Brevet FR2077546A1 — publié le 19711029

i 2077546 L'invention concerne un dispositif pour réunir deux canaux de communication, qui contiennent des signaux cohérents à amplitudes et phases différentes, en plus de signaux perturbateurs non correlés, d'intensité égale entre eux, en un uni-5 que canal ayant un .rapport signal/bruit optimal. Dans la technique de transmission des informations, il se pose souvent le problème de-réunir en un canal de somme deux canaux de communication qui contiennent le même signal utile avec des amplitudes et des phases différentes, en plus de signaux 10 perturbateurs non correlés, de même grandeur les uns par rapport aux autres, de telle sorte que l'intervalle de perturbation, c'est-à-dire le rapport signal/bruit soit optimal. Ce problème se pose par exemple avec les systèmes de réception dits "polarisa-: tion-diversity", avec lesquels il s'agit de recevoir en permanen-15 ce et avec le meilleur gain d'antenne possible, les signaux radio émis par exemple par un satellite et dont le mode de polarisation varie sans arrêt dans le temps, par suite du mouvement du satellite. Ce problème va être exposé brièvement en référence à 20 la figure 1. Dans la figure 1, on a représenté schématiquement deux antennes 10 et 10* et on supposera que les diagrammes de rayonnement de ces deux antennes sont orientés dans la même direction de réception, mais que par exemple l'antenne 10 est polari-25 sée horizontalement, tandis que l'antenne 10* est polarisée verticalement. Les signaux en provenance de l'antenne 10 sont acheminés vers un récepteur 11, ceux qui proviennent de l'antenne 10' sont dirigés vers un récepteur 11'. Chacun des récepteurs est équipé d'un système de 30 réglage automatique de gain 12 et 12', et ces deux systèmes n'ont été indiqués schématiquement que sous la forme d'organe de réaction. Comme on le sait, le langage technique a adopté aussi, pour ces systèmes de réglage automatique de gain, l'expression "Automatic Gain Control" ou l'abréviation correspondante "AGCH. Les 35 canaux A et B qui proviennent des amplificateurs 11 et 11' aboutissent à un dispositif 15 auquel est connecté un démodulateur 16, étant entendu que le démodulateur 16 peut être constitué par tout circuit qui convient pour le traitement des signaux reçus. Etant donné que le dispositif 15 est monté en amont du démodula-^ teur 16, c'est-à-dire en quelque sorte en amont du détecteur, on BAD ORIGINAL 70 43480 2 2077546 utilise également 1'expression "Predetection-Combiner" pour désigner le dispositif qui convient pour la réunion des canaux A et B. 'Il "est plus rare que la réunion soit effectuée en aval des démodulateurs. Dans ce cas, on parle de "Postdetection-Cornbiner". 5 Dans les deux cas, lès principes adoptés pour le circuit sont les mêmes. Sur les boucles de réaction 12 ou 12' du système de réglage automatique de gain, une information est prélevée, comme on l'a indiqué au moyen des lignes 13 et 13* dessinées en traits interrompus, afin que le ""Con.b:iœr" 15 forme une combinaison vala-10 ble à partir des canaux A"et B, et cé de telle manière que le canal "qui présénte le; meilleur rapport signal/bruit est couplé au démodulateur 16 avec un poids supérieur correspondant. Si le "combiner" est convenablement calculé, il est théoriquement possible, quelles que soient les conditions d'amplitude et de phase I5 des tensions dès antennes, crest-à-dire pour toute polarisation elliptique, de former lâ Combinaison optimale des deux canaux d'entrée A et B. Toutefois, du fait que l'information est prélevée avant la réuriion des canaùx, ce système connu offre cet inconvénient que le "combiner" procède simplement à"une commande, 20 non à un réglage, de sorte que la précision du dispositif dans son ensemble est notablement réduite. En particulier, des imprécisions apparaissent qui sont dues au fait que les intensités