Brevet FR2002751A1 — publié le 19691031

-1- 2002751 La présente demande de brevet se rapporte à des détecteurs de phase. L'utilisation de détecteurs sensibles à la phase pour identifier une composante d'un signal parmi un grand nombre d'autres 5 composantes qui présentent à la fois des fréquences rapprochées et des amplitudes comparables ou même supérieures, est bien connue dans la technique. Généralement, on cherche à détecter un signal très faible en présence d'un bruit dont le niveau est relativement élevé. Dans un système de détection de phases synchrones ou cohé-10 rentes, ceci est réalisé au moyen de processus de modulation et de démodulation de phases cohérentes dans lesquels une source de signaux commune est utilisée en liaison avec les deux opérations. A l'émetteur, on utilise la source de signaux commune pour moduler le signal porteur. Au récepteur, la source de signaux commune four-*15 nit un signal de référence au détecteur de phase. La détection du signal voulu s'effectue en comparant la phase de toutes les composantes du signal avec celle du signal de référence qui présente une relation de phase déterminée uniquement avec le signal voulu. Du fait de cette relation spéciale, un signal de sortie n'est pro-20 duit que lorsque le signal voulu est présent. Les autres composantes du signal, au contraire, ne présentent aucune relation de phase spéciale avec le signal de référence et de ce fait ne produisant aucun signal de sortie systématique. Il est clair que les techniques de détection de phase cohé-25 rente ne peuvent être mises en oeuvre facilement dans un système de communication sans fil où les processus de modulation et de démodulation s'effectuent à des emplacements séparés situés à distance l'un de l'autre, du fait que toute tentative pour rayonner le signal de référence, et ensuite le séparer du bruit ambiant 30 au récepteur ne ferait que poser à nouveau le problème initial. Dans un premier mode de réalisation qui sera décrit plus en détail plus loin, les signaux de sortie des deux détecteurs, lesquels sont proportionnels respectivement au cosinus et au sinus de la différence de phase en^re le signal d'entrée et le signal 35 référence, sont élevés au carré et ensuite additionnés pour produire un signal de sortie en courant continu. Dans un second mode de réalisation de l'invention, chacun des signaux de sortie provenant des détecteurs de phase est appliqué à un mélangeur avec un signal produit localement qui est BAD ORIGINAL 69 04659 -2- 2002751 accordé sur une fréquence arbitraire quelconque. Les signaux d-/ sortie provenant des deux mélangeurs sont alors additionnés pour produire un signal de sortie dont la fréquence est approximativement celle du second signal. D'une manière avantageuse, la fré-5 quence du second signal est dans une gamme de fréquences acoustiques afin de produire une tonalité audible. Un tel système est particulièrement utile dans les systèmes électroniques de recherche des personnes. En tenant compte de la capacité inhérente d'un détecteur de 10 phases presque cohérentes à détecter un signal très faible parmi un grand nombre d'autres signaux rapprochés en présence de bruit, la présente invention propose un système de communication extrêmement sûr. D'autres avantages et caractéristiques de la présente inven-15 tion ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés qui donnent à titre explicatif, mais nullement limitatif, plusieurs formes de réalisation conformes à l'invention. Sur ces dessins : 20 - la figure 1, qui est donnée à titre d'explication, repré sente un signal porteur et quatre paires associées de signaux de bandes latérales ; - la figure 2, qui est donnée à titre d'explication, représente les quatre signaux de modulation après leur détection en 25 amplitude ; - la figure 3, qui est donnée à,titre d'explication, représente les quatre signaux de la figure 2 après une détection de phases cohérentes ; - la figure 4 représente, sous forme synoptique, un premier 30 mode de