maîtres et certains satellites clients peuvent être utilisées pour synchroniser le réseau, sans que l'ensemble des balises soient observées simultanément.
L'avantage décisif du système de l'invention peut être l'utilisation de la technologie GPS (et/ou GNSS) C/A pour les fréquences f1 et f2.
Dans ce cas, les coûts des récepteurs ZZZ produits dans un cadre industriel compétitif deviennent comparables a ceux des récepteurs GPS, pour des précisions de navigation équivalentes, voire meilleures en faveur des récepteurs ZZZ (absence de la "Sélective Availability" et de l' "Anti Spoofing" propres au système GPS, meilleure localisation des références émettrices, situées au sol).
De plus, les coûts des récepteurs ZZZ bifréquences de référence peuvent être plus compétitifs que ceux des récepteurs bifréquences GPS ou GLONASS, car ils n'ont pas besoin de technologie adaptée à la poursuite des codes longs, contrairement à ces derniers. De plus, des surcoûts sont appliqués aux récepteurs GPS bifrequences civils, du fait de l'implantation des circuits de mesure "Codeless".
En d'autres termes le système ZZZ de l'invention est plus compétitif que les systèmes GPS ou GLONASS pour la plupart des applications spatiales. Les mêmes raisonnements peuvent a fortiori être tenus vis-a-vis des systèmes DORIS actuels ou PRARE. De plus, le système de l'invention est potentiellement plus performant que tous ces systèmes, pour la plupart de leurs applications spatiales.
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Claims

REVENDICATIONS
1. Système mondial dédié a la radionavigation et à la radiolocalisation, caractérisé en ce qu'il comprend un secteur terrien, un secteur spatial et un secteur utilisateur, en ce que le secteur terrien comporte les éléments suivants :
• un réseau mondial de balises au sol (RBS) émettant un signal radioélectrique monodirectionnel montant en spectre étalé à destination de satellites utilisateurs, chacune de ces balises transmettant un message contenant un code d'identification ;
• un centre de contrôle (CMC) qui élabore les plans de travail de certains satellites utilisateurs et les transmet lorsque ceux-ci survolent des balises maîtresses ;
• un centre de traitement (CT), qui reçoit les télémesures classées par le centre de mission et de contrôle (CMC), sépare les télémesures en deux groupes, l'un contenant les télémesures nécessaires aux traitements propres du centre de traitement (CT), l'autre celles qui sont spécifiques a certains clients de services offerts par ledit système ;
en ce que le secteur spatial est composé de satellites maîtres et de satellites clients, les satellites maîtres (SM) participant étroitement au fonctionnement du système, et en ce que le segment utilisateur est composé des balises clientes et récepteurs clients, et des porteurs associés, fixes ou mobiles.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les balises au sol sont de différents types, et notamment : - des balises d'orbitographie (BO), dont la position est parfaitement connue, qui transmettent un signal en permanence, et qui transmettent leur position périodiquement ;
- des balises clientes (BC), comportant notamment des balises de localisation (BL), qui ont leur position qui est a priori inconnue lors de leur mise en service ;
- des balises maîtresses (BM) qui transmettent des informations utiles et des plans de travail à certains satellites utilisateurs et/ou partie prenante du système.
3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les produits issus des traitements du centre de traitement (CT) sont notamment :
- l'orbitographie précise et des ordres de routine de certains satellites utilisateurs ;
- l'attitude précise de certains satellites utilisateurs ;
- les paramètres représentatifs de la ionosphère ;
- les coefficients d'horloge de certaines balises, référencés par rapport au temps du système : le temps du système lui-même produit par le centre CT ; ces produits étant d'une part distribués aux clients des services dudit système et retournés au centre de contrôle (CMC), qui les utilise pour élaborer ses plans de travail et de programmation, et fournir des orbites de routine aux stations de télémesure/télécommande utilisant les services dudit système.
4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les satellites maîtres (SM) sont munis d'un récepteur spécifique capable de traiter le message transmis par les balises maîtresses, connecté à un oscillateur ultrastable (OUS), les mesures brutes effectuées par ce récepteur et les données provenant des balises étant formatées sous la forme de télémesures, reçues par le sol, à destination finale du centre de traitement (CT).
