Brevet FR2219570A1 — publié le 19740920

L'invention a pour objet un dispositif discriminateur de fréquence, c'est-à-dire un dispositif destiné à fournir, dans un domaine de fréquences qui est son domaine d'ut#ilisation, un signal représentatif en grandeur et en signe de l'écart entre la fréquence de fonctionnement ou fréquence centrale du discriminateur et la fréquence du barycentre du spectre de fréquences d'un signal appliqué à l'entrée du discriminateur. De tels dispositifs, -dont on exige qutils présentent une caractéristique de fonctionnement linéaire de part et d'autre de leur fréquence centrale ainsi qu'une insensibilité aux signaux perturbateurs dont la fréquence est extérieure à celle de leur bande passante utile-, trouvent application dans les domaines les plus divers, par exemple dans des chaines de commande automatique de la fréquence d'émission d'un radar, ou encore dans des channes d'asservissement de réception d'installations radar, notamment dans les boucles de poursuite en fréquence de telles installations. On connatt déjà de tels dispositifs à structure et fonctionnement analogiques qui satisfont aux exigences mentionnées ci-dessus. Cependant, ces dispositifs analogiques connus ne remplissent pas d'une manière satisfaisante une troisième condition exigée des discriminateurs de fréquence, à savoir le fait de conserver d'une manière précise leur fréquence de fonctionnement pour des conditions d'utilisation très différentes, par exemple celles résultant des variations de la température à laquelle est soumis le dispositif. En outre, et nonobstant le soin mis à leur réalisation, il est très difficile, sinon impossible, dans de tels dispositifs analogiques connus, d'affecter la même valeur de fréquence centrale à tous les dispositifs d'une même fabrication de série. C'est, d'une manière générale, un but de l'invention de fournir un dispositif discriminateur de fréquence qui satisfasse à l'ensemble des conditions rappelées ci-dessus, c'est-à-dire présente de bonnes caractéristiques de linéarité, de sélectivité, et de précision quant à la valeur de sa fréquence de fonctionnement ou fréquence centrale. C'est encore un but de l'invention de fournir un tel dispositif qui, dans une très large mesure, soit insensible aux variations de ses conditions d'utilisation, notamment de la température à laquelle il est soumis et qui, de ce fait, est propre à être utilisé en tant que dispositif d'une boucle de poursuite d'un radar, notamment d'un radar aéroporté. C'est aussi un but de l'invention de fournir un tel dispositif dont la bande passante puisse, de façon simple, être modifiée en fonction de diverses conditions d'utilisation, par exemple pour l'adaptation d'une installation de radar qu'équipe le dispositif aux différentes phases de poursuite et/ou d'acquisition d'une cible par ladite installation. Le dispositif selon l'invention, qui fait application des techniques électroniques numériques ou digitales, est caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'échantillonnage et de codage d'un signal à traiter dont la sortie se divise en deux voies parallèles comportant chacune un filtre de fréquence numérique, un opérateur auquel aboutissent les deux dites voies délivrant sur sa sortie, d'une part, l'amplitude dé l'écart de fréquence entre le barycentre du spectre de fréquences du signal d'entrée et la fréquence centrale du discriminateur et, d'autre part, le signe dudit écart par comparaison des phases relatives des signaux issus de chacun des filtres. Dans une première forme de réalisation, le filtre de fréquence de chacune des voies parallèles est un filtre numérique transversal, tandis que dans une seconde forme de réalisation, chacun desdits filtres est un filtre numérique séquentiel. L'invention sera bien comprise par la description qui suit, faite à titre d'exemple et en référence au dessin annexé dans lequel la figure 1 est une vue schématique, en blocs-diagrammes, d'un dispositif selon l'invention la figure 2 est un schéma, en blocs-diagrammes, d'un filtre de fréquence numérique transversal la figure 3 est une vue schématique et en blocs-diagrammes d'une partie d'un dispositif selon l'invention pour une forme de réalisation la figure 4 montre des diagrammes la figure 5 montre un autre diagramme la figure 6 est une vue très schématique, en blocs-diagrammes, d'une partie d'un dispositif selon l'invention. On se réfère d'abord à la figure 1 qui montre ltorganisation générale d'un dispositif discriminateur de fréquence selon l'invention. Le dispositif comprend une borne d'entrée 10 d'un signal à traiter f(t) qui, sous forme de grandeur continue, est échan tillonné à une fréquence d'échantillonnage f à laquelle corres e pond une période T imposée par un dispositif Il lui-même suivi f e par un dispositif de codage binaire 12 qui délivre sur sa sortie 12' un signal s(t).Si l'on désigne par B la bande passante du signal à l'entrée du discriminateur, la fréquence d'échantillonnage f e est choisie plus grande ou égale à 2B, de façon à ce que la période d'échantillonnage X soit