Brevet FR2284228A1 — publié le 19760402

La pressente invention concerne les filtres numériques de fréquences et plus particulièrement des perfectionnements permettant de réguler le niveau de sortie de tels filtres, ce qui permet de diminuer leur temps de retombée en sortie et d'augmenter leur sélectivité. Les filtres numériques connus comportent une unité de calcul susceptible de fournir à leur sortie une fonction: dans laquelle xe est l'amplitude d'un échantillon du signal à ana- lyser, arrivant sur ladite unit d. calcul à un rythme fixe te pé- riote T, tandis que les yi sont les valeurs de yo aux instants -i.T, si yo est supposé strie calculé au temps O 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, qui peuvent être des mé- moires à décalage, effectuent chacun un cycle complet de décalage dans le temps T. Ainsi, dans ces filtres connus, l'effet 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 nu mériques de ce type sont décrits par exemple dans l'article 1Re- cent Avances in the Synthesis cf Comb filters" (1957 I.R.. Mat. Conv.Rec., pages 186 à 199) et dans l'article "Digital Filter Design Techniques in the Frequeuoy Domaine de Charlea M.RADER et Bernard GOLD (Proceedings of the I.E.E.E. février 1967). L'inté- rêt de tels filtres numériques est grand, notamment dans les techniques du radar et de la transmission d'informations, par exemple e9 téléphonie. Afin d'augmenter la sélectivité de tels filtres numé riques, 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 zo, 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 consti tuent\un filtrage sur deux étages à accords décalés. Bien enten du, le nombre de passages d'un meme échantillon dans l'unité de calcul peut être supérieur à deux. Les filtres connus de ce type présentent de graves in convénients. En effet, leur niveau d'entrée peut varier dans de larges limites, ce qui entraîne, lorsque ce dernier croit, 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. De 'plus, leur temps de retombée en sortie dépend du niveau du signal d'entrze, et il subit donc une grande dispersien, ce qui limite la vitesse de détection de trains suc cessifs de fréquences. La présente invention remédie notablement k ces inconvénients. Selon l'invention, le filtre numérique de fréquence comportant une unité de calcul qui, à partir d'échantillons de signal d'amplitude xo arrivant sur son entrée à un rythme fixe de pkrio- de T, permet de caculer la grandeur: dans laquelle les différents Ai sont des coefficients et les dif fée'entes yi, les valeurs de yo aux instants -iT, ledit filtre comportant, de plus, n dispositifs de stockage dans lesquels sont respectivement emmagasinés les yi, est remarquable en ce qu'il comporte n comparateurs dont chacun est associé à un dispositif de stockage et reçoit à l'une de ses entrées la grandeur yi provenant de ce dernier et sur son autre entrée un signal de seuil fixe de contre-réaction correspondant à un niveau de crête du signal de sortie du filtre, les signaux de sortie des comparateurs étant utilisés pour commander le passage des échantillons d'amplitude xo en direction de ladite unité de calcul. On obtient ainsi une régulation par tout ou rien. A cet effet, les sorties des différents comparateurs peuvent être reliées respectivement aux entrées d'une porte logique OU dont la sortie est réunie à l'une des entrées d'une porte logique ET dont l'autre entrée reçoit les échantillons du signal d'amplitude xo, la sortie de cette porte logique ET alimentant ladite unité de calcul. Si le niveau minimal d'une fréquence pouvant être détec tée par le filtre est N2 et si le gain/du + re est G1, le niveau NCR du signal de seuil de contre-réaction appliqué aux comparateurs peut être choisi (en dB) égal à G1 + N2 + 3 dB + , les 3dB correspondant au rapport: valeur crête sur valeur efficace d'une sinusoïde et f étant une amplitude representant la valeur de crê te du résidu des autres fréquences, qui ne doit pas être écrêté utile lorsqu'il est composé avec le signal/minimal G1 + N2. De façon connue, ledit filtre peut comporter une boucle permettant dtappliquer au moins une fois, à l'entrée de l'unité de calcul, en partage de temps, la grandeur apparaissant à la sor tie de celle-ciO Dans ce cas, il est avantageux de prévoir une au tre porte logique Wdont une entrée est reliée à la sortie de la porte logique ET et une autre à ladite boucle, tandis que sa sor tie alimente ladite unité de calcul. Les dessins des figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. - La figure 1 représente un filtre numérique de fréquenc.connii du type auquel s'applique l'invention, - La figure 2 illustre la courbe de réponse