5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que les satellites maîtres ont des orbites de type quasi-héliosynchrone, éventuellement complétées par des orbites de type basses et/ou géostationnaires.
6. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les satellites clients (SC) n'adressent pas forcément leur télémesure au centre de traitement (CT) et ne sont pas nécessairement capables de traiter le message transmis par les balises maîtresses.
7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que les satellites clients peuvent avoir tout type d'orbite et font à la fois partie du segment spatial et du segment utilisateur du système.
8. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les balises clientes sont notamment des balises de localisation, ou des balises de temps.
9. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les balises sont connectées à un microcalculateur, permettant de programmer certains paramètres des balises et de vérifier leur bon fonctionnement.
10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que le microcalculateur est relié à des capteurs de mesures locales, tels que :
- capteurs de données météorologiques .
- capteurs de mesures brutes GNSS ou de corrections différentielles GNSS ; - capteurs de coefficients d'horloge ,
- capteurs d'état de santé des différents éléments constitutifs de la balise permettant de diagnostiquer des pannes à distance, au niveau du centre de contrôle ;
- capteurs de calibration.
11. Système selon la revendication 1, caractérisé en de que les balises sont monofréquences ou bifréquences.
12. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des balises de précision .
13. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux balises affectées d'un code PN identique devant être poursuivies nominalement par un même satellite sont éloignées d'une distance supérieure au diamètre d'un cercle de visibilité associé audit satellite.
14. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les porteuses transmises par les balises sont toutes modulées par un code court d'étalement de spectre (: code de référence).
15. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des récepteurs monofréquences ou bifréquences.
16. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les balises de précision sont bifréquences et que au moins l'une des porteuses transmises est modulée par un code long d'étalement de spectre (: code de précision) en plus d'un code court ( : code de référence).
17. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des récepteurs en orbite, ou au voisinage de la surface terrestre (fixes ou mobiles).
18. Système selon la revendication 1 comportant les récepteurs suivants :
- récepteurs de base ;
- récepteurs faible coût de navigation ;
- récepteurs faible coût de navigation et détection d'attitude ;
- récepteurs de navigation et d'attitude ;
- récepteurs pour navigation, orbitographie et détection d'attitude de précision ;
- récepteurs mixtes, capables de traiter les signaux transmis par les balises du système, ainsi que par les satellites des constellations GNSS.
19. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des récepteurs traitant seulement les codes de référence et des récepteurs traitant à la fois les codes de référence et les codes de précision (récepteurs de précision).
20. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que qu'il comporte un sous-système de suivi précis de la dérive d'une horloge à atomes froids en orbite.
21. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le séquencement éventuel des émissions des balises clientes est géré selon un cycle journalier, décrit par des "mots semaines".
22. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les balises au sol sont toutes semblables, sur le plan architecture électrique et antenne, à l'exception :
- des balises adaptées au suivi précis de la dérive d'une horloge à atomes froids en orbite, qui, au lieu d'avoir un diagramme d'antenne de type hémisphérique, ont un diagramme directif ;
- de certaines balises de cellules autonomes locales, qui peuvent avoir un diagramme d'antenne spécifique.
23. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que couplé à la technique de l'imagerie interférométrique à l'aide de satellites radar S.A.R., il permet de suivre finement les déformations d'un terrain quadrillé par des balises reçues par un récepteur dudit système, monté sur lesdits satellites radar.
24. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il permet de connaître finement les écarts entre les horloges des balises, des balises de temps en particulier, à l'aide de satellites défilants et géostationnaires porteurs d'un récepteur dudit système.
25. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les satellites de navigation de type GNSS2 utilisent un récepteur dudit système pour réaliser leur propre navigation, et en dérivent des éphémérides orbitales et horaires devant être diffusées à destination des utilisateurs desdits satellites GNSS2.
26. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des cellules autonomes locales de balises et de récepteurs, ces cellules pouvant être reliées radioélectriquement aux satellites maîtres ou clients.
