Brevet FR2274050A1 — publié le 19760102

lia présente invention a trait à un système de détection auto mastique d'un signal utile accompagné d'un signal fluctuant de bruit. Elle concerne des systèmes de détection utilisés notamment dans des récepteurs quantifiés et qui permettent d'identifier et d'extraire pour le traitement de ltinformation, le signal utile malgré le brouillage dA à la présence simultanée de bruit tel que, par exemple, des signaux de réverbération de caractéristiques statistiques relativement différentes de celles du signal. Dans ltart antérieur touchant au domaine technique de l'invention, on a décrit l'utilisation de systèmes dits de "balances" qui effectuent des comparaisons entre certaines valeurs moyennes et instantanées du'signal composite, ctest-à-dire d'un signal formé par le signal utile et le bruit, Dans un système de balance sont supposés connus et/ou effectivement connus des éléments caractérisant le signal, comme par exemple sa bande passante ou sa durée, et le bruit, déterminé par exemple selon le type de fluctuation qu'il subit. Cet art connu est décrit par exemple dans un article de R. WITZBERG relatif à "Constant - False - Âlarm - Rate Signal Processors for Several Types of Interférence" , publié dans 'tI.E.E.E. Transactions on Âerospace and Electronic Systems", Vol. AES-8, NO 1, January 1972, pages 27 à 34. Une des méthodes de détection exposée dans cet article consiste à former une variable auxiliaire à partir du signal composite et à la rapporter à une variable instantanée représentative de ce signal composite ; ainsi un paramètre de détection est obtenu et sert de critère pour la prise de décision concernant l'absence ou la présence du signal utile identifié dans le signal composite. Cette variable auxiliaire est formée à partir de la somme de plusieurs échantillons temporels du signal composite dont on détermine une moyenne. En appelant x(t) le signal composite que son suppose échantillonné sous la forme (x(k)), et en désignant par x(o) son échantillon prélevé à un instant donné to, une variable auxiliaire sera choisie comme étant : et la variable de décision sera définie par relations oU M et i sont des nombres entiers différents de zéro, M étant la demi-durée d'une fenêtre temporelle et i le rang de ltéchantillon. En d'autres termes, un rapport est formé de la valeur instantanée du signal composite à une valeur moyenne ou lissée de ce signal sur une durée de l'intervalle -M à M d'une "fenêtre" dsob- servation, cette durée dépendant elle-meme de la durée du signal utile que l2on désire identifier et extraire du signal composite. Les variations de la valeur de ce rapport en fonction de l'instant d'échantillonnage to7 permettent de détecter le signal utile lorsque son amplitude dépasse un seuil de tension de référence préalablement fixé ; ce système opère sur des valeurs détectées du signal composite au cours du traitement de l'information. Un des inconvénients de ce système de détection est de ne fonctionner correctement que pour des signaux complexes exempts d'une variation de niveau présentant un front de montée à pente très raide. La présente invention propose un système de détection de signaux utiles convenant notamment bien à des signaux complexes, indépendamment de la pente de leurs fronts de montée et/ou de descente. Avant de poursuivre la description, le sens de quelques termes utilisés sera précisé ci-après la détection est une opération effectuée sur le signal composite lorsqu'une certaine fonction de ses composantes satisfait un critère donné permettant la prise d'une décision après identification et extraction du signal utile ; elle correspond à une décision alarme l'alarme est une décision effectuée sur l'ensemble des informations correspondant à un groupe donné des signaux détectés et ce, lorsqu'unie certaine fonction de ces signaux satisfait un critère donné ; suivant l'origine de l'énergie ayant causé le signal, il y a soit détection ou bien fausse alarme, celle-ci étant provoquée par une énergie parasite, par exemple du bruit le signal utile représente les informations désirées lorsqu'il apparat en un point de la voie de transmission en l'absence de tout bruit et de tout brouillage le critère correspond aux règles que l'on s'est données pour prendre certaines décisions la décision est une opération d'analyse déterminant le fonctionnement du système ; et par le récepteur quantifié est désigné un récepteur dans lequel le traitement de l'information se fait sur des signaux quantifiés. Selon une caractéristique de la présente invention, un système de détection automatique d'un signal utile accompagné d'un signal fluctuant de bruit, utilisé dans un récepteur quantifié entre les circuits d'entrée et de quantification d'échantillons du signal composite et les circuits de traitement de l'information alimentant les circuits d'utilisation, et dans lequel les échantillons quantifiés dudit signal composite, à valeurs d'amplitude réparties de part et