du filtre de la figu re 1, les fréquences f étant portées en abscisses et les amplitu- des xo en ordonnées. - Les figures 3 et 4 montrent deux modes de réalisation du fil tre numérique de fréquences conforme à l'invention. Sur ces figures des références identiques désignent des éléments semblables. Le filtre numérique connu montré par la fi gure 1 comporte une unité de calcul UC et deux mémoires à dUcala- ge MD1 et MD2. Ces deux mémoires sont montées en sortie, la mémoi re MDI recevant les informations provenant de la sortie de l'uui de calcul UC. Les mémoires MD7 et MD2 transfèrent les informations qu'elles contiennent à des entrées correspondantes de l'unité de calcul UC. L'unité- Ui travaille cycliquement, les mémoires MDI et MD2 lui fournissant des résultats précédents tandis qu'une entre E lui transmet, par exemple à travers une porte P du type'W, 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, arri vant sur l'entrée E à un rythme fixe de période T, le filtre four nit à la sortie de UC une grandeur yol = Al.yl + A2.y2 + xo yl etxy2 étant respectivement les valeurs d'une grandeur yol aux instants -T et -2 T, si yol est calculé au temps 0, tandis que Al et A2 sont des coefficients. Les grandeurs y1 et y2 apparaissent respectivement en sortie des memoires MD1 et MD2, dont a 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 yogi. Pour augmenter la sélectivité du filtre et obtenir la grandeur yo recherchée, yo1 peut être ensuite réintroduit dans l'unité UC par l'intermédiaire de la porte P, à la place de xo. Le filtre fournit alors a sa sortie, la grandeur yo=yo1 + A'10 y'1 + A'2. y'2 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 maxial N1 et un nivead minimal N2, les niveaux N1 et N2 pouvant être positifs ou négatifs. Ils sont par exemple mesurés en décibels ou en Népers. La courbe de réponse (Cj d'un tel filtre est montrée sur la figure 2. La bande passante B2 est imposée pour le niveau minimal N2. Au niveau maximal N1, la bande passante B1 est plus grande, car les flancs de la courbe (C) sont évasés. Avec un tel filtre, on détecte la présence d'une fréquence recherchée, lorsque le signal de sortie a un niveau de crête supérieur ou égal au niveau N=G1 + N2 + 3dB - a, dans lequel G1 représente le gain maximal du filtre au cours du premier passage (premier étage de filtrag > , 3dB le rapport valeur crête sur valeur efficace d'une sinusoïde, et a une amplitude positive représen- tant une marge de sécurité à la détection. Dans le cas d'un signal d'entrée dont le niveau est égal à N2 le temps de retombée du signal de sortie, lorsque le signal utile entrée a disparu, correspond à celui qui est nécessaire à une décroissance de niveau a du signal de sortie.En revanche, si le signal d'entrée a a un ni- veau- égal à Ni, ce temps de retombée est augmenté du temps nécessaire pour que le signal de sortie passe du niveau G1 + N1 au niveau G1 + N2, Le temps de retombée du signal de sortie du filtre connu subit donc une forte dispersion, ce qui limite la vitesse de détection de trains successifs de fréquences. Par ailleurs, comme on l'a déjà mentionné ci-dessus, il est souhaitable de limiter au maximum les variations #B=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 3, on pourrait songer à écrêter les échantillons zo au-dessus du niveau N2 + 3dB. Toutefois, un tel curetage nrest pas possible, car ces échantillons d'entrée peuvent contenir d'autres fréquences, devant être détec- tées par d'autres filtres ou par le même filtre utilisé en partage de temps. La modulation résultante entraînerait alors une perte d'information utile. De meme, si l'on désire réguler le signal de sortie du filtre, c'est à-dire limiter l'excitation sur l'entrée de ce ci, il est nécessaire de s'assurer que le filtre reçoit un signal utile de niveau supérieur à N2, avant d'effectuer toute régulation Ceci est réalisé lorsque le signal de sortie atteint le niveau NCR = G1 + N2 + 3dB +a. Or, à la sortie des mémoires à décalage MD1 et MD2, on dispose des amplitudes de la grandeur de sortie yo du filtre res- pectivement aux instants - T et - 2T. Il suffit donc de comparer l'amplitude du signal à la sortie de chaque mémoire MD1 et MD2, au niveau du seuil NCR et dtutiliser les résultats de ces comparaisons pour commander le passage des échantillons xo en direction de l'unité de calcul UC. Aussi, selon l'invention (voir la figure 3), on prévoit deux comparateurs C1 et C2, montés de façon qu'une entrée de cha-' sun dteux reçoive un signal correspondant au seuil NCR, L'autre entrée du comparateer C1 est reliée à la sortie de la mémoire MD1, tandis que l'autre entrée du comparateur C2 est réunie à la