27. Balise mise en oeuvre dans le système selon l'une quelconque des revendications 1 à 26, caractérisée en ce qu'elle comporte :
- au moins un capteur de données locales (28) ; - un ordinateur de contrôle (29) relié audit capteur de données ;
- un générateur de signal de référence (21), piloté par ledit oscillateur ;
- un module de génération et d'émission de signal (22, 23) pour chaque fréquence porteuse transmise, piloté par le générateur de signal de référence, ce module comportant :
• un générateur de porteuse (24, 26), • un générateur de code court d'étalement de spectre (25, 27),
• un formateur de données (31, 32) piloté par l'ordinateur de contrôle, lesdites données modulant en bande de base ledit code court via un sommateur (35, 36), l'ensemble modulant la porteuse avec un modulateur (33, 34),
• une antenne (37, 38), reliée au modulateur via un amplificateur RF.
28. Balise selon la revendication 27, caractérisée en ce que les fréquences des porteuses transmises sont propres audit système.
29. Balise selon la revendication 27, caractérisée en ce qu'elle transmet un signal bifréquence ou monofréquence.
30. Balise selon la revendication 27, caractérisée en ce que cette balise est une balise de précision, et en ce qu'au moins l'un des deux modules de génération et d'émission de signal comporte :
- un générateur de code long d'étalement de spectre (53, 54) ;
- un sommateur (47, 48) modulant ledit code long par le message issu du formateur de données ; - un modulateur de porteuse (49, 50) par ledit code long sommé aux données ;
- un déphaseur ∏/4 (51, 52) de ladite porteuse modulée ;
- un additionneur (55, 56) sommant la porteuse modulée par le code long en quadrature avec la porteuse modulée par le code court.
31. Balise selon la revendication 27, caractérisée en ce que cette balise est une balise de précision, et en ce qu'elle transmet des codes longs, aux fréquences propres dudit système.
32. Récepteur mis en oeuvre dans le système selon l'une quelconque des revendications 1 à 26, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque fréquence porteuse reçue :
- une à quatre antennes de réception (100, 101) ;
- un à quatre modules de réception radiofréquence et transposition en fréquence intermédiaire (102, 103), reliés à un convertisseur analogique numérique (104, 105), ces modules étant spécifiques à la fréquence porteuse reçue dudit système ;
- au moins un circuit ASIC (98, 99) traitant le code court d'étalement de spectre modulant la porteuse reçue, ce circuit ASIC étant adapté au traitement des codes courts dudit système ;
et en ce qu'il comporte également :
- un ensemble microprocesseur (108) interconnecté aux circuits ASICs d'une part et à un ensemble mémoire (109) et à une interface numérique (110) d'autre part ;
- un oscillateur (111), pilotant notamment les modules de réception radiofréquence et transposition en fréquence intermédiaire, et les ASICs et l'ensemble microprocesseur.
33. Récepteur selon la revendication 32, caractérisé en ce qu'un module de réception radiofréquence et transposition (131) est associé à chaque antenne, pour les récepteurs à architecture RF parallèle.
34. Récepteur selon la revendication 32, caractérisé en ce qu'un unique module de réception radiofréquence et transposition en fréquence intermédiaire (117) est interconnecté à l'ensemble des antennes, via un commutateur rapide (116), pour les récepteurs à architecture RF séquencée.
35. Récepteur selon la revendication 32, caractérisé en ce que ce récepteur est un récepteur mixte, et en ce que l'un des modules de réception radiofréquence et transposition en fréquence intermédiaire (151) est adapté à l'une des deux fréquences dudit système, tandis que l'autre module de réception RF et transposition FI (151) est adapté à l'une des bandes de fréquence diffusée par les satellites des constellations GNSS.
36. Récepteur selon la revendication 32, caractérisé en ce que ce récepteur est un récepteur de précision, et en ce que au moins l'une des deux chaînes de réception est adaptée à la réception des codes longs dudit système, aux fréquences porteuses dudit système, les circuits ASIC (175,176) associés à au moins l'une des deux chaînes de réception pouvant traiter à la fois les codes courts et les codes longs associés à ladite chaîne de réception.
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