des signaux utiles ou le rapport signal/bruit doivent être mesurés dans les deux canaux dé réception. Dans l'exemple décrit, cela s'ef-25 fectue indirectement dans le cadre du réglage automatique de gain ; dans d'autres formes d'exécution connues, cela s'effectue directement pour la commande du "Predetection-Combiner". L'invention a pour but de réduire les difficultés ci-dessus évoquées et de fournir un dispositif pour la combi-30 naison de deux ou de plusieurs canaux de communication, qui se prête à l'exécution du réglage. Sur la base d'un dispositif pour combiner, en un seul canal a rapport signal/bruit optimal, de deux canaux de communication qui contiennent des signaux cohérents à amplitudes 35 et phases différentes, en plus de signaux perturbateurs non correlés, ayant entre eux la même intensité, ce but est atteint, conformément à l'invention, par le fait qu'il est prévu un montage qui forme, par un genre de transformation unitaire, deux combinaisons linéaires des signaux primitifs, et par le fait que ^ deux circuits de réglage commandent de telle manière deux BAD ORIGINAL 70 43480 3 2077546 paramètres réels de cette transformation, qu'il n'existe plus aucune corrélation entre les deux combinaisons linéaires. L'invention va être expliquée de façon plus détaillée à propos d'exemples d'exécution représentés au dessin annexé dans lequel : La figure 1 représente un montage connu, déjà décrit précédemment. La figure 2 est un schéma de blocs d'un montage selon l'invention. La figure 3 représente un autre mode de réalisation du montage selon l'invention. La figure 4 illustre une variante du montage de la figure 3. La figure 5 illustre l'utilisation des montages des figures 2 à 4 dans une station réceptrice qui fonctionne en faisant appel à un procédé dit "polarisation-diversity". En concevant l'invention, on est parti des considérations suivantes : D'après des règles mathématiques connues, on forme, à partir des deux signaux donnés A et B, deux combinaisons linéaires A2 et B2, cette transformation linéaire pouvant être représentée par une matrice unitaire qui est une fonction de deux paramètres réels, par exemple sous la forme : A0 = A cos*f - B sin (f e-^ ic* -i° B2 = A sin if> eJ + B cos cÇ e J Cj? et étant les deux paramètres réels. Dans les meilleures conditions possibles, une transformation unitaire générale peut encore se différencier de la forme donnée ci-dessus par des décalages de phase des signaux de départ, qui n'ont aucune importance quant au principe qui constitue la base de l'invention. Dans ce cas, des grandeurs constantes s'ajoutent encore aux deux parcmètres^ et oc. , et il en résulte les égalités suivantes : A9 = A costp - B sintf e^1^ B, = A sintf + B «sf - «•) p et ^ étant les grandeurs constantes mentionnées ci-dessus. Dans ces conditions, A, B, A2» B2, sont des mélanges de parties de signal utile correlées entre elles et de parties de bruit. On peut considérer comme non correlées les 70 43480 4 2077546 parties de bruit A, B et, dans, la mesure où un système de réglage automatique de gain éventuellement présent agit de façon indenti-que sur les deux canaux, on peut -les considérer comme ayant la mène grandeur. En ce cas, et indépendamment de •-# , Une certaine paire de valeurs,c* est optimale et donne lieu, pour un bruit constant., à un niveau de signal aussi élevé que possible dans un canal de sortie, par exemple A2« La transformation unitaire garantit qu'en même temps, le signal utile dans l'autre canal de sortie, par exemple le signal B2, disparaît et qu'ainsi disparaît la corrélation entre les deux canaux. Un produit de corrélation A2.B2 * £ 0 est donc une indication d'un réglage non optimal et peut être utilisé pour modifier les deux paramètres^etc*. au moyen d'un circuit de réglage.