Etude de techniques de réception des modulations de fréquence pour la télémesure aéronautique

Study of reception techniques for aeronautical telemetry modulations

• Auteur / Autrice : Rami Othman
• Direction : Yves Louët
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Télécommunications (STIC)
• Date : Soutenance le 17/01/2019
• Etablissement(s) : CentraleSupélec
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Karine Cavalec-Amis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Charly Poulliat, Giulio Colavolpe, Guillaume Ferré, Alexandre Skrzypczak
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Charly Poulliat, Giulio Colavolpe

Mots clés

Mots clés contrôlés

Avions -- Essais en vol

Modulation de fréquence

Télémesure spatiale

Mots clés libres

Télémesure aéronautique

Modulation à phase continue

Shaped offset quadrature phase shift keying (SOQPSK)

Aeronautical telemetry

Continuous phase modulation (CPM)

Shaped offset quadrature phase shift keying (SOQPSK)

Résumé

La télémesure aéronautique est un système utilisé pendant la phase des essais en vol qui consiste à transmettre en temps-réel les données mesurées à bord de l'avion vers une station sol par le biais d'une liaison radiofréquence. Elle est une opération critique visant à surveiller le comportement de l’avion et à garantir la sécurité du pilote. La conception et les performances des émetteurs et des récepteurs ont été améliorées au fil des années mais tout en gardant la même famille de modulation utilisée pour transmettre les données. Ces données sont modulées par une modulation à phase continue (CPM) car cette dernière possède une enveloppe complexe constante, ce qui permet l’emploi des amplificateurs de puissance dans leur régime de saturation sans distordre le signal. Cependant, contrairement aux modulations classiques, la modulation CPM n’est pas une fonction linéaire des symboles transmis, ce qui rend la tâche de la démodulation complexe surtout quand on considère des scenarii assez compliqués tels que la présence des multi trajets ou bien l’emploi d’un système multi-antennes. Dans cette thèse, on se focalise sur une modulation appelée « Shaped Offset Quadrature Phase Shift Keying telemetry group » (SOQPSK-TG) qui commence à être de plus en plus populaire en télémesure aéronautique. Cette modulation appartient à une famille particulière de CPM car elle transmet des symboles ternaires au lieu de binaires. Dans ce travail, nous développons différents algorithmes de réception pour cette modulation en considérant différents scenarii afin de garantir un lien de télémesure permanent. Les solutions proposées offrent des performances attrayantes tout en gardant une complexité raisonnable pour une implémentation en temps-réel.

Aeronautical telemetry is a system used during the flight testing phase to monitor the behaviour of the plane by transmitting in real-time the aircraft dynamics from the aircraft to the ground station over a radio-frequency link. It is a critical process that requires highly reliable systems to ensure the pilot's safety. The design and the performance of the transmitting/ receiving equipment have been progressively upgraded over the years, and they mainly rely on continuous phase modulations (CPM) to convey the data. CPM is transmitter friendly because it has a constant complex envelope and therefore power amplifiers can be used at their saturation mode without distorting the signal. However, due to the nonlinear nature of this modulation, it can make the demodulation a hard task especially when considering complex scenarios such as the presence of multipath or the use of multiple antenna transmitters. In this PhD thesis, we focus on shaped offset quadrature phase-shift keying telemetry group (SOQPSK-TG) whose use is getting more and more popular in aeronautical. This modulation belongs to a particular CPM family since it transmits ternary symbols instead of binary ones. In this work, several reception algorithms have been developed for this modulation under different scenarios to ensure the availability of aeronautical telemetry link. These solutions offer excellent power efficiency without prohibitive complexity.