Brevet FR2276739A1 — publié le 19760123

La présente invention concerne les filtres numériques de fréquences et plus particulibrement des perfectionnements permettant de réguler le niveau de sortie de tels filtres et d'augmenter leur sélectivité. Les filtres numériques connus comportent une unité de calcul susceptible de fournir à leur sortie une fonction dans laquelle xo est l'amplitude d'un échantillon du signal à analyser arrivant sur ladite unité de calcul à un rythme fixe de période Ts tandis que les yi sont les valeurs de yo aux instants -i.T, si yo est supposé être calculé au temps 0 et que les Ai sont des coefficients. Les différents yi sont appliqués à l'unité de calcul à partir de la sortie d'une pluralité de dispositifs à retard, montés en cascade, dont le premier reçoit la grandeur yo à son entrée. Ces dispositifs à retard peuvent être des mémoires à décalage effectuant chacune un cycle complet de décalage dans le temps T. Ainsi, dans ces filtres connus, lteffet de filtrage d'un signal est obtenu par échantillonnage de celui-ci à une fréquence déterminée, puis par addition à un échantillon actuel, de certaines fractions d'échantillons antérieurs. Des filtres numé- risques de ce type sont décrits par exemple dans l'article "Recent Advances in the Synthesis of Caabfilters" (19cri7 I.R.Eo NatO Conv. Rec., pages 186 à 199) et dans l'article digital Filter Design Techniques in the Frequency Domain" de Charles M.RADER et Bernard GOLO (Proceedings of the I.E.E.E. février 1967). L'intérêt de tels filtres numériques est grand, notamment dans les techniques du radar et de la transmission d t informations, par exemple en téléphonie. Afin d'augmenter la sélectivité de tels filtres numériques, on sait déjà faire fonctionner ladite unité de calcul en partage de temps pour réintroduire la grandeur yo dans celle-ci, à la place de xo, pour un deuxième calcul. Les coefficients Ai fixant la fréquence recherchée sont alors un peu modifiés de fa çon que les deux passages dans l'unité de calcul unique constituent un filtrage sur deux étages à accords décalés. Bien entendu, le nombre de passages d'un même échantillon dans l'unité de calcul peut être supérieur à deux. Les filtres connus de ce type présentent un grave in convénient. En effet, leur niveau d'entrée peut varier dans de larges limites, ce qui entratne, lorsque ce dernier croît, une augmentation de leur bande passante et, par suite, des risques de parasitages par les fréquences voisines de celle destinée à être détectée par le filtre. La présente invention remédie notablement à cet incon- vénient. Selon l'invention, le filtre numérique de fréquences qui, à partir d'échantillons de signal d'amplitude xo arrivant sur son entrée à un rythme fixe de période T, permet de calculer la g-ndeul- Ai.yi, dans laquelle les différents Ai sont des coefficients et les différents yi les valeurs de yo aux instants -SS, ledit filtre comportant une boucle permettant d'appliquer au moins une fois, à son entrée, en partage de temps, ladite grandeur apparaissant à sa sortie, et remarquable en ce qutil comporte, dans ladite boucle, des moyens pour écrêter ladite grandeur de sortie. Ainsi, on peut réguler le niveau d'entrée du deuxième étage du filtre et donc diminuer les variations de la bande pas- sante. La grandeur yo étant sous forme numérique, les moyens d'écrêtage peuvent être simplement constitués par des moyens, tels que de portes OU, pour forcer à 1 plusieurs chiffres de poids les plus forts de ladite grandeur, ou des portes ET pour forcer à zéro certains des chiffres de la grandeur, en particulier ceux de poids faible. Ces moyens d'écrêtage peuvent également être constitués par un aiguilleur fournissant au deuxième étage de filtrage soit le nombre yo si celui-ci est inférieur à un certain seuil, soit la valeur de ce seuil 51 le nombre yo lui est supé rieur, Les dessins des figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente un filtre conforme à l'invention. La figure 2 illustre la courbe de réponse du filtre de la figure 10 Le filtre numérique selon l'invention montré par la figure 1 comporte une unité de calcul UC et deux mémoires à décalage MDl et MD2 Ces deux mémoires sont montées en série, MD1 re cevant les informations provenant de la sortie de l'unité de calcul UC. Les mémoires MD1 et MD2 transfèrent les informations quilles contiennent à des entrées correspondantes de 1'unité de calcul UC. L'unité UC travaille cycliquement, les mémoires MD1 et MD2 lui fournissant des résultats précédents tandis qu'une entrée E lui transmet, à travers une porte P du type OU, un nombre binaire représentatif d'un signal à analyser. Ce signal est amplifié au maximum s'il est à la fréquence recherchée, le filtre étant du type passe-bande. A partir d'échantillons de. signal d'amplitude xo, arrivant sur l'entrée E à un rythme fixe de période T, le filtre fournit à la sortie de UC une grandeur yc1 = Al.y1 + A2.y2 + xo yl et y2 étant respectivement les valeurs d'une grandeur yo1 aux instants -T et -2 T, si yo1 est calculé au temps 0, tandis que A1 et A2 sont des coefficients. Les grandeurs y1 et Y2 apparaissent respectivement en sortie des mémoires MD1 et