réalisation d'un système de détection de phases presque cohérentes ; - la figure 5 représente un second mode de réalisation de l'invention servant à produire une tonalité de sortie audible; et: - la figure 6 représente l'utilisation de détecteurs de pha-35 ses non cohérentes dans un système de communication sûr. Comme indiqué plus haut, dans un grand nombre d'applications, il est nécessaire d'identifier une composante d'un signal parmi un grand nombre d'autres composantes qui sont à la fois très rapprochées en fréquence et qui présentent des amplitudes comparables BAD ORIGINAL*' 69 04659 -3- 2002751 ou même supérieures. Les autres composantes du signal peuvent être soit dos composantes continues telles qu'un bruit, soit une série de composantes distinctes, telles que d'autres signaux utiles, ou encore une combinaison de ces deux éléments. A titre 5 d'illustration et de description, on considère un système dans q lequel une porteuse, dont la fréquence f est de l'ordre de 10y "" c hertz, est modulée en amplitude à l'aide de quatre signaux utiles f^ , îg, et f^_, qui sont tous très rapprochés en fréquence. Comme exemple, on supposera f^ = 10.001 hertz, = 10.002 hertz, 10 fj = 10.003 hertz et f^ = 10.004 hertz. La figure 1 représente la porteuse f et les quatre paires de fréquences de bandes latérales résultantes. On peut indiquer de plus que l'un des signaux, qui correspond à la seconde paire de bandes latérales, être détecté parmi les quatre paires de fréquences des bandes la-15 térales. Ceci constitue, pour donner un exemple type, la situation qui se présente dans un système électronique de recherche des personnes dans lequel chacun des signaux de modulation se rapporte à un abonné différent. Il est clair que des filtres à haute fréquence ne pourraient 20 pas être utilisés, avec des fréquences de l'ordre de 10^ herts, pour isoler la composante de bande latérale voulue du signal des deux composantes voisines dont la fréquence ne diffère que de i 1 hertz. La première opération, de ce fait, est de détecter en amplitude les signaux de modulation. Cette opération permet de 25 déterminer les quatre composantes f^, f0, f^, et f^ du signal, comme représenté sur la figure 2. Ici à nouveau, cependant, le problème consistant à séparer le signal voulu fP des autres si- Z|_ gnaux dont les fréquences ne diffèrent que d'une partie sur 10 est encore beaucoup trop difficile à réaliser au moyen de filtres 30 ordinaires. C'est pour une telle situation qu'une détection de phase cohérente peut être utilisée d'une manière avantageuse. Dans un détecteur de phases cohérentes de la technique antérieure, le signal d'entrée, qui comprend les quatre composantes f^, fg, f^ et f^ du signal est mélangé avec un signal de référen-35 ce f . Ceci a pour résultat de produire des composantes du signal à des fréquence s-différence de battement ^ 3 e^ -^4» Qu'011 voit sur la figure 3- Le signal composante continue, est le signal voulu. Les composantes ^ et dont les- fréquences ne diffèrent que d'un hertz, peuvent alors être séparées facilement ORIGINAL 69 04659 _4_ 2002751 de la composante continua au moyen de sections de filtre résistance-capacité comme indiqué par la courbe do bande passante 30 sur la figure 3- On voit, d'après la description ci-dessus, que si le signal 5 de référence f et le signal voulu ne sont pas accordés sur la neme fréquence, un signal de fréquence-différence non nul est produit et pourrait tomber facilement en dehors de la bande passante très étroite du filtre résistance-capacité et etre perdu. En particulier, du fait que la. bande passante du filtre dans 10 l'exemple donné est du l'ordre d'une fraction seulement d'un hertz, le signal de modulation et le signal de référence doivent être accordés à moins d'une fraction de hertz l'un par rapport à l'autre. Ceci rentre largement dans les limites de tolérance des oscillateurs dont on dispose actuellement. Cependant, comme on le 15 sait également, un détecteur de phase fonctionne avec une relation