d'autre d'une valeur instantanée x(to) située à la valeur médiane de la largeur d'une fenêtre temporelle adaptée à la durée du signal utile à détecter et dans deux durées égales déterminant un intervalle de temps d'une fenêtre d'observation, sont additionnés et transformés en une valeur moyenne par des moyens de sommation et de division correspondants, est principalement caractérisé en ce que chaque valeur de 1' amplitude moyenne dudit signal composite fournie aux bornes de sortie respectives des sommateurs-diviseurs est appliquée à une entrée diviseur d'un diviseur, -son entrée dividende recevant ladite valeur instantanée du signal composite, la valeur de chaque quotient obtenu est appliquée à une entrée d'un comparateur associé, ayant son autre entrée connectée au circuit de réfé rence fournissant une valeur de seuil prédéterminé, les sorties de ces deux comparateurs étant respectivement connectées aux entrées d'un circuit logique ET, cet arrangement constituant l'organe de décision qui alimente les moyens de traitement et de l'utilisation de l'information connectés à la sortie dudit circuit logique ET. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple en se référant aux figures annexées qui représentent - la figure 1 : un diagramme donnant une courbe de variation du niveau d'un signal composite en fonction du temps, convenant à l'ex- ploitation dans des systèmes de détection connus - la figure 2 : un schéma synoptique d'un mode de réalisation du détecteur connu par l'art antérieur - la figure 3 : un diagramme illustrant notamment un cas particulier de variation du niveau du signal composite pratiquement inexploitable avec les systèmes connus, mais utilisable avec le système de détection selon l'invention - les figures 4a et 4b illustrent les variations de rapports des variables auxiliaires x(t 0)/m1 ; x(t0)/m2 qui encadrent une valeur instantanée x(o) du signal composite tels qu'ils sont obtenus avec le système selon l'invention dans le cas d'une variation du signal illustrée sur le diagramme de la figure 3 et sont destinés à faciliter l'explication du fonctionnement du système proposé - la figure 5 : un schéma synoptique d'un mode préféré de réalisation d'un détecteur selon l'invention ; et - la figure 6 : un schéma synoptique d'un circuit de mesure permettant la détection de maximum du signal. lies figures 1 et 2 illustrent un système de détection selon l'art antérieur précité, dans lequel la variable auxiliaire utilisée est de la forme x(tO)/m, le paramètre m étant égal a (m1 + m2) x 0,5 relations dans lesquelles - t est le temps, - m1 représente l'amplitude moyenne du signal composite sur un intervalle de temps Dt centré autour d'un temps t12 x(o) représente la valeur dgamplitude instantanée du signal composite à l'instant t = t1 + Dt/2 + dt, dt étant la demi-durée maximum attendue du signal utile, - m2 représente l'amplitude moyenne du signal composite sur un intervalle de temps Dt centré autour du temps t2 tel que t2 = t + Dt/2 + dt. Les valeurs des durées Dt et dt sont choisies en fonction des caractéristiques du signal utile que l'on désire identifier et extraire du bruit Sur la figure- 1 sont représentés la courbe du signal composite et les paramètres utilisés sous la forme de "balancez x(tO)/m dans le cas d'un signal utile apparaissant accompagné dtun bruit fortement fluctuant. Le critère de décision choisi est ltesistence d'un signal utile E lorsque la variable auxiliaire x(t0)/m est d'un niveau supérieur à la valeur fixée K0 d'un seuil de référence dépendant des caractéristiques du signal. Il apparat sur la partie de la courbe du signal composite en absence du signal utile que le rapport z(tO)/m représentant cette variable auxiliaire restera généralement faible, malgré une forte montée du niveau de bruit, tandis que lors de l'apparition du signal utile E le rapport 5 (tEo)/mE augmente brusquement, ce qui permet de discriminer le signal utile E du maximum relatif R du bruit fluctuant. Comme il a déjà été mentionné à la suite de l'évocation de l'art connu, ce système ne fonctionne pas lorsque le bruit présente lui-même un front de montée très rapide ainsi qu'il est représenté sur la figure 3. La courbe de la figure 3 montre le cas d'un front de montée très rapide correspondant à un maximum R de signaux de réverbération par exemple. Lorsque l'instant de mesure t correspond à l'instant d'occurrence de ce maximum R, la détermination de la valeur moyenne m fournit une valeur telle que la variable x(tO)/m peut dépasser le seuil fixé K0 de détection du fait que m ne représente plus qu'une moyenne caractéristique de la demi-discontinuité du signal de réverbération. C'est ce cas qui est notamment illustré sur la figure 9 oU le rapport x(tO)/m, correspondant à un saut de bruit, est supérieur au rapport xE (tEo )/m dû à l'apparition du signal utile E doù une fausse alarme de détection à l'instant to. La figure 2 représente un mode de réalisation du dispositif selon l'art antérieur. lie