MD2, dont le première reçoit, de UC, la grandeur yo à son entrée. Les mémoires MD1 et MD2 effectuent chacune un cycle complet de décalage dans le temps T. Après un premier passage dans le filtre, on obtient donc la grandeur yo1. Pour augmenter la sélectivité du filtre et obtenir la grandeur yo recherchée, yo1 est ensuite réintroduit dans l'unité UC par l'intermédiaire de la porte P, à la place de xo. Le filtre fournit alors à sa sortie, la grandeur go = yo1 + A't . y1 + A 2 . Y2 L'échantillon xo est ainsi traité deux fois (ce nombre n'étant pas limitatif), ce qui permet d'augmenter la sélectivité. Tout se passe comme si le filtre possédait deux étages de filtrage. Le filtre est destiné à détecter la présence d'une fréquence pouvant être reçue à des niveaux compris entre un niveau maximum N1 et un niveau minimum N2, les niveaux N1 et N2 pouvant être positifs ou négatifs. Ils sont par exemple mesurés en décibels. La courbe de réponse (C) d'un tel filtre est montrée sur la figure 2. La bande passante B2 est imposée pour le niveau minimum N20 Au niveau maximum N1, la bande passante B1 est plus gran de, car les flancs de la courbe C sont évasés. Comme on l'a déjà mentionné ci-dessus, il est souhaitable de limiter au maximum les variations AB = B1 B2 de la bande de fréquence, de façon à diminuer le risque de parasitage par les fréquences voisines de la fréquence recherchée. Pour limiter les variations #B, on pourrait songer à écrêter les échantillons xo. Toutefois, un tel écrêtage n'est pas possible, car ces échantillons d'entrée peuvent contenir d'autres fréquenecs, devant être détectées par d'autres filtres ou par le même filtre utilisé en partage de temps. La modulation résulta4- te peut donc dépasser, en valeur de crête, la valeur maximale N1. Il y aurait alors perte d'information. Aussi, selon l'invention, un écrêter EC est disposé entre la sortie de l'unité de calcul EC et la porte P, afin d'é- crêter la grandeur yo1, résultant du premier filtrage. Celle-ci représente une sinusolde presque pure de laquelle ont déjà été filtrées les autres fréquences utiles.On peut donc écreAter la grandeur yo1, entre l'unité de calcul EC et la porte P, à un niveau N2 + G1 +(exprimés en Népers ou décibels), dans lequel G1 représente le gain maximum du filtre au cours du premier passage (premier étage de filtrage), une amplitude positive représentant la valeur de crête du résidu des autres fréquences, qui ne doit pas être écrêté lorsqu'il est composé avec le signal utile minimal N2 + G1 Le niveau E représente une marge de sécurité à l'écrêtageO Dans le cas où il y a plus de deux passages à travers l'unité de calcul UC(c'est-à-dire plus de deux étages de filtrage), la valeur de E peut être réduite, d'un passage au passage suivant, à mesure que les fréquences voisines de la fréquence recherchée sont de plus en plus atténuées par les filtrages successifs. Après le second passage dans l'unité de calcul UC(sortie du deuxième étage de filtrage), un comparateur (non représenté) détecte si le niveau yo est supérieur ou égal à N2+G1+G2-C G2 étant le gain maximal dudit deuxième étage et Oc la perte d'amplification due au fait que les deux étages sont à accords décalés. Dans l'affirmative cela indique que la fréquence recherchée se trouve dans l'échantillon xo analysé. Le signal à la sortie du deuxième étage de filtrage est temporisé à la retombée de façon à éliminer les passages à zéro, ou autour de zéro, de la sinusoide. Ce signal est ainsi stable dès que la valeur de crête dépasse le seuil N2+G1+G2 . Lorsque l'amplitude de xo croit à partir du niveau N2, il y a d'abord écrêtage, dans yo1, entre le premier et le deuxième étage, des résidus des fréquences autres que celle recher chée, puis écrêtage de la sinusoïde représentée par yo1. Cette sinusoide se rapproche alors de la forme carrée et l'amplitude de crête de la sinusoïde fondamentale de la décomposition en sé 4 rie de Fourier tend alors vers 4/# #1,27 fois la valeur du niveau d'écrêtageO L'augmentation maximale du niveau de la sinusoï- de en entrée du second étage, par rapport à la valeur du seuil de détection est donc r au lieu de N1 -N2. En sortie du second étage, la variation relative est évidemment la même. Par exemple, avec N1 = - 4 dB, N2= - 34 dB etE= + 2dB, dans les filtres connus yo = 34 - 4 = 30 dB, tandis que dans le filtre conforme à l'invention yo = 2 + 2 = 4 dB. Sur la figure 2, on a représenté en traits mixtes, la courbe de réponse (C') du filtre perfectionné selon l'invention, c'est-à-dire comportant ltécrêteur EC. Les flancs de la courbe (C') sont beaucoup plus raides que ceux de la courbe (C). REVENDICATION Filtre numérique de fréquences qui, à partir d'echan- tillons de signal d'amplitude xo arrivant sur son entrée å un rythme fixe de période T, permet de calculer la grandeur Ainsi dans laquelle les différents Ai sont des coefficients et les différents yi les valeurs de yo ataz instants - i, ledit filtre comportant une boucle permettant d'appliquer au moins une fois, à son entrée, en partage de temps, ladite grandeur apparaissant à sa sortie, caractérisé en ce qui comporte, dans ladite boucle, des moyens pour écrêter ladite grandeur de sortie.