de phase préférée entre le signal de modulation et le signal de référence. Si cette différence de phase est décalée de 90 degrés, un zéro est produit à la sortie du détecteur même lorsque les deux signaux sont accordés exactement sur la même fréquence. Dans 20 le détecteur de phase cohérente de la technique antérieure, on assure la relation de phase appropriée. Si, au contraire, on utilise un signal de référence non cohérent,-la relation de phase appropriée n'est pas assurée. Les deux signaux peuvent uniquement s'établir facilement d'eux-mêmes à la condition de zéro, et y 25 restent pendant une période de durée imprévisible du fait que la durée de la période pendant laquelle ils demeurent à une relation de phase particulière quelconque dépend uniquement du mouvement aléatoire de leur phase relative. Il est évident que tout séjour prolongé à une condition de zéro annulerait l'utilité d'un systè-30 me de détection do phase non cohérente comme récepteur d'une information. Ces diverses limitations et exigences sont complètement évitées dans le détecteur de phases presque cohérentes à diversité de phases qui est représenté sur la figure 4. On. utilise deux dé-35 tecteurs de phase 40 et 41. Ces détecteurs peuvent être d'un type quelconque parmi une diversité de détecteurs de phase, comme décrit, par exemple, dans le volume 21 de Massachusetts Institute of Technology, Hadiation Laboratory Sériés, "Electronic Instruments", page 385- Le signal d'entrée est divisé en deux parties bad original 69 04659 -5- 2002751 sensiblement égales au moyen d'un diviseur de signaux 42 et chacune des deux parties du signal est appliquée à un détecteur différent. Dans ce mode de réalisation particulier, les deux parties du signal sont en phase, comae indiqué par la notation de phase O 5 /O . Un signal de référence, f , provenant d'une source 43 de signaux de référence, accordée sur la fréquence du signal à détecter, est'également appliqué aux deux détecteurs. Pour des raisons qui seront expliquées plus loin, les deux composantes du signal de 10 référence sont déphasées de 90°, comme indiqué par les notations de phase /0° et /90° qui sont associées aux composantes respectives. Ceci est réalisé d'une manière commode en appliquant le signal de référence par l'intermédiaire d'un coupleur hybride de quadrature 44. En variante, on peut utiliser un diviseur de cou-15 rant en phase et un déphaseur séparé, ou bien n'importe quel autre moyen commode pour obtenir la quadrature de phase des signaux de référence. Les sorties des détecteurs sont appliquées, respectivement, à des filtres passe-bas 45 et 46, à des réseaux d'élévation au 20 carré 47 et 48, puis sont ajoutés l'un à l'autre dans un réseau d'addition 49 afin de produire le signal de sortie. En fonctionnement, le signal d'entrée qui contient le signal voulu et un ou plusieurs signaux supplémentaires, est divisé en deux parties qui sont appliquées aux deux détecteurs 40 et 41 en 25 même temps qu'un signal de référence non cohérent, f , accordé sur la fréquence du signal voulu. Les signaux de sortie des deux détecteurs, qui comprennent une composante continue et des composantes alternatives, passent ensuite à travers des filtres passe-bas 47 et 48 dont les bandes passantes s'étendent depuis le cou-30 rant continu jusqu'à une basse fréquence quelconque inférieure à la fréquence du signal immédiatement voisin. Dans un détecteur de phase, l'amplitude de la composante continue du signal est maximale lorsque le signal d'entrée et le signal de référence sont accrochés en phase. Lorsque leur phase relative change, l'amplitude du signal de sortie varie en fonction de leur différence de phase A0'. En particulier, la sortie D^ est donnée par : D^ = A cosA& . (1) De ce fait, il est évident que la sortie d'un seul détecteur bad ORIGINE 69 04659 2002751 de phase 40, dont le signal de référence n'est pas accroché en phase sur le signal d'entrée, tend à varier lorsque la phase relative entre le signal d'entrée et le signal de