sortie de la mémoire MDZ. Les sorties des comparateurs C1 et C2 sont respectivement reliées aux entrées d'une porte P1, de type OU.Une porte P2, de type ET, a ses entrées respectivement réunies à la borne E, sur laquelle apparaissent les échantillons xo et à la sortie de la porte P1, tandis que sa sortie alimente l'unité de calcul UC Ainsi, si 1'une des amplitudes des signaux en sortie de MDI ou MD2 est supérieure au seuil NCR, le signal provenant de la porte P1 peut empocher le passage des échantillons xo à travers la porte P2. il y a alors contre-réaction par "tout ou rien" de la sortie du filtre sur son entrée. Le filtre ayant une fonctlon d'in - tégration, masque les effets de ce découpage "tout ougrien".On arrive ainsi à un peint d'équilibre tel que les signaux de sortie retardés provenant de MD1 et MD2, par leur amplitude, donc par leur angle de passage au-dessus du seuil NCR, déterminent un angle de passage pour les échantillons xo, laissant passer en direction de l'unité UC, une excitation juste nécessaire et suffisante au de maintien de la valeur/crête de sortie. Avec une telle régulation l'amplitude du signal yo dé ae passant le seuil et ayant un effet/contre-réaction, peut être égale à 6dB, alors que sans régulation N1 - N2 serait par exemple égal à 30dB. Par suite, pour un filtre présentant un temps de retombe propre de ime par dB et en prenant a = 2dB, on voit quten cas d'excitation maximale, le temps de retombée est égal à 32ms sans régulation et à 8ms avec régulation. Le temps de retombée étant 2ms en cas d'excitation minimale, on voit que la dispersion du temps de retombée est fortement réduite par la mise en oeuvre de la présente invention. Si, comme le montre la figure 4, le signal de sortie régulé conformément à l'invention, entre dans un second étage de filtrage par l'intermédiaire d'une porte P, de type OU, la bande passante du filtre augmente peu pour un fort niveau d'entrée du premier étage puisque ce second étage reçoit une excitation limitée. Parnapport au second étage, la régulation du premier étage joue un rôle de limiteur ou d'écrêteur. Sur la figure 2, on a représenté en traits mixtes, la courbe de réponse (C') du filtre numérique perfectionné selon I'inventon. Les flancs de la courbe (C') sont beaucoup plus raides que ceux de la courbe (C). il en résulte que les variations B de la largeur de bande sont plus faibles. REVENDICATIONS 1.- Filtre numérique de fréquences comportant une unité de calcul qui, à partir d'échantillons de signal d'amplitude xo ar- rivant sur son entrée à un rythme fixe de période T, permet de calculer la grandeur: dans laquelle les différents Ai sont des coefficients et les dif férents yi, les valeurs de yo aux instants -iT, ledit filtre comme portant, de plus, n dispositifs de stockage dans lesquels sont respectivement emmagasinés les yi, caractérisé en ce qutil com porte n comparateurs dont chacun est associé à un dispositif de stockage et reçoit à l'une de ses entrées la grandeur yi prove nant de ce dernier et sur son autre entrée un signal de seuil fixe de contre-réaction correspondant à un niveau de crête du si gnal de sortie du filtre, les signaux de sortie des comparateurs étant utilisés pour commander le passage des échantillons d'am plitude xo en direction de ladite unité de calcul; 2.- Filtre numérique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sorties des différents comparateurs sont reliées respectivement aux entrées d'une porte logique OU, dont la sortie est réunie à l'une des entrées d'une porte logique ET, dont l'aux tre entrée reçoit les échantillons du signal d'amplitude xo, la sortie de cette porte logique ET alimentant ladite unité de cal cul. Filtre numérique selon la revendication 1, caractérisé en ce que, si le niveau minimal d'une fréquence, pouvant être détectée par le filtre, est N2 et si le gain maximal du filtre est G1, le niveau NCR du signal de seuil applique aux compara teurs est choisi (en dB) égal à Gt + N2 + 3dB +E, les 3dB cor respondant au rapport valeur crête sur valeur efficace d'une si nusolde et étant une amplitude représentant la valeur de crête du résidu des autres fréquences, qui ne doit pas être écrêté lorsqutil est composé avec le signal utile minimal G1 + N2. 4.- Filtre numérique selon la revendication 1, comportant une boucle permettant d'appliquer au moins une fois, à l'entrée de l'unité de-calcul, en partage de temps, la grandeur apparais sant à la sortie de celle-ci, caractérisé en ce qu'il comporte une autre porte logique OU dont une entrée est reliée à la sortie de la porte logique ET et une autre à ladite boucle, tandis que sa sortie alimente ladite unité de calcul.