Brevet FR2538973A1 — publié le 19840706

DISPOSITIF D'INTEGRATION D'UN SIGNAL NUMERIQUE La présente invention concerne un dispositif d'intégration d'un signal numérique et plus particulièrement d'un signal radar vidéo numérique. Le faisceau incident émis par une antenne radar ayant un certain angle, appelé ouverture d'antenne, le passage d'une cible est détecté sur plusieurs récurrences successives du signal radar incident. Afin d'augmenter les possibilités de détection de cette cible, on réalise une intégration en azimut (donc à distance constante) des échos successifs reçus. Cette intégration peut être réalisée sur le signal vidéo analogique, à condition de savoir retarder le signal reçu d'une récurrence exactement; elle peut également être réalisée sur le signal vidéo codé numériquement. Dans un système radar simple, l'intégration est réalisée implicitement par le matériau rémanent de l'écran ainsi que par l'oeil de l'opérateur. L'intégration n'est alors pas optimale. Dans un système radar plus performant, l'intégration est généralement réalisée au moyen d'un filtre numérique récursif, de préférence du second ordre, le second ordre présentant par rapport au premier ordre l'avantage de procurer un retard sensiblement indépendant de l'amplitude du signal d'entrée. On consultera par exemple à ce sujet l'article de Cantrell et Trunk publié dans la revue IEEE TAES Vol. AES-9 n05 - Sept 1973. Un grave inconvénient apporté par ces types de filtres numériques est le volume de matériel important consacré à cette fonction, dû au nombre de bits élevé à traiter. En effet les retards sont en fait réalisés par des mémoires dont la taille est de n mots de m bits où n est le nombre de cellules distances à traiter par récurrence et où m est le nombre de bits choisi pour coder le signal radar vidéo. Donc quelques bits supplémentaires sur l'information se traduisent par une accroissement très rapide du volume de mémoire. De plus, le volume occupé par les opérateurs arithmétiques constituant le filtre est également proportionnel à ce nombre de bits. La présente invention a pour but de réduire de façon significative le volume de matériel nécessité par ces filtres, tout en conservant leurs per formances. Elle s'applique particulièrement aux filtres du second ordre utilisés pour réaliser une intégration d'un signal radar vidéo numérique, mais son principe est applicable à tout filtre numérique récursif d'ordre supérieur ou égal à deux quelle que soit l'utilisation qui en est faite Selon l'invention, le dispositif d'intégration d'un signal numérique constitue la transposition dans le domaine logarithmique d'un filtre numérique récursif d'ordre supérieur ou égal à deux. Les objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins ciannexés dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un filtre intégrateur conforme à l'art antérieur; - la figure 2 représente schématiquement un dispositif d'intégration conforme à l'invention; - les figures 3 et pi représentent le détail de réalisation des opérateurs arithmétiques intervenant dans un dispositif d'intégration selon l'invention. Le filtre intégrateur conforme à l'art antérieur représenté sur la figure 1 est réalisé au moyen de mémoires et de deux types d'opérateurs arithmétiques, qui sont des additionneurs et des multiplieurs par un nombre constant. Il comporte une branche directe dans laquelle sont disposés dans l'ordre un premier additionneur A1, une première mémoire ml, un second additionneur A2 et une seconde mémoire m2, une première branche de retour reliant la sortie de la mémoire m2 à l'une des entrées de l'additionneur A1 et comportant un premier multiplieur M1 par un nombre constant rg, et une seconde branche de retour reliant la sortie de la mémoire m2 à l'une des entrées de l'additionneur A2 et comportant un