-Etant donné que A2.B2* es^ complex® dans le cas général on peut obtenir, à partir de la partie réelle et de la partie imaginaire, deux critères pour la commande des deux paramètres^ etoC . Le produit de corrélation disparatrait évidemment aussi 20 si, dans l'exemple considéré, la totalité du signal utile apparaissait dans l'autre canal B2 et disparaissait dans A2» Par une polarité appropriée du circuit de réglage, une décision est prise quant à celui des deux cas qui est stable, l'autre est alors instable et est aussitôt abandonné. 25 L'invention peut être étendue à un grand nombre n de canaux. On forme alors n canaux de sortie par la transformation unitaire. La matrice qui représente la transformation compor-te n éléments complexes ; mais parmi eux, n(n-l)/2 seulement sont linéairement indépendants dans le cas d'une matrice unitaire. 30 Aux fins de l'invention, il suffit que, parmi eux, (n-l) paramètres soient contrôlables par des circuits de réglage, les (n-l) {n-2)/2 restants pouvant être choisis à volonté. Pour le contrôle des (n-l) paramètres complexes, on dispose, à titre de critères, les produits de corrélation entre le canal de sortie qui contient 35 la combinaison optimale, et les n-l canaux de sortie restants. A la place des (n-l) paramètres complexes, 2(n-l) paramètres réels sont réglés dans la réalisation pratique. La figure 2 représente un schéma de blocs dans lequel est réalisé directement le principe décrit du groupement 40 ou de l'association de deux canaux. D'autres réalisations sont bad original 70 43480 5 2077546 également possibles pour exécuter la transformation unitaire et le détecteur de corrélation. Sur la figure 2, il n'est plus représenté à titre d'e-xèmple que le "predetection-combiner" proprement dit, qui est 5 constitué par le montage 1 encadré par des traits interrompus et à la suite duquel est monté le circuit 2 encadré par des traits interrompus. La partie 1 du circuit est en mesure d'effectuer la transformation unitaire, la partie 2 du circuit sera désignée comme étant le groupe dit "détecteur de corrélation". De façon ana-10 - logue à ce qui est représenté sur la figure 1, on peut aussi observer dans le montage de la figure 2, les canaux A et B qui proviennent par exemple d'un pré-amplificateur. Les signaux sont tout d'abord acheminés respectivement par les lignes 20 et 20», vers un déphaseur réglablé 4, 4' ; parmi ceux-ci, le déphaseur 4 asso-15 cié au canal A produit une rotation de phase de l'angle + c Dans le détecteur de corrélation 2, les grandeurs A2 et B2 sont comparées entre elles et, pour ce faire, les lignes 23a 35 et 23'a sont connectées entre elles par des démodulateurs ou, en général, par des éléments non linéaires 7 et 7*. En amont du démodulateur 7' est encore monté un organe déphaseur 8 qui produit une rotation de phase de 90°, ce qui est indiqué dans le dessin par la lettre j. Les démodulateurs 7 et 7* sont connectés, par 40 ies lignes .24 et 24*, à un régulateur 3 à partir duquel les lignes BAD ORIO^AL 70 43480 6 2077546 25 et 25' aboutissent aux déphaseurs 4 et 4' ou, respectivement, aux multiplicateurs 5 et 5*. De son côté, le régulateur fournit les grandeurs (A et if et, de la sorte, il veille à ce que les signaux d'erreur en provenance des démodulateurs 7 et 7*, qui 5 correspondent à la partie réellé du produit de corrélation A2-B2* et à la partie imaginaire du produit de corrélation A^B^*approchent de zéro, ce qui, exprimé mathématiquement, signifie : Re(A2.B2 *) -^0 et Im(A2.B2 *)^0. Suivant les explications déjà données au début du 10 présent mémoire, seul apparaît alors le signal A2 ou le signal B2 et des dispositions sont prises pour que le signal qui parvient à l'exploitation ait le meilleur rapport signal/bruit possible, étant donné que le régulateur 3 corrige les grandeurs Ck et cp jusqu'à ce que cette condition soit atteinte. 