Conception et mise en oeuvre de module de contrôle de puissance et de génération de bruit pour conditionner les signaux RF d'un simulateur de constellation GPS et Galileo

摘要

La radionavigation par satellite a reçu beaucoup d’intérêt pendant le 21e siècle. Les avènements les plus importants dans ce secteur sont le nouveau système de positionnement par satellite de l’Union européenne baptisé Galileo et la modernisation du système américain GPS (Global Positionning System). Le regroupement de ces différents systèmes sous l’acronyme GNSS (Global Navigation Satellite System) permettrait une fiabilité et un positionnement d’une très grande précision. Cette tendance pousse les industries à concevoir des récepteurs capables de gérer ce nombre croissant de signaux. Ces nouveaux produits nécessitent des procédures de validation avant même que le système européen Galileo ne soit opérationnel.ududDans ce contexte, le laboratoire LACIME développe un simulateur de signaux GPS et Galileo. Le présent mémoire traitera les différentes parties de ce simulateur ainsi qu’une étude détaillée la conception d’un système de contrôle de puissance des signaux piloté par logiciel ainsi qu’un système de contrôle du ratio C/N0 (Carrier to Noise Ratio).ududLe système de contrôle de puissance a été développé afin d’offrir une précision de l’ordre de 0.1 dB sur une plage de 40 dB pour les signaux « GPS L1, Galileo E1 » à la fréquence de 1575.42 MHz, « GPS L5, Galileo E5a » à la fréquence 1176.45 MHz et le signal Galileo E5b à la fréquence 1207.14 MHz. Le système de contrôle de puissance a été mis en oeuvre par l’élaboration d’une carte à circuit imprimé et d’une communication bidirectionnelle avec le logiciel qui permet une gérance totale du système. L’architecture implémentée a été judicieusement étudiée afin de permettre une flexibilité et une extensibilité du système. Elle permet d’exécuter plusieurs modes de contrôle à savoir « contrôle de gain », « contrôle automatique de puissance », « calibration de puissance » et « variation de la puissance dans le temps ». Le système de contrôle de puissance a été testé et validé pour donner une précision inférieure à 0.1 dB sur 40 dB pour les deux modes de fonctionnement de base (contrôle de gain et contrôle automatique de puissance). Les deux autres modes découlent de ces derniers pour donner plus d’options à l’utilisateur du simulateur GPS et Galileo.ududAfin de donner à l’utilisateur une maîtrise totale de la qualité des signaux, un générateur de bruit blanc gaussien a été mis en oeuvre. Il permet, en combinaison avec le système de contrôle de puissance, de contrôler le ratio C/N0. Une étude sur les méthodes de génération d’un tel bruit blanc a été faite. Le choix s’est établit sur une implémentation numérique au sein du FPGA qui présente une flexibilité et une complexité moindre par rapport à une approche analogique. Le générateur de bruit blanc a été développé par la méthode Box-Muller qui présente beaucoup d’avantages dans le cas d’une implémentation numérique. Son architecture a été optimisée pour rejoindre les contraintes des ressources matérielles du FPGA. Le bruit blanc gaussien est combiné aux signaux en analogique et sa puissance est contrôlable par le biais de la partie logicielle. Il a été testé et validé par un récepteur commercial et un récepteur développé au sein de l’école. L’augmentation linéaire du niveau du bruit dégrade la qualité des signaux et le rapport C/N0 diminue linéairement dans les deux récepteurs de test.