référence se modifie avec le temps. Pour éviter ces variations du signal de sortie 5 le signal de référence appliqué au second détecteur 41 est déphasé de telle sorte qu'il est en quadrature dans le temps par rapport au signal de référence appliqué au détecteur 40. Ainsi déphasée, l'amplitude du signal de sortie du détecteur 41 est c_ donnée par : 10 D2 = A sin A jzf . (2) Du fait de la relation de quadrature qui existe entre les signaux de référence, il existe également une relation de quadrature entre les deux signaux de sortie détectés par leur phase. De ce fait, la modification de phase qui tend à faire diminuer la 15 valeur de la sortie de l'un des détecteurs fait simultanément aug menter la valeur de la sortie de l'autre détecteur. Les deux signaux de sortie détectés par leur phase traversent alors les réseaux d'élévation au carré 47 et 48 qui peuvent être constitués par deux diodes à orientations de pôles opposées, 20 montées en parallèle, afin de produire des signaux proportionnels 2 ^ 2 2 à A cos~ Z\ 0 et A sin Ajzf. Lorsqu'ils sont additionnés dans le réseau d'addition 49, on obtient un signal de sortie continu, à 2 ? A 2 2 amplitude constante A (cos~A+ sin AjzO = A . Dans un système électronique de recherche des personnes, une 25 indication sonore d'un type quelconque est donnée pour indiquer à l'abonné qu'il est appelé. La figure 5 représente un second mode de réalisation de l'invention destiné à produire une telle tonalité audible à la place d'un signal de sortie continu. Dans ce mode de réalisation, comme dans le mode de réalisation de la figu 30 re 4, le signal d'entrée est divisé en deux composantes. Chacune des composantes' est appliquée à un détecteur de phase 51 ou 52, avec un signal de référence provenant d'une source de signaux de référence 53• Il convient de noter que, dans ce mode de réalisation, un 35 coupleur hybride de quadrature 50 est utilisé pour diviser le signal d'entrée. Il en résulte que les deux composantes du signal sont représentées comme étant en quadrature dans le temps tandis que les signaux de référence sont en phase. Cette variante a simplement pour but de montrer qu'en général, soit les signaux d'enBAD ORIGINAL 69 04659 2002751 trée soit lts signaux de référence peuvent être en quadrature. L la suite de la détection de phase, les signaux traversent des filtres passe-bas 55 et 56 afin do produire deux signaux non audibles Â cosAjzS et A sinAjzf. 5 Pour produire uno sortie acoustique, les signaux A cosAjzf et À sinAjzf sont appliqués à des -aélangeurs de signaux 57 et 58, respectivement, avec un signal produit localement dans la gamme des fréquences acoustiques. Ce dernier, qui est produit par un oscillateur local 59, est appliqué par l'intermédiaire d'un cou-10 xoleur hybride de quadrature 70 de façon à obtenir une relation de quadrature de phase entre les signaux de l'oscillateur local qui sont appliqués aux deux mélangeurs. Les sorties des mélangeurs 57 et 58, qui sont proportionnelles au produit des deux signaux d'entrée, se présentent sous la 15 forme B cosAjzf cos i*It et B sinAjz* sin i2t, où fi est la fréquence angulaire du signal fourni par l'oscillateur local 59* Ces deux signaux sont alors ajoutés l'un à l'autre pour produire le signal de sortie. Dans le mode de réalisation de la figure 5, 1©S signaux sont combinés dans une jonction hybride à 180 degrés 71 afin de 20 produire un signal-soaime et un signal-différence, le signal-somme indiqué par "sortie +" est égal à C cosAjh? cos fZ t + C sinAjzf sin £2 t = C cos (fit +AjzO. Le signal-différence, qui est indiqué par "sortie -;i est C cosA^ cos il t - C sinA^ sin il t = C cos (fit -Arf). Du fait que lXs6 est inférieur à un hertz et que, par 25 suite, il est très inférieur à -O- , la sortie de l'une et l'autre branches de la jonction 71 est un signal à amplitude constante dont la tonalité est, pour toutes les applications pratiques, définie paj? la fréquence de l'oscillateur local 59- De plus, le signal de sortie est linéairement proportionnel au signal d'entrée 30 à la différence du système de détection décrit précédemment dans lequel le signal de sortie est proportionnel au carré du signal d'entrée. Une variation linéaire est d'une manière générale plus souhaitable si l'-amplitude du signal d'entrée tend à présenter une variation importante de gamme. 