15 Dans l'exemple d'exécution de la figure 1, il existe en quelque sorte une boucle régulatrice pour le réglage de deux paramètres, à savoir oC et tf> . Les différents éléments du circuit, qui n'offt été indiqués dans la figure 1 que sous la forme de blocs, peuvent être réalisés par des procédés connus qu'il n'est 20 pas nécessaire d'indiquer en détail. Selon un développement de l'invention, il est aussi possible de décomposer la transformation selon l'équation (1) ou (2) en deux transformations plus simples, exécutées successivement. Il est alors possible de rendre chacune de ces transforma-25 tions plus simples dépendante d'un seul paramètre et d'obtenir le critère de Commande à la sortie de la transformation partielle, de sorte qu'il existe deux circuits de réglage, entièrement indépendants l'un de l'autre. Un exemple d'exécution de ce genre est représenté 30 dans la figure 3.Par un retard du signal a on obtient ici à partir des canaux A, B, une paire de signaux A^, B^ de même phase. Le critère utilisé est la partie imaginaire du produit de corrélation Dans le second circuit de réglage s'effectue alors une transformation unitaire dans le réel, c'est-à-dire sans déca-35 lage temporel, avec le résultat A2, B2 et d'après le critère Re(A2.B2*) —>> O. Une transformation unitaire dans le réel est également appelé transformation orthogonale. Dans la figure 3, le circuit 1 entouré d'un trait interrompu constitue à nouveau la partie du montage qui convient 40 pour l'exécution de la transformation unitaire. De même que dans BAD ORIGINAL 70 43480 7 2077546 la figure 2, on peut reconnaître dans le canal A l'organe déphaseur 4 qui produit dans ce cas une rotation de ohase de 2d . Les multiplicateurs qui forment le sinus et le cosinus de l'angle cp , ainsi que les additionneurs 6 et 6» montés en aval comme dans la 5 figure 2, sont aussi contenus dans le circuit encadré par le trait interrompu. Ce qui diffère du circuit de la figure 2 c 'est le fait que dans le circuit de la figure 3, on relie entre eux, pour la formation de deux boucles de réglage avec un paramètre chacune, les canaux 10 A et B après la sortie du déphaseur 4, par l'intermédiaire d'un organe déphaseur 8, qui produit une rotation de phase de 90°, et d'un démodulateur 7'. Le démodulateur 7' est connecté à un régulateur 3' qui règle la grandeuroi et qui agit sur le déphaseur 4 par l'intermédiaire de la ligne 25. A la sortie du circuit, les 15 lignes qui conduisent les signaux ^ et B2 sont connectées par un démodulateur 7 dont la sortie est reliée à un autre régulateur 3". Le régulateur 3" règle la grandeur et, en conséquence, agit sur les multiplicateurs 5 et 5', ce qui est indiqué par les lignes 25' de la figure. 20 Le circuit de la figure 4 est particulièrement avanta geux pour l'application dans un récepteur dit à "polarisation-diversity", du fait que ses deux circuits de réglage sont entièrement semblables et que leurs paramètres de réglage sont dans un rapport simple avec les grandeurs caractéristiques de la polarisa-25 tion qui intervient. L'angle p indique directement la position de la direction principale de polarisation et e est la tangente d'arc du rapport des axes, et l'on peut démontrer mathématiquement que les grandeurs p et e peuvent être déduites des grandeurs^ et if> , si les grandeurs constantes /3ede l'équation (2) sont choi-30 sies de façon appropriée. Dans ces conditions, on effectue à deux reprises une transformation orthogonale dans le réel et, entre ces deux transformations, un décalage de 90° dans le temps des signaux l'un par rapport à l'autre. Le premier circuit régulateur donne lieu aux 35 tensions A^ et qui, tout d'abord, ne sont encore pas en phase, mais décalées dans le temps de 90° précisément l'une par rapport à l'autre ; ces signaux correspondent à ceux que donnerait un dipôle croisé situé dans la direction principale de polarisation. Ainsi on détermine les axes principaux de la