Brevet FR2622069A1 — publié le 19890421

DISPOSITIF DE FILTRAGE NUMERIQUE ET RADAR COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF L'invention a principalement pour objet un dispositif de filtrage numérique et radar comportant un tel dispositif. L'invention concerne principalement un dispositif de filtrage numérique comportant une pluralité de canaux de traitement parallèle. Il est connu d'effectuer des filtrages analogiques utilisant une pluralité de canaux parallèles. Notamment, on utilise une pluralité de canaux de traitement parallèle pour réaliser, en analogique, la compression d'impulsions radar. Si N est le nombre de canaux utilisés. Le taux de compression de chaque canal sera égal à ji/N2 si B est le taux de compression. De même, en numérique il serait avantageux de partager le traitement à effectuer entre N canaux parallèles de cadence de traitement N fois plus lente. Le taux de compression à effectuer par chaque canal serait égal à BT/N2, o B est la bande passante du signal et T la largeur d'impulsion. Le taux de compression du dispositif, comportant les N canaux placés en parallèle est égal à BxT. Antérieurement à la mise au point du dispositif selon la présente invention, on croyait que dans les cas de travail dans N canaux parallèles il était nécessaire d'effectuer le filtrage numérique de chaque canal en glissant, d'effectuer sur ces données le filtrage de chaque canal et de sommer les résultats. Ce qui conduit à une puissance de calcul nécessaire proportionnelle à N2. Avantageusement, dans le dispositif selon la présente invention on réduit les puissances de calcul nécessaires en effectuant la séparation en canaux par une transformée de Fourier discrète sur 2N points. C'est le nombre de point minimal ou plus exactement 2N-1 pour qu'une convolution de N points avec la réponse impulsionnelle à N points d'un filtre soit calculée correctement pour les N points de l'intervalle par DFT (DFT)1. L'invention a principalement pour objet un dispositif de filtrage numérique comportant des moyens de calcul de la transformée de Fourier discrète connectés en parallèle à une pluralité de voies de traitement, les voies de traitement étant connectées à des moyens de calcul de la transformée de Fourier discrète inverse, caractérisé par le fait que la cadence de traitement des voies de traitement parallèles est N fois plus faible que la cadence totale d'entrée/sortie du dispositif de calcul N étant le nombre d'échantillons traités simultanément par le dispositif de filtrage. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après et des figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1 est une courbe d'une fonction en fonction du temps; - la figure 2 est la représentation de la courbe de la figure 1 échantillonnée; - la figure 3 est le schéma d'une partie des échantillons de la figure 2 rendu périodique; - la figure 4 illustre le calcul de la transformée de Fourier glissante de type connu; - la figure 5 illustre un premier exemple de réalisation de calcul de la transformée de Fourier susceptibles d'être mis en oeuvre dans la présente invention; - la figure 6 illustre un second exemple de réalisation de calcul de la transformée de Fourier susceptibles d'être mis en oeuvre dans la présente invention; - la figure 7 est un schéma d'un filtrage transverse susceptible d'être utilisé dans le dispositif selon la présente invention - la figure 8 est un schéma d'un filtre numérique utilisant des canaux parallèles; - la figure 9 est un schéma d'un exemple de réalisation du dispositif selon la présente invention; - la figure 10 est un schéma d'un exemple de réalisation du dispositif selon la présente invention - la figure 11 est un schéma d'un exemple de réalisation du dispositif selon la présente Invention; - la figure 12 est un schéma d'un exemple de réalisation du dispositif selon la présente invention; - la figure 13 est un schéma d'un exemple de réalisation du dispositif selon la présente invention. Sur la figure 1, on peut voir la courbe 31 d'une fonction f 33 en fonction du temps 32. La courbe 31 correspond par exemple à la modulation d'un signal électrique. Si l'on désire effectuer un traitement numérique du signal, on procède, comme illustré sur la figure 2, à un échantillonnage du signal. Sur la figure 2, on peut voir sur un axe 34, correspondant au temps 32 de la figure 1 les valeurs numériques 41 de la fonction f au temps t. Si l'on faisait tendre vers l'infini la fréquence d'échantillonnage du signal, en faisant tendre vers zéro la distance temporelle entre deux échantillons 