second multiplieur M2 par un nombre constant rl . Le signal d'entrée est appliqué à l'additionneur A1 et le signal de sortie est obtenu en sortie de la mémoire m2. Les retards apportés par les mémoires ml et m2 sont exactement égaux à une période de répétition du signal d'entrée. La fonction de transfert d'un tel filtre est: Les valeurs des coefficients rg et rl sont déterminées en fonction du nombre de coups au but de l'antenne. Soit par exemple un intégrateur du deuxième ordre adapté à une antenne donnant 20 coups au but, de coefficients rg = - 0,834514 et r1 = 1,815702. A une entrée codée sous 10 bits (valeur maximum 1023) correspond alors une sortie codée sous 16 bits, car le gain de l'intégrateur est: =53,16. Ces 6 bits supplémentaires entraînent un surplus considérable de matériel dans les 4 opérateurs et surtout dans le stockage en mémoire. Le filtre selon l'invention est basé sur un traitement non plus du signal d'entrée e mais de son logarithme log e. Comme le montre la figure 2, la structure du filtre de la figure 1 est alors modifiée de façon à s'adapter à ces nouveaux signaux. Les additionneurs A1 et A2 sont remplacés par des opérateurs cl 1 et s 2 réalisant en première approximation la fonction log (a + b) à partir de log a et log b (où a et b désignent des signaux d'entrée quelconques). De même les multiplieurs M1 et M2 par un nombre r sont remplacés par des opérateurs ir et sr2 2 réalisant en première approximation la fonction log a + log r à partir de log a (où a désigne un signal d'entrée quelconque). Cependant ces opérateurs sont insuffisants à traiter toutes les configurations; en particulier, les nombres négatifs ne peuvent être manipulés, la fonction logarithme étant indéfinie pour ceux-ci. On définit alors un indicateur de signe, appelé ns, qui accompagne chaque signal x représenté par son logarithme X = log Ixl et qui est défini par exemple de la façon suivante: xX =Opourx > 0. x X = 1 pour x 0. Les opérateurs ir et Z doivent donc opérer sur les logarithmes des valeurs absolues des signaux d'entrée et être en mesure de traiter les indicateurs de signe associés. Ainsi l'opérateur Z 1 opère sur le signal E = log | e ss (où e désigne le signal radar vidéo numérique à intégrer) et sur le signal T = log t fourni par l'opérateur s 1 et traite simultanément les indicateurs de signe * E et *T T des signaux E et T. De même l'operateur #2 opère sur le signal P = log p p J fourni par l'opérateur Z 1' et retardé par la mémoire ml, et sur le signal Q = log #q# fourni par l'opérateur ?r2, et traite simultanément les indicateurs de signe x P et * Q des signaux P et Q (l'indicateur * P étant également retardé par la mémoire m1). De même l'opérateur arl opère sur le signal S = log #s# fourni par l'opérateur Z2' et retardé par la mémoire m2, et sur le signal R0 = log r0 #, et traite simultanément les indicateurs de signe X S et * R0 (l'indicateur x S étant également retardé par la mémoire m2). De même enfin l'opérateur #2 #s# 2 opère sur les signaux S = log et* #x et R1 = log Jr1 J et traite simultanément les indicateurs de signe N Set s# R1. L'entrée et la sortie du filtre ayant la même configuration (X = log |X|*X), le principe es généralisable et plusieurs celules de ce type peuvent être mises en cascade. De même, les coefficients r0 et r1 peuvent prendre absolument toutes les valeurs puisqu'un indicateur ai leur est attribué. Le détail de réalisation des opérateurs qr est représenté sur la figure 3. Soient A = log #a#, B = log #b# et leurs indicateurs *A et *B les signaux à traiter par l'opérateur #. Soient également S = log #s# #. le signal fourni par l'opérateur ar, et E S son indicateur. Suivant les signes de a et b, l'opérateur réalise les fonctions suivantes; - Si * A = O et * B = 0 (Cest-à-dire si a et b > 0, et par conséquent a > 0) S = log #ab# = log #a# + log #b# S=0 - Si x A = 1 et * B = O (c'est-à-dire si a 0, et par conséquent ab S = log #ab# = log #a# + log #b# { *S = 1 - Si * A = 0 et * B = 1 (c'est-à-dire si a > 0 et b S = log #ab# = log #a# + log #b# *S = 1 - Si # A = 1 et # B = 1 (c'est-à-dire si a et b 0) { S= log |ab| = log |a| + log |b| * S = 0 Ces fonctions sont réalisées au moyen d'un additionneur 1 qui reçoit les signaux A = log |a| et B = log |b| et qui fournit le signal S = log |s|= log |ab| et au moyen d'une porte logique 2 réalisant un OUexclusif entre les signaux # A et # B pour obtenir le signal x S. Le détail de réalisation des opérateurs z est représenté sur la figure 4. Soient A = log |a|, B = log |b|, et leurs indicateurs # A et # B les signaux à traiter par l'opérateur # Soient également S = log |S| le signal fourni par l'opérateur Z , et # S son indicateur. Suivant les signes de a et b, l'opérateur Z réalise les fonctions suivantes : - Si # A = O et # B = O (c'est-à-dire si a et b > 0, et par conséquent a + b > 0) S = log |a+b| = log (|a|+|b|) { * S = 0 - Si # A = 1 et # B= 0(c'est-à-dire si a 0) . si la ss > b (c'est-à-dire si a + b s=log |a+b| = log (|a|-|b|) { # S = 1 si |a| 0) S=log|a+b|=log(|b|-|a|) { # S = 0 - Si # A = 0 et # B = 1 (c'est-à-dire SI a > 0 et b si a > |b| (c'est-à-dire si a+b > 0) { S = log |a+b| = log ( |a| - |b| ) # S = 0 si a # S = 1 - Si # A = 1 et # B = 1 (c'est-à-dire si a et b S=log|a+b|=log(|a|+|b|) { # S = 1 Avant de décrire la structure de l'opérateur Z représenté sur la figure 3, on remarque que l'on peut écrire: log (#a# + #b#) = log[#b# (1+ #a# )] #b# = log #b# + log(1 + #a#) #b# log (#a# + #b#) s'obtient done à partir de log #a# et log #b# en utilisant un sourtracteur 3 effetuant log #a#- log #b# , une mémorie morte 4 programée de manière à fournir lög(1 + #a#) lorsqu'elle est #b# adressée par log # J et un additionneur 5 effectuant log #b# + log (1 + #a#) De même on peut écrire: log ( #a# - #b#)= log [#b# (#a# -1)] , et :: #b# log ( #b# - #a#)= log [#b# (1 - #a# )] #b# log ( #a# - #b#) et log(#b# - #a#) s'obtiennent done à partir de log #a# et log #b# en utilisant le soustracteur 3 effectuant log #a# - log #b# 3 une mémoire morte 6 programmée de manière à fournir log # 1 - #a## #b# lorsqu'elle est adressée par log J #, # , et l'additionneur 5 effectuant alors log #b# + log #1 - #a## #b# La sélection entre les signaux de sortie de la mémoire morte 4 et de la mémoire morte 6 est assurée par un multiplexeur 7 commandé de manière que lorsque a et b sont de même signe, c'est la mémoire morte 4 qui est sélectionnée, et lorsque a et b sont de signes contraires, c'est la mémoire morte 5 qui est sélectionnée. L'opérateur Z comporte également une mémoire morte 8 fournissant * S à partir de * A, de * B, et de l'ordre de grandeur relatif de J a J et 1 b 1 (donné par le signe de log #a#), et programmée pour cela conformément à la liste des fonctions réalisées par l'opérateur Z donnée précédemment. La mémoire morte 8 fournit également le signal de commande du multiplexeur 7. Si lgon considère à nouveau l'exemple donné à propos de la figure 1, à savoir un filtre adapté à 20 coups au but, de coefficients ra = 1,815702 et ru = - 0,834514, un filtre conforme à l'invention aura pour coefficients: R1 = log r1 = 0,259044, avec xR = O et r0 = log # r0 # #= = 0,078566, avec #b# R0 1 Le signal maximum de sortie sera exprimé non plus sous la forme d'un produit par 1 - (r0 + mais sous la forme d'une somme avec log ( 1 ) = log (53,16) = 1,7255. 