polarisation, ils 40 sont décalés de l'angle p par rapport aux axes effectifs des BAD ORIGINAL 70 43480 8 2077546 antennes. A^ et sont alors amenés en phase dans le temps l'un par rapport à l'autre, par le décalage précité des signaux et transmis une fois encore par un même dispositif de réglage. L'angle-paramètre e qui en résulte, qui ne peut encore osciller 5 que dans les limites de + 45°, donne, par son signe, le sens de rotation de polarisation et est égal à zéro en cas de polarisation rigoureusement linéaire. Les mêmes observations que pour les circuits des figures 2 et 3 s'appliquent dans l'essentiel à l'exemple d'exécution 10 illustré par la figure 4 ; c'est pourquoi les éléments du même genre ont été désignés par les mêmes chiffres de référence. Là encore, on peut observer la partie 1 de circuit, encadrée en trait interrompu, qui effectue la transformation unitaire selon l'équation (2). Contrairement aux circuits des figures 2 et 3, 15 les canaux A et B dans le circuit de la figure 4 aboutissent directement aux multiplicateurs 5 et 5' qui sont connectés aux additionneurs 6 et 6' selon le mode déjà décrit. De la sorte, les tensions A-^ et B^ apparaissent tout d'abord, sur les lignes 23a et 23a'. Les lignes 23a et 23a' sont connectées entre elles 20 par l'intermédiaire du démodulateur 7* dont la sortie 24' aboutit au régulateur 3' qui commande à son tour, par les lignes 25, les multiplicateurs 5 et 5', lesquels indiquent désormais l'angle p. L'angle p lui-même peut être affiché sur un instrument indicateur approprié 27. Comme déjà mentionné, exactement le même circuit 25 de réglage est à nouveau monté en aval par l'intermédiaire d'un organe de rotation de phase 8 sur la ligne 23a, de sorte qu'apparaissent aux sorties de ce circuit les signaux A2 et 82 qui sont là encore combinés par le modulateur 7. Le modulateur 7 est connecté par la ligne 24 au régulateur 3", lequel agit à son tour 30 sur les multiplicateurs 5 et 5' qui forment respectivement le cosinus et le sinus du paramètre e. La grandeur e peut être également affichée sur un instrument indicateur 27'. La figure 5 illustre encore une application, notamment du circuit de la figure 4, dans une installation réceptrice 35 de télémétrie. L'installation réceptrice est construite de façon semblable à celle de la figure 1, si bien que les même éléments ont là encore été désignés par les mêmes chiffres de référence. Les signaux en provenance des antennes de réception 10 et 10' respectivement polarisées horizontalement et verticalement, passent 40 dans les récepteurs 11 et 11* et sont acheminés vers le BAD ORIGINAL 70 43480 9 2077546 "predetection-combiner 15" sous la forme des canaux A et B. Conformément aux indications données ci-dessus, le "predetection-combiner" procède à un dépuillement des signaux et les tensions A2 et B2 sont disponibles à ses deux sorties. Avec les grandeurs 5 A2 et B2, les grandeurs et a ou les grandeurs p et e, le "predetection-combiner" 15 effectue une combinaison judicieuse des données et un réglage en conséquence, de sorte, par exemple, que seul le canal A2 parvienne au démodulateur 16. Le démodulateur 16 est connecté par la ligne 17 au système de réglage automatique 10 de gain 18 (AGC), indiqué schématiquement, qui peut être en l'occurence commun aux deux récepteurs 11 et 11'. Au niveau du "combiner" 15, les deux paramètres p et e peuvent être dirigés vers les deux instruments de mesure 27 et 27*, pour la mesure du mode de polarisation. 