41 successifs, on aurait dans le signal numérisé présente toute l'information contenue dans le signal analogique de départ. En pratique, on prend une fréquence d'échantillonnage conforme au théorème de SHANON étant bien entendu que toute augmentation de la fréquence d'échantillonnage nécessite l'utilisation des matériels plus performants. Soit A un intervalle de temps comportant N échantillons 41. Le calcul de la transformée de Fourier rapide sur N points de l'intervalle A ne correspondent pas au calcul de la fonction numérisée de la figure 2 mais à une fonction rendue périodique illustrée sur la figure 3. Sur la figure 3 on peut voir une fonction périodique comportant une succession d'intervalles A de N échantillons 41. Dans les dispositifs de filtrage à canaux parallèles de type connu, comme par exemple les dispositifs illustrés sur la figure 8, on effectue une transformée de Fourier glissante illustrée sur la figure 4, correspondant à une transformée de Fourier sur N2 points. Un cycle de calculs sépare les figures 4a, 4b, 4c et 4d. A chaque cycle de calculs on calcule une transformée de Fourier sur 2N points 41 en déplaçant, à chaque cycle de calcul l'intervalle de calcul B d'un échantillon. Sur la figure 5, on peut voir un premier exemple de calcul de la transformée de Fourier mis en oeuvre dans le dispositif selon la présente invention. Un cycle de calculs sépare les figures 5a, 5b, 5c et 5d. Seuls les quatre premiers cycles de calcul on été illustrés. Il est bien entendu que le processus se poursuit jusqu'à la fin du calcul à effectuer. Sur la figure 5a, on effectue un calcul de la transformée de Fourier rapide sur 2N points 41. Sur la figure b, au cycle de calcul suivant, on effectue le calcul sur 2N points 41 décalés de N par rapport aux points de la figure 5a. De même, sur la figure 5c un cycle de calcul après la figure 5b, on effectue le calcul de la transformée de Fourier rapide sur 2N points 41 décalés de N par rapport au début de l'intervalle de la figure 5b. De façon générale, à chaque cycle de calcul on effectue le calcul de la transformée rapide sur un intervalle contenant 2N points 41 l'intervalle étant décalé de N points par rapport au cycle de calcul précédent. Sur la figure 6, on peut voir le second exemple de calcul mis en oeuvre dans le dispositif selon la présente invention. Les figures Ga, 6b, 6c et 6d sont décalées d'un cycle de calcul. Au temps correspondant à la figure 6a on effectue le calcul de la transformée de Fourier rapide sur un intervalle comportant N points 41 correspondant aux échantillons du signal à traiter suivis par N 0. Sur la figure 6b on effectue les calculs sur les N points 41 suivants suivis par N 0. A chaque cycle de calcul on effectue le caleul de transformée de Fourier rapide sur un intervalle comportant N points 41 suivis par N 0. Entre deux cycles de calcul l'intervalle est décalé de N points. Sur la figure 7, on peut voir un exemple de filtre susceptible d'être mis en oeuvre dans le dispositif selon la présente invention. Il s'agit d'un filtre transverse, connu en soi. Un tel filtre comporte une pluralité d'étages connectés les uns aux autres. Le signal se propage entre une entrée 71 et une sortie 72 de la pluralité d'étages 1. Le filtre comporte une pluralité de sorties 74 transverse. Les sorties 74 sont reliées à chacun à des étages du filtre dans lequel on a effectué la multiplication du signal par un coefficient de pondération. Les sorties 74 sont connectées à l'entrée d'un dispositif de sommation 2. Le résultat des calculs est disponible sur la sortie 75 du dispositif de sommation 2. La sortie 72 de la pluralité d'étages 1 est susceptible d'être connectée à l'entrée d'un filtre transverse suivant mis en série (non représenté sur la figure 7). Le filtre transverse global sortant alors un signal en sommant les deux sorties 75. Le cas de compression d'impulsion correspond à des valeurs particulières des coefficients de multiplication des sorties 74, le signal utile se trouve sur la sortie 75. Sur la figure 8, on peut voir un dispositif de filtrage de type connu équivalent au filtre transverse de la figure 7. Le dispositif de filtrage de la figure 8 comporte un dispositif 3 de filtrage numérique en glissant fournissant les signaux relatifs aux N canaux parallèles. Le dispositif 3 répartit les sous bandes de fréquence entre les filtres 5 placés en parallèle. Le dispositif de calcul de la figure 8 effectue un calcul glissant, c'est-à-dire qu'à chaque cycle de caleul un nouvel échantillon entre dans les filtres 5. Il en résulte que la puissance