Friedt Jean-Michel

Depuis que Tomoji Takasu, auteur de RTKLib, a publié à https://github.com/tomojitakasu/PocketSDR son récepteur de radio logicielle dédié aux constellations de navigation par satellite, nous rêvions d’en obtenir une copie. Indisponible commercialement, nous avons donc décidé d’en produire une déclinaison nous-mêmes, en respectant les préceptes de n’utiliser que des outils libres. Nous profiterons de cette nouvelle plateforme de travail pour étudier quelques aspects d’exploitation des signaux de navigation par satellite, de la détection de leurrage à l’asservissement d’un oscillateur à quartz sur la référence de temps produite par les horloges atomiques à bord des satellites, et ce, en tirant parti des connaissances acquises sur la programmation des interfaces USB, et des communications entre logiciels de PocketSDR, GNU Radio et gnss-sdr.

Alors que l’USB est souvent abordé comme un bus émulant un port série, tirer pleinement profit de sa bande passante nécessite d’exploiter les interfaces disponibles les plus appropriées, en particulier Human Interface Device (HID) et transferts en volume (Bulk). Nous proposons d’appréhender le bus USB exposé par le noyau Linux en vue d’en tirer le maximum du débit disponible, et appliquer cette connaissance en réalisant un récepteur de radio logicielle dédié à la réception des signaux de navigation par satellite (GNSS) en bande L (1–2 GHz) grâce au MAX2771. Nous démontrons le bon fonctionnement du circuit avec l’acquisition et le traitement de signaux issus de diverses constellations, de GNSS en orbite intermédiaire MEO et Iridium en orbite basse LEO, observés avec une bande passante pouvant aller jusqu’à 44 MHz.

Quelques retours sur la conférence européenne dédiée au logiciel libre de traitement de signaux radiofréquences échantillonnés en temps discret GNU Radio, et le développement de blocs Python dédiés au traitement du signal en flux tendu.

L’algèbre linéaire est habituellement introduite comme un formalisme abstrait d’opérations matricielles. Nous proposons quelques applications concrètes de cette algèbre dans le cas du traitement de signaux radiofréquences, ainsi que des mises en œuvre sur processeur généraliste (CPU) et graphique (GPU) en vue de passer d’un post-traitement de signaux enregistrés à un traitement en temps réel. Nous survolerons ainsi quelques fonctions des principales bibliothèques de calcul linéaire pour proposer des implémentations de corrélation ou d’optimisation aux moindres carrés.

Été 2024... Exactement 30 ans après la première installation de GNU/Linux sur un 80486 cadencé à 100 MHz, 80 disquettes copiées depuis un CD (distribution Slackware) dont je ne possédais pas le lecteur, avec évidemment la 79e disquette défectueuse pour achever l’installation de X11 (alias XFree86, avant sa reprise en X.Org en 1999). Peu importe, l’interface graphique ne sert à rien d’autre que consommer des ressources inutilement [1]. J’ai oublié la version du noyau (kernel), l’historique indique 1.1, mais je ne développais pas à ce niveau à cette époque. J’ai eu la chance de transiter de MS-DOS à GNU/Linux sans passer par l’étape MS Windows, l’École Normale Supérieure de Lyon à laquelle j’accède en septembre 1994 étant exclusivement munie de stations Sun Microsystems sous Solaris.

Nous explorons les signaux de communication, voix et messages aéronautiques ACARS ainsi que les messages textuels de type SMS, et de localisation de la constellation de satellites en orbite basse Iridium, reçus par radio logicielle connectée à une antenne GPS adaptée pour cette utilisation, afin de décrire la séquence d’utilisation de gr-iridium et iridium-toolkit.

Comment tirer le meilleur parti des divers langages à notre disposition, entre vitesse de prototypage de Python ou GNU Octave et vitesse d’exécution de C ? Nous allons échanger des données entre des fonctions écrites dans ces langages, soit par socket du réseau soit par bibliothèques dynamiques.

Nombre d’outils, à commencer par make, s’appuient sur la date d’accès aux fichiers pour décider de leur obsolescence. Dans le cadre d’intercomparaisons d’horloges, nous effectuons des acquisitions par radio logicielle sur divers sites géographiquement distincts et nous nous interrogeons sur la date d’acquisition avec une résolution aussi élevée que possible. Que veut dire « élevée » et quel niveau de synchronisation pouvons-nous espérer entre deux ordinateurs exécutant GNU/Linux ? Nous conclurons avec la nécessité de corriger l’erreur de l’oscillateur qui cadence le processeur et démontrerons comment quelques composants passifs sur Compute Module 4 permettent d’atteindre ce résultat.

Nous avons exploré diverses implémentations libres de transformées de Fourier discrètes rapides (FFT), mais leur occupation en mémoire reste de la dizaine de kilooctets. Que peut-on faire avec 2,5 kB de mémoire ? La vénérable note d’application 3722 de Maxim IC nous enseigne comment implémenter efficacement une FFT sur microcontrôleur 8-bits et l’arithmétique en virgule fixe, et la notation en complément à deux au passage.