15 En comparaison des circuits connus le "combiner" ici décrit présente l'avantage qu'il peut être utilisé dans un récepteur dont le système de réglage automatique de gain (AGC) et le système de réglage automatique de phase (APC) agissent en comnun pour tous les canaux. Par ailleurs, la combinaison optimale des 20 deux canaux de réception A et B peut être formée, quelles que soient les conditions d'amplitude et de phase du signal utile dans les deux canaux, sans qu'il faille mesurer ces amplitudes et ces phases. Le dispositif fonctionne également dans le cas où apparaissent des signaux perturbateurs à oscillation relativement 25 forte, comme cela est le cas par exemple des bruits galactiques, selon la position des antennes. En outre, la précision du dispositif est suffisamment grande, de sorte qu'il peut être aussi mis à profit pour la mesure du mode de polarisation. BAD ORIGINAL 70 43480 10 2077546 REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la réunion de deux canaux de communication qui contiennent des signaux cohérents à amplitudes et phases différentes, en plus de signaux perturbateurs non correlés, 5 d'intensité égale entre eux, en un canal unique ayant un rapport signal/bruit optimal, caractérisé par le fait qu'il est prévu un montage (1) qui forme, par tin genre de transformation unitaire, deux conbinaisons linéaires (a2, b2) des signaux primitifs (a,b), et par le fait que deux circuits de réglage commandent de telle 10 manière deux paramètres réels (•£, ^ ou p, e) de cette transformation qu'il n'existe plus aucune corrélation entre les deux combinaisons (a2, b2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que deux transformations unitaires, ne dépendant encore 15 que d'un paramètre chacune, sont effectuées successivement, qu'un premier circuit de réglage règle de telle manière le paramètre (Xou p) de la première transformation qu'après celle-ci, les deux canaux (A-j, B-j) ont des comportements de corrélation prédéterminés, et qu'un second circuit de réglage contrôle de telle 20 manière le paramètre (ij> ou e) de la seconde transformation qu' après cette seconde transformation, la corrélation des deux canaux (A2, B2) disparaît. 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il est procédé, à titre de première transformation, 25 à un simple déphasage (4) des canaux (A, B) l'un par rapport à l'autre, déphasage qui est commandé de manière que la partie .imaginaire du produit de corrélation des deux signaux décalés (A-j, B.j ) devienne nulle, et par le fait que la seconde transformation est réelle, orthogonale et est commandée de manière que 30 le produit de corrélation des deux signaux (A2, B2) qui en résulte devienne nul. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'à titre de première transformation, il est procédé à une transformation orthogonale réelle, qui est commandée de mani-35 ère que la partie réelle du produit de corrélation des deux signaux qui en résultent (A^, b-j) soit nulle, par le fait qu'ensuite un décalage temporel de 90° (8) des deux signaux (A-|, B-j) l'un par rapport à l'autre est effectué, puisqu'il est procédé à une transformation réelle qui est commandée de manière que le produit de 40 corrélation des deux signaux qui en résultent (A2, B2) devienne 70 43480 11 2077546 nul. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, caractérisé par son utilisation avec un procédé dit de "polarisation-diversity" à deux antennes (10, 10') 5 de manière que les d?ux paramètres de commande (p, e) soient utilisés pour la mesure du mode de polarisation. 6„ Dispositif pour le groupement de n canaux de communication (n = 3, 4, 5 ...) qui contiennent des signaux cohérents d'amplitude et de phase différente, en plus de signaux per-10 turbateurs non corroies ayant entre eux la même intensité, en un canal dont le rapport signal/bruit est optimal, caractérisé par le fait qu'il est prévu un montage qui forme, à la manière d'une transformation unitaire, n combinaisons linéaires des n signaux primitifs, et par le fait que 2 (n-1) circuits de réglage 15 commandent de telle manière un nombre identique de paramètre réels de cette transformation, qu'il n'y a plus aucune corrélation entre les n combinaisons linéaires. bad original