de calcul global du dispositif de la figure 8 est proportionnelle à N2, N étant le nombre de filtres 5. La sortie du dispositif de calcul 3 est connectée en parallèle à une pluralité de filtres 5. Les filtres 5 se répartissent la bande passante du signal à traiter. Les filtres 5 sont des filtres numériques de type connu. Les sorties des filtres S sont connectées à un dispositif 4 de sommation. A la sortie du dispositif de calcul 4 on dispose du signal filtré. Le dispositif de la figure 8 nécessite la mise en oeuvre du dispositif de ealcul de filtrage numérique ayant de très grandes capacités de calcul. Sur la figure 9 nous pouvons voir un schéma équivalent au filtre transverse de la figure 7. Le filtre de la figure 13 comporte des voles parallèles. Chaque voie comporte un élément de filtrage correspond à un tronçon 5 de cellules du filtre transverse et entre 0 et I -1 iéléments induisant un incrément de retard de LT; Q étant le nombre de voies. Sur la figure 10 on peut voir une réalisation équivalente de la figure 9 o la réponse de chaque filtre correspondant à chacune des voies est calculé par TFD (TFD)- 1 portant sur 22.-1 points. Chacun des canaux 1.2.. . 2 comporte 22.-lvoies correspondant aux 2 2-i coefficient TFD du signal d'entrée 71. Le dispositif de la figure 10 peut effectuer une fonction de filtrage transerve N points. Les calculs sont effectués par chacun des m canaux parallèles, chaque canal traitant I point. Donc N=m.1. Dans ce qui suit, les indices supérieurs représentent le numéro du canal (1 à m), les indices inférieurs le numéro de l'échantillon. Avantageusement, les coefficients 260 sont Ai, Ami avec i = 1 à 2 -1 les coefficients de la TFD de la réponse impulsionnelle des filtres transverses 1 à m de la figure 9. Les signaux numériques 720 fournis à la sortie du filtre sont: m Z = ú YP nr nr p=l r étant le numéro du bloc de point de la TFD 1i=22- 2 Ynr Fir (p-) AlP exp (j2n ni/29-l) i=0 les y étant les signaux présents à la sortie des filtres 25 les F étant les TFD de la fonction f à filtrer. donc: i=2 -2 p=m Znr =i= exp (j2Trni/29-l)[. Fir-(pl). APi] C'est la (TFD) d'un ensemble de raies DFT F'i correspondant au terme entre crochet. p=m Fi. = E F Ai I p=l Fir_(pl)z, Ap F' est la convolution linéaire des Fi des blocs successifs avec la réponse impulsionnelle d'un filtre constitué par APi avec p = 1 à m. On en déduit la réalisation décrite par la figure 11 du filtrage suivant la présente invention. Le dispositif de la figure 1l comprend un dispositif 300 de calcul de TFD sur 29 -1 point connecté en parallèle à un ensemble de canaux comportant des filtres transperse 5. Les sorties des filtres transperses 5 sont connectées aux entrées d'un dispositif de calcul de TFD inverse 400. Le signal d'entrée 71 a une candence T Les filtres transverses 5 fonctionnent à une cadence T Le signal de sortie 75 est disponible à une candence t. On peut avantageusement remplacer le nombre de point des TFD, (TFD) 1ici égal à 2ú -1 par une valeur 2ú puissance de 2 de façon à pouvoir utiliser un dispositif de calcul de transformée de Fourier rapide. La cadence de calcul du dispositif correspondant à la bande passante du signal numérisé que l'on doit pouvoir traiter est B = 1/ T LT étant l'incrément de retard des lignes A retard 27 c'est-A-dire la différence de retard induits dans deux canaux parallèles successifs. La cadence de fonctionnement des filtres transverses est b avec b petit par rapport à B. Il faut que =b QT ZT La puissance de calcul nécessaire est donc m (2,- 1) b % 2Nb La puissance de calcul est donc proportionnelle à N dans le cas du dispositif selon la présente invention. Par contre, dans le cas des dispositifs de l'art antérieur la puissance de ealeul nécessaire est égale àN.B = Ncb avec a = B/b.a est le coefficient d'accroissement de la bande. Dans le cas des dispositifs d'art antérieur la puissance de calcul nécessaire est proportionnelle à aN et non à N. Il est nécessaire d'exclure deux cas extrêmement connus de la portée de l'invention: le cas o L = 1 c'est-à-dire m = N correspond à un filtrage transverse de type connu à une seule voie; le cas o m = 1 c'est-à-dire ú = N correspond à un filtrage classique par TFD et TFD inverse. Donc dans le cas de la présente invention 9 c] 1, N [ r Z N étant le nombre de points traité par le filtre selon la présente invention et Z l'ensemble des entiers. Sur la figure 12, on peut voir un exemple de réalisation du dispositif selon la présente invention ne comportant pas de filtres transverses mais des multiplieurs dans chaque voie. Celui-ci