inférieure ou égale à 2B et le nombre d'échantillons N, pris en compte pendant un temps d'analyse T, soit plus grand ou égal à 2BT. La sortie du codeur binaire 12 se divise en deux voies parallèles 13 et 14 dont la première comprend un dispositif 15 et la seconde un dispositif 16 constitué chacun, principalement, par un filtre de fréquence numérique centré sur la fréquence de fonctionnement fg du discriminateur, avantageusement choisie égale au quart de la fréquence d'échantillonnage fe . Les sorties 17 et 18 des dispositifs 15 et 16, sur lesquelles sont présents des signaux Z G, respectivement, sont reliées à un dispositif ou opérateur 19 fournissant à sa sortie un signal représentatif de l'amplitude de l'écart de fréquence 6 f entre le barycentre du spectre de fréquence du signal d'entrée f(t) et la fréquence centrale du discriminateur fg ainsi que le signe dudit écart de fréquence. Dans une forme de réalisation, 1'amplitude de l'écart de fré lAt quence Sf est représentée par la valeur du rapport Iz , le signe dudit écart étant déterminé par comparaison des phases relatives des signaux Z et A La valeur de l'amplitude de l'écart de fréquence 6f peut entre déterminée par une valeur de rapport différent de celui mentionné ci-dessus, par exemple par le rapport dans lequel RAI , A, RC, 1L1 représentent, respectivement les compo- santes réelles et imaginaires des signaux Z etA Dans une première forme de réalisation, l'invention prévoit, en tant que constituants des dispositifs 15 et 16, des filtres numériques transversaux, constitués, comme montré sur la figure 2, par N+l mémoires en série 210, 211, 212, etc., 21N reliées par des voies 220, 221, 2221 etc., 22N respectivement, à un dispositif de sommation 23, avec interposition sur chacune desdites voies d'un multiplicateur 24oui 241, etc., 24N commandé par une voie 25o, 251, etc., 25N, sur laquelle est appliqué un facteur kow kl, k2, etc., kN.A l'instant nl, les mémoires 21 contiennent des échantillons du signal s(t) obtenus, dans la mémoire 21O, à l'instant n, dans la mémoire 211 à l'instant n-l, etc., de sorte que le signal y présent sur la sortie 26 du sommateur 23 à l'instant nT est égal a: un choix approprié de l'ensemble des coefficients k fournissant le filtrage recherché. Dans une forme de réalisation préférée, les filtres de fréquence numériques des dispositifs 15 et 16 sont du type séquentiel et l'ensemble des coefficients k constitue une loi de pondération dans laquelle à chaque instant t est attachée une valeur du coefficient k. L'application de la loi de pondération peut être représentée schématiquement, comme montré sur la figure 3, par l'intro- duction sur la voie 13, dans le cas du dispositif 15, d'un opérateur de pondération p(nT) issu d'une voie 27 avec un sommateur 28 à l'aval de ladite voie 27. Selon l'invention, on prévoit de déterminer les signaux Z et A par leurs composantes réelles et imaginaires d'une part et, d'autre part, de centrer les filtres de chacun des dispositifs 15 et 16 sur la fréquence de fonctionnement fO du discriminateur. Pour ce faire, la voie 13 se divise, à l'aval du point d'application de la fonction de pondération p(n~r) en deux voies parallèles 29 et 30 dont la première est affectée à la partie réelle RZ du signal représentatif de Z tandis que la seconde est affectée à la partie imaginaire Iz de ce même signal, la voie 29 comportant un multiplicateur 32 sur la voie de commande 31 duquel est appliqué un signal représentatif de cos2nfOn T tandis que sur la voie 30 un multiplicateur 34 introduit, par une voie 33, un signal repré sentatif de sin2flf n#.Les signaux issus des sommateurs 28 et 28' o et qui sont représentatifs, respectivement, de la partie réelle RZ et de la partie imaginaire Iz sont acheminés à un opérateur 35 délivrant sur sa sortie 17 le module du signal représentatif de Z c'est-à-dire Le dispositif 16 effectue,sur le signal s(t), les mêmes opérations que celles effectuées sur ledit signal dans le dispositif 15, mais avec application d'une loi de pondération p'(nT) différente de celle mise en oeuvre dans le dispositif 15 pour obtenir sur la voie 14, à la sortie 18 du dispositif 16, un si gnal représentatif du module# i A,c'est-à-dire L'opérateur 19 détermine alors, à partir des valeur delZt et#Ai ainsi que des valeurs RZ , RA , Iz , IL , d'une part, le rapport ÙZA ou un rapport équivalent représentatif de l'amplitude de l'écart de fréquence entre le barycentre du spectre de fréquen ces du signal d'entrée et la fréquence centrale du discriminateur et, d'autre part, en effectuant le produit vectoriel des vecteurs Z et A , dont on peut démontrer qu'ils sont en quadrature, le signe dudit écart de fréquence. En choisissant pour la loi de pondération p(nT) une fonction paire de t, comme montré par la courbe A de la figure 4 et pour la loi de pondération p' (nr) une fonction impaire de t comme montre par la courbe B de la figure 4, -dans laquelle l'axe des abscisses est représentatif du temps-, on obtient alors pour la courbe de réponse en fréquence du dispositif selon l'invention une courbe