1-(r0+r1) Done si l'enrée est codée sous 10 bits (son maximum étant 1023 ) la sortie maximum du filtre sera alors 1024,72 c'est-à-dire qu'il suffit de rajouter 1 bit en sortie pour supporter le gain de filtre. (On peut même ne pas rajouter de bit à condition de ne pas dépasser 1021,3 en entrée). A performences égales, le gain en matériel est donc considérable par rapport à une intégration travaillant sur une vidéo linéaire. Il n'est pas obligatoire d'utiliser une loi log de base 10; on peut utiliser absolument n'importe quelle base, même non entière. Afin de compenser le gain de boucle, on soustrait celui-ci en sortie de filtre. Afin de retrouver un signal vidéo toujours positif, on réalise en sortie l'opération suivante: Si S = 1 S Sortie = 0 Si x S = 0, mais log Is J 0, Sortie = O. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'intégration d'un signal numérique, caractérisé en ce qu'il constitue la transposition dans le domaine logarithmique d'un filtre numérique récursif d'ordre supérieur ou égal à 2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il opère sur des signaux logarithmiques E = log ley (où e désigne un signal linéaire) accompagnés d'un indicateur x E du signe de e. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que tout multiplieur (M) d'un signal linéaire a par un nombre constant b, constituant le filtre, est remplacé par un opérateur fournissant, à partir des signaux logarithmiques A = log #a# et B = log #b#, et de leurs indicateurs de signe respectifs x A et X B, un signal logarithmique S = log Js J et son indicateur de signe , S, obtenus de la façon suivante: S = log #ab# =log #a# +log #b# quels que les signes de a et b, l'indicateur de signe * S indiquant que s est positif si a et b sont de même signe, et négatif si a et b sont de signes contraires. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel un indicateur de signe * E d'un signal logarithmique E = log J e J est codé par la valeur 0 ou par la valeur 1 suivant que le signal linéaire e est positif ou négatif, caractérisé en ce que l'opérateur # comporte un additionneur (1) qui reçoit les signaux A =log #a# et B = log #b# et qui fournit le signal S = log J s J , #, et une porte "OU-exclusif" (2) qui reçoit les signaux * A et * B et qui fournit le signal * S. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2, 3 et 4, caractérisé en ce que tout additionneur (A) de deux signaux linéaires a et b, constituant le filtre, est remplacé par un opérateur # fournissant, à partir des signaux logarithmiques A = log la J et B = log #b# et de leurs indicateurs de signe respectifs, un signal logarithmique S = log Js J et son indicateur de signe * S obtenus de la façon suivante:: S = log #a+b# = log( JaJ+ IbI), = log ( | a | + | b 0 S indiquant que s > 0, lorsque a et b > 0 S = log #a+b# = log ( #a#- #b#), *s indiquantque s 0, et #a# J S = log |a+b| = log (|b| - |a|), # S indiquant que s > 0, lorsque a 0, et |a| S = log |a+b| = log (|a| - |b|), # S indiquant que s > 0, lorsque a > 0, b |b| S = log |a+b| = log (|b| - |a|), # S indiquant que s 0, b 0. 6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel un indicateur de signe # E d'un signal logarithmique E = log le I est codé par des valeurs numériques différentes suivant que le signal linéaire e est positif ou négatif, caractérisé en ce que l'opérateur Z comporte un soustracteur (3) qui reçoit les signaux A = log |a| et B-- log Ibl et qui fournit le signal log |#|, une première mémoire morte (4) programmée de manière à fournir log (1 + |#|) lorsqu'elle est adressée par log |#|) une deuxième mémoire morte programmée de manière à fournir log |1- |#|| lorsqu'elle est adressée par log |#|, un multiplexeur (7) qui sélectionne les signaux de sortie de la première ou de la deuxième mémoire morte suivant que HA et x B indiquent que a et b sont de même signe ou de signes contraires, un additionneur (5) qui additionne le signal B = log b au signal sélectionné par le multiplexeur (7) et qui fournit le signal S = log |s| et une troisième mémoire morte programmée de manière à fournir l'indicateur de signe # S à partir des indicateurs de signe # A et #B.