réalise la fonction séparation en sous bandes du signal d'entrée et somme pondérée des sous bandes comme le montre la figure 13. Le dispositif de la figure 12 comporte un dispositif 300 de calcul de la TFD sur au moins 2 - 1 points connectés à un ensemble de canaux parallèles. Chaque canal parallèle comprend un multiplicateur 25. Les sorties des multiplicateurs 262 2069 sont connectées à un dispositif de ealcul de la TFD inverse 400 sur au moins 2Z - 1 points. Les multiplicateurs 25 sont susceptibles de recevoir les coefficients Ki i = 1 à m, par exemple à partir d'une mémoire 26. La mémoire 26, dans un premier exemple de réalisation reçoit les coefficients en série et les émet en parallèle vers les multiplicateurs 25. Dans un second exemple de réalisation les coefficients sont stockés dans des mémoires et adressés par les séquenceurs non représentés pour fournir le coefficient nécessaire au fonctionnement du dispositif selon la présente invention. Avantageusement p= t Ki=Fir[ E7 ap A] p=n Api o r est le numéro du bloc des points de TFD F est la TFD de la fonction à traiter; a p sont les coefficients de la combinaison linéaire. AP sont les coefficients de la transformée de Fourier des réponses impressionnelles du filtre des canaux parallèles de la figure 13. Les résultats du calcul sont- donc i=21-1 Znr= E exp(j2rrni/N) Ki = i=0 La cadence de calcul à l'entrée et à la sortie du dispositif de la figure 12 est égal à T tandis qu'à- l'intérieur du dispositif selon l'invention la cadence est égale à T. Comme précédemment, pour pouvoir utiliser la FFT on pourra prendre 2. puissance de 2 au lieu de 22-1. Dans le cas o l'on utilise la FFT et que les filtres partageant la bande correspondent à des filtres FFT, points. La transformée de Fourier des réponses impulsionnelles de chaque filtre ne comporte qu'une raie correspondant à la fréquence centrale du filtre. L'opération de combinaison linéaire après séparation en canaux peut donc s'effectuer par FFT. Combinaison linéaire -1 des raies, (FFT) Il n'y a qu'une raie par filtre. A P = 0 si# i p-1 Ab a. i1 p-.=a On utilise donc que les raies de la FFT 29 du signal communes avec la FFTZ. Dans ce cas particulier les FFT; (FFT)-1 sont donc de rang égal au nombre de canaux. Le dispositif selon la présente invention sera susceptible d'être mis en oeuvre notamment dans des radars, sonars, des dispositifs de télécommunications, des dispositifs de traitement du son ou des Images. R E V E N DICATIONS 1. Dispositif de filtrage numérique comportant des moyens de caleul de la transformée de Fourier discrète connectés en parallèle à une pluralité de voies de traitement (1, 10), les voies de traitement (1,10) étant connectées à des moyens (400, 14) de calcul de la transformée de Fourier discrète inverse, caractérisé par le fait que la cadence de traitement des voies du traitement parallèle est 9 fois plus faible que la cadence totale du dispositif de calcul ú étant le nombre de voies du dispositif de filtrage. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens (300) de calcul de la transformée de Fourier discrète et de la transformée de Fourier inverse (400, 14) effectuent des calculs sur 2 Z points, et ú c] 1, N [ n Z. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les voies de traitement comportent des filtres transverses (1, 15) fonctionnant à une cadence divisée par. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que les voies de traitement comportent des lignes à retard (27) le retard relatif entre deux voies de traitement consécutives étant constant. 5. Dispositif selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé par le fait que chaque voie comporte un élément de filtrage. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que chaque filtre comporte au moins un multiplicateur (25). 7. Dispositif selon la revendication 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé par le fait que chaque voie de traitement (1) traite une raie spectrale du signal. 8. Dispositif selon la revendication 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé par le fait qu'il comporte un additionneur (8) susceptible d'effectuer la somme des résultats calculés par les voies de traitement (1) et/ou par le dispositif de calcul de la transformée de Fourier inverse (400). 9. Radar, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif de filtrage numérique selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Radar selon la revendication 10, caractérisé par le fait que le dispositif de filtrage numérique est un dispositif de compression d'impulsion radar.