signal composite transmis par les circuits d'entrée 20 est appliqué à un détecteur d'enveloppe 21, et ensuite à une ligne à retard, ou mémoire circulante 22, par l'intermédiaire d'un échantillonneur-quantificateur 23, qui est asservi ainsi que cette ligne 22 à une horloge 24. Des sommateurs 25 et 26, réalisant des sommes partielles sont alimentés à partir des prises de la ligne à retard 22 délivrant des échantillons x(k), avec M M/k/M ; dans les diviseurs 27 et 28 ces sommes partielles sont normees par division par la quantité M et sont ensuite appliquées à un autre sommateur 30 suivi d'un multiplicateur 31 par 0,5 permettant d'obtenir à sa sortie une valeur moyenne du paramètre m = (m1 + m2) x 0,5.La valeur x(t = xO, qui correspond à la valeur du signal composite, est appliquée à une entrée d'un diviseur 32 qui divise la valeur instantanée xO par la valeur moyenne m appliquée à son autre entrée diviseur ; un comparateur 33 compare la valeur de ce rapport de division sO/m à un seuil de référence Ko de valeur prédéterminée d'un circuit 34 et constitue l'organe de détection de la présence d'un signal autre qu'un saut de fluctuation du bruit. Le signal détecté est appliqué alors aux circuits de traitement et d'utilisation 35. Il convient de rappeler ici que l'objet principal de la présente invention est de réaliser un système de détection d'un signal utile accompagn-é-d'un signal fluctuant de bruit dont l'amplitude subit une variation brusque, par exemple un signal présentant un front de montée raide et un front de descente relativement lent, ou l'inverse. Un système de détection conforme à l'invention est illustré par les figures 4 et 5. lies figures 4a et 4b représentent les courbes qui seront traitées dans le système de détection proposé lorsqu'il fonctionne en présence d'un signal composite à front de montée ayant une pente très raide, du type représenté sur la figure 3. L'invention met en oeuvre au moins l'un des deux rapports x(tO)/m1 et x(tO)/m2. La figure 4a représente, en liaison avec la figure 7, la variation résultante de la quantité x(to)/m1 et la figure 4b la variation résultante de la quantité x(tO)/m20 Lors du passage du front de montée du signal composite, indiqué par R sur la figure 3, seule la quantité x(t )/m franchit un seuil o 1 K substantiellement supérieur à l'unité, comme représenté sur la o figure 4a, tandis que la quantité x(t0)/m2 , figure 4b, reste très sensiblement égale à 1 ou inférieure.Lors du passage du signal utile E, les deux quantités xE (tEo)/mE1 et xE (tEo)/mE2 franchissent simultanément un seuil sensiblement supérieur à l'unité et en particulier la plus "faible" des deux quantités, à savoir~xE (tEO)/mE2. On montre par le calcul que pour un signal caractérisé par un rapport signal sur bruit S/B = O dB, la valeur du seuil franchi est de l'ordre de 1,4. On adapte le seuil Ko de détection en fonction de la valeur du rapport signal à bruit attendu du signal utile E que l'on désire détecter. Un mode de réalisation préférée du système de détection proposé est illustré par la figure 5, qui représente un schéma synoptique de réalisation dans le cas d'un signal présentant un seul extrémum, avec variante pour ltéventualité d'un signal présentant plusieurs extrémums. li'organisation d'ensemble est -sensiblement semblable au schéma synoptique de la figure 2 jusqutaux bornes repérées par A et B. lies moyennes partielles m1 et m2 des échantillons sont fournies par des sommateurs 25 et 26 à ces bornes A et B respectivement connectées à une entrée correspondante de deux diviseurs 51 et 52, opérant la division de la valeur x(to) appliquée à l'autre entrée par ces deux valeurs m et m2.Les résultats de ces divisions, for mant les deux variables auxiliaires, sont appliqués respectivement à une entrée des deux comparateurs 53 et 54, dont l'autre entrée reçoit la valeur K du seuil de référence fixé. lies sorties des comparateurs sont reliées aux entrées d'un circuit logique "ET" 55 qui réalise avec les deux comparateurs 53 et 54 l'organe de décision de présence ou d'absence de signal utile. il est à noter que le système fonctionne également avec non utilisée de l'un des deux comparateurs 53 ou 54 reliée à une source de tension de valeur 2K par exemple, qui peut être fournie par le o bloc 34. De même, il est possible de relier l'entrée non utilisée du circuit "ET" 55 à une source donnant un niveau logique 1 ou plus simplement utiliser la sortie de l'un des comparateurs, celui qui est opérationnel, comme entrée alimentant le circuit d'exploitation 35. On remarquera que les moyennes partielles peuvent être calculées sur des intervalles, p et q, non obligatoirement adjacents à la valeur x(to) ni même répartis uniformément de part et d'autre de cette valeur quant à leur-position temporelle ou leur durée, ces choix dépendant en dernier ressort du type de signal utile attendu dans le signal composite. Le système selon l'invention peut etre appliqué à la détection d'un signal utile présentant