35 Dans la Inscription ci-dessus, la fréquence porteuse et les diverses fréquences de bande latérale étaient connues du destinataire prévu. Une troisième personne, no connaissant ni la fréquence porteuse ni les fréquences de modulation pourrait, au moyen de■ techniques de recherche standax^d, intercepter le signal porteur, 69 04659 2002751 mesurer sa fréquence et déterminer son point d'origine. Cependant, elle serait complètement incapable de séparer et d'identifier les signaux de modulation individuels très rapprochés. De ce fait, un détecteur de phases presque cohérentes donne la possibi-5 lité de réaliser un système de communication extrêmement sûr. Dans un tel système, qu'on voit sur la figure 6, la porteuse est modulée par un ou plusieurs d'une série de signaux de modulation C, f yj, ±21 ^011^ les fréquences sont très rapprochées. te message à transmettre se troiive dans la combinaison par-10 ticulière des signaux de modulation utilisés. Au récepteur D, on utilise une série S de paires de détecteurs de phase, chaque paire étant associée à "une source de signaux de référence et étant accordée de manière à détecter l'un des signaux de modulation parmi une série de signaux de modulation possibles. Po\ir assurer que 15 chaque signal de référence est accordé aussi étroitement que possible sur la même fréquence que celle de l'un des signaux de modulation, à la fois les sources de signaux de modulation 60, 61, 62 et 63 et les sources des signaux de référence associées à chaque paire 64, 65, 66 et 67 des détecteurs de phase sont, d'une 20 manière avantageuse, commandés par des cristaux. Des oscillateurs présentant une stabilité de l'ordre d'une partie sur 10^ ou encore meilleure peuvent être réalisés. De ce fait, si les signaux de modulation sont dans la gamme acoustique à 1000 hertz environ, .les signaux de modulation peuvent être espacés de différences 25 aussi faibles que 0^001 hertz (c'est-à-dire f^ =■ 1.000.001 , f2 = 1.000.002, f5 = 1.000.003, ... fn = li'000.000 + (0,001 )n hertz). Pour détecter ces signaux de bande passanteAf des filtres passe-bas des détecteurs, de phase serait de l'ordre de moins de 0,001 herts, ce qui nécessiterait, alors, que le signal por-30 teur soit émis pendant 'une période de durée T" donnée approximativement par r r> 3,5Af Du fait queAf = 0,001, T serait égal approximativement à 35 300 secondes, soit à environ cinq minutes. La sécurité peut également demander que non seulement l'information transmise ou émise ne puisse être reçue par des destinataires non autorisés, mais encore que l'existence même du signal soit maintenue secrète. Par exemple, si l'émetteur F est BAD ORIGINAL 69 04659 O •y— 2002751 situé dans un territoire hostile où il pourrait être repéré et détruit, il serait avantageux que son emplacement ne soit pas révélé. Cependant, d'autre part, on vient de montrer plus haut que pour détecter par leur phase les signaux, le signal porteur 5 doit être émis pendant environ cinq minutes. Ces exigences qui semblent contradictoires peuvent être satisfaites lorsqu'on se rend compte qu'un système de détection de phases presque cohérentes est un dispositif à bande extrêmement étroite et que, de ce fait, il est capable de détecter un signal en présence d'un ni-10 veau de bruit élevé. Si, de cc fait, le signal est complètement noyé dans le bruit propre du récepteur, le destinataire non autorisé peut être rendu complètement ignorant de l'existence même du signal porteur en lui refusant également tout accès au message qui est émis. De ce fait, on peut obtenir une sécurité maximale 15 en masquant délibérément le signal dans un bruit. Ceci est réalisé en émettant délibérément un signal très faible et en utilisant la capacité très importante d'un système de détection de phases presque cohérentes à détecter un signal en présence d'un bruit. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et 20 représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. Légende des Dessins Pigures Hepères 25 1 ) ) ) j - Amplitude. 2 et 3 K - Fréquence. 4 L - Signal d'entrée. M. Signal de sortie. 5 L - Signal d'entrée. 50 t! N - Sortie. M 0 - Sortie + . 6 C - Signaux" de. modulation de fréquence. if •n x> - Receveur. - n E - Cohésion dans les détecteurs de phase. 35 H ? - Transmetteur. ir G - oourcc de signaux porteurs. ti H - iviodulateur. ti I - Récepteur comprenant un détecteur d'amplitude. ORIGINAL 69 04659 -10- 2002751 EETEHDICATIOBS 1. Appareil de détection de phase, caractérisé en ce qu'il comprend des premier et second détecteurs de phase, un moyen servant à appliquer à chacun de ces détecteurs de phase une partie 5 d'un premier signal contenant une composante devant être détectée et au moins une autre composante ayant une autre fréquence, une source de signaux de référence accordée sur la fréquence de la composante do signal à détecter, un moyen servant à coupler la source de signaux de référence à chacun des détecteurs, un moyen 10 servant à introduire un déphasage supplémentaire de 90 degrés entre le signal de référence et la composante de signal devant être détectée dans le premier détecteur, par rapport à l'angle de phase entre le signal de référence et la composante de signal devant être détectée dans le second détecteur, et un moyen pour combiner 15 les signaux, détectés en phase, qui sont obtenus de ces détecteurs de phase. 2. Appareil suivant la Revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend également ion moyen pour appliquer les signaux de référence aux détecteurs de phase en les déphasant de 90 degrés. 20 3. Appareil suivant la Revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend également un moyen pour appliquer les deux parties de la composante du signal à détecter aux détecteurs de phase en les déphasant de 90 degrés. 4. Appareil suivant la Revendication 1, la Revendication 2 25 ou la Revendication 5, caractérisé en ce qu'un circuit d'élévation au carré est couplé à chaque détecteur afin de produire un signal proportionnel au carré du signal fourni par chacun de ces détecteurs, un réseau d'addition additionnant les signaux provenant des circuits d'élévation au carré pour produire un signal de 30 sortie essentiellement en courant continu. 5. Appareil suivant la Revendication 1, la Revendication 2 ou la Revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend deux mélangeurs, un oscillateur local, un moyen servant à coupler la sortie de chacun des détecteurs de phase à un mélangeur différent, 35 un moyen servant à appliquer les signaux provenant de l'oscillateur local à chacun des mélangeurs en quadrature dans le temps, et un moyen servant à combiner les signaux de sortie des diver's mélangeurs afin de produire un signal do sortie dont la fréquence est sensiblement celle de l'oscillateur local. - .. BA0 ORIGINAL 69 04659 -11- 2002751 6. Appareil suivant la Revendication 5, caractérisé en ce que la fréquence de l'oscillateur local est dans une gamme acoustique . 7. Appareil suivant l'une quelconque des Revendications pré-5 cédentes, caractérise en ce qu'il comprend plusieurs paires do détecteurs de phase, une source de signaux de réference étant associée à chacune de ces paires de détecteurs de phase, et les sources de signaux de référence étant accordéos sur des fréquences différentes, un détecteur d'amplitude dont une partie de la 10 sortie est appliquée à chacun des détecteurs de phase, la sortie combinée des diverses paires de détecteurs de phase produisant un signal indiquant la présence d'un signal à une seule fréquence présentent sensiblement la même fréquence que celle de la source de signaux de référence associée à cette paire de détecteurs de 15 phase. BAD 0R19TNAL