C, figure 5, dans laquelle l'axe des abscisses est celui des fréquences et l'origine la fréquence de fonctionnement fg du discriminateur.La partie d'ordonnée positive de la courbe C correspond à un signal A en avance de phase par rapport au signal Z et la partie d'ordonnée négative à un retard de phase du signal A par rapport au signal Z La figure 6 illustre un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention qui fait application de filtres numériques séquentiels.Dans cette réalisation, le dispositif d'échantillonnage 11, à l'entrée 10 duquel est appliqué le signal f(t) à traiter, est commandé par une horloge 36 reliée par une voie 37 à une mémoire 38, par exemple du type R.O.M. (read only memory) dans laquelle sont conservés les coefficients k dont l'ensemble constitue la loi de pondération p (nT).L'horloge 36 est également reliée par une voie 39 à un dispositif d'adressage 40 d'une mémoire 41 contenant les valeurs de sin 2nfOnl et cos 2 fOnT appliquées aux o signaux présents sur les voies 29 et 30 par les multiplicateurs 32 et 34,respectivement.Le multiplicateur 32 est suivi d'un additionneur 42 relié à une mémoire ou accumulateur 43 dont la sortie 44 est rebouclée à l'entrée de l'additionneur 42 de sorte qu'on obtient, sur l'autre sortie 45 de la mémoire ou accumulateur 43, le signal représentatif de Rz. De même, le multiplicateur 34 est suivi d'un additionneur 46 dont la sortie est reliée à une mémoire ou accutulateur 47 bouclé par une voie 48 sur l'entrée de l'additionneur 46 de sorte qu'on obtient, sur la sortie 49 de la mémoire 47, le signal représentatif de Iz, c'est-à-dire de la partie imaginaire du signal Z Etant donné que les coefficients k de la mémoire 38 sont lus les uns après les autres, l'invention prévoit également, au lieu de conserver en mémoire les valeurs de tous les coefficients k de la loi de pondération, de ne conserver en mémoire que les différences de valeurs entre deux coefficients k successifs, de sorte qu'il en résulte une diminution considérable du volume de la mémoire qui, en outre, est avantageusement organisée pour contenir également les coefficients constitutifs de la loi de pondération p'(nT) associée à l'élaboration du signal A. Dans une réalisation d'un dispositif selon l'invention, qui a fourni des résultats satisfaisants, la fonction de pondération p(t) était une loi du type dans laquelle b désigne la bande passante à contrôler et T la durée de la loi de pondération, m étant un entier compris entre zéro et quatre. La fonction de pondération p'(t) était alors choisie égale à dans laquelle b et T ont la même signification que ci-dessus et a est compris entre zéro et un. REVENDICATIONS 1. Dispositif discriminateur de fréquence , caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'échantiilonnage et de codage d'un signal à traiter dont la sortie se divise en deux voies parallèles comportant chacune un filtre de fréquence numérique, un opérateur auquel aboutissent les deux dites voies délivrant sur sa sortie, d'une part, l'amplitude de l'écart de fréquence entre le barycentre du spectre de fréquences du signal d'entrée et la fréquence centrale du discriminateur et, d'autre part, le signe dudit écart par comparaison des phases relatives des signaux issus de chacun des filtres. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre de fréquence numérique est un filtre transversal. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre de fréquence numérique est un filtre séquentiel. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au filtre de fréquence numérique d'une voie est associée une loi de pondération paire et au filtre numérique de l'autre voie une loi de pondération impaire. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la sortie de chacun des filtres se divise en deux voies parallèles affectées, l'une à l'élaboration de la partie réelle d'un signal et l'autre à la partie imaginaire du même signal, chacune des deux dites voies comportant un multiplicateur pour l'introduction sur ladite voie, respectivement, d'un signal en sinus et en cosinus dont la pulsation correspond à la fréquence de fonctionnement du discriminateur. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opérateur élabore l'amplitude de l'écart de fréquence entre le barycentre du spectre de fréquences du signal d'entrée et la fréquence centrale du discriminateur en déterminant le quotient des modules des signaux issus de chacun des filtres et détermine le signe dudit écart en élaborant le produit vectorial des vecteurs représentatifs desdits signaux. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une horloge commandant, d'une part, le dispositif d'échatillonnage et, d'autrepart, directement et/ou par l'intermédiaire de moyens d'adressage, des mémoires contenant les coefficients des lois de pondéra tion et les signaux en sinus et cosinus de pulsation correspondant à la fréquence de fonctionnement du discriminateur. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence centrale du discriminateur est égale au quart de la fréquence d'échantilonnage.