plusieurs extrémums relativement rapprochés par rapport à la dure des fluctustions du bruit auquel il est superposé. Un tel cas, variante de réalisation, est également représenté sur la figure 5 La valeur x(tO) choisie est alors la valeur maximum de l'amplitude du signal complexe dans un intervalle 2 dt au moins égal à la durée attendue du signal utile à détecter. La connexion P1 fournissant la valeur x(to) est alors reportée en P2 et c'est le maximum absolu des valeurs du signal complexe qui intervient dans la détermination des rapports fournis par les diviseurs 51 et 52. Cette valeur du maximum du signal complexe est obtenue dSun circuit de mesure 511, alimenté par des échantillons de la ligne à retard à prises, ou la mémoire circulante 22, le nombre d'échantillons intéressés par cette recherche de maximum dépendant de la durée 2 dt attendue du signal utile à détecter. En ce qui concerne le bloc 511, sa réalisation est conventionnelle et le montage comporte un échantillonneur 60, un comparateur 70, une mémoire tampon 80, une horloge 90, tels que représentés sur la figure 6. Le fonctionnement de ce bloc est le suivant : - dans l'intervalle d'une période de circulation de la mémoire circulante 22, tous les échantillons de signal, par exemple x-3, x-2, x-t, xo, -xî, x2, x3, soumis à la recherche de maximum sont successivement appliqués au comparateur 70 ; l'échantillon de rang le plus bas x-3, est placé au départ dans la mémoire tampon 80, le comparateur compare successivement les autres échantillons à cet échantillon initial de référence, et remplace cet échantillon de référence dans la mémoire tampon 80 par tout échantillon de valeur supérieure à celle de la référence ; la mémoire tampon contient donc toujours le plus grand des échantillons examinés à un instant donné, et lorsque tous ont été explorés, la mémoire tampon 80 contient l'échantillon de valeur maximum de l'ensemble des échantillons analysés, disponible à la borne de sortie P2. Le système de détection automatique est principalement applicable à des systèmes destinés à la surveillance d'objets mobiles de toute nature, notamment susceptibles de réfléchir un signal utile produit par lténergie d'un faisceau vers un système de réception. Le taux de fausse alarme du système est très fortement réduit. REVENDICATIONS 1. Système de détection automatique d'un signal utile accompagné d'un signal fluctuant de bruit, utilisé dans un récepteur quantifié entre les circuits d'entrée et de quantification d'échantillons du signal composite et les circuits de traitement de l'information alimentant les circuits d'utilisation, et dans lequel les échantillons quantifiés dudit signal composite, à valeurs d'amplitude réparties de part et d'autre d'une valeur instantanée x(to) située à la valeur médiane de la largeur d'une fenêtre temporelle adaptée à la durée du signal utile à détecter et dans deux durées égales déterminant un intervalle de temps d'une fenêtre d'observation, sont additionnés et transformés en une valeur moyenne par des moyens de sommation et de division correspondants, caractérisé en ce que chaque valeur de l'amplitude moyenne (m1 ; m2) dudit signal composite fournie aux bornes de sortie (A ; B) respectives des sommateursdiviseurs (25, 26) est appliquée à une entrée diviseur d'un diviseur (51 , 52), son entrée dividende recevant ladite valeur instantanée du signal composite, la valeur de chaque quotient obtenu est appliquée à une entrée d'un comparateur associé (53, 54), ayant son autre entrée connectée au circuit de référence (34) fournissant une valeur de seuil (Ko) prédéterminé, les sorties de ces deux comparateurs étant respectivement connectées aux entrées d'un circuit logique ET (55), cet arrangement constituant l'organe de décision qui alimente les moyens de traitement et ce l'utilisation de l'information (35) connectés à la sortie dudit circuit logique ET. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit système comporte en outre un circuit de mesure (511) connecté à un nombre donné de sorties d'une ligne à retard (22) fournissant les échantillons répartis autour de ladite valeur instantanée x(to) et se trouvant dans ladite largeur de la fenêtre temporelle adaptée à la durée du signal utile, ce circuit permettant de repérer parmi plusieurs impulsions celle dont la valeur instantanée représente la valeur maximum du signal composite et de l'appliquer à travers une de ses sorties (P2) auxdites entrées dividendes des diviseurs (51,52). 3. Système selon l'une des revendications I et 3, dans lequel lrestimation de la probabilité du signal est effectuée sur une demi-durée de l'intervalle de temps de la fenêtre d'observation, caractérisé en ce que suivant la caractéristique des fronts de montée et de descente du signal de bruit un des critères de la détection est constituée par l'une des quantités variables (x(tO)/m1 x(t0) /m2) alimentant l'un des comparateurs (53, 54) dont la sortie est couplée auxdits moyens dgutilisation (35).