Brevet FR2630220A1 — publié le 19891020

La présente invention concerne les récepteurs analyseurs de spectre destinés à la reconnaissance des émissions radioélec- triques et à la détermination de leurs caractéristiques dans une large bande de frXquences, et également las stations réceptrices automatiques comportant de tels récepteurs. Il est connu de détecter des émissions à l'aide de deux types de récepteurs. L'un, le plus anciennement utilisé, est un récepteur à balayage continu avec visualisation des signaux reçus sur un tube cathodique et exploitation manuelle Far un opérateur, L'autre est un récepteur à balayage par pas constant à l'aide d'un synthétiseur comportant un diviseur à rang variable commandé électroniquement, et éventuellement associé à un calculateur assurant une recherche automatique pas à pas dans une bande de fréquence donnée, la largeur de la bande de fréquence d'analyse étant sensiblement égale à celle du pas du s-ynthétiseur. Le premier cité présente les inconvénients bien connus de l'exploitation manuelle, en particulier une très grande lenteur Le second pallie ce défaut mais présente l'inconvqnient de faire une analyse discontinue et donc imprécise, à moins d'utiliser un pas très fin et en conséquence une fenêtre d'ana- lyse très étroite. Mais la vitesse d'analyse en est réduite, d'une part à cause de l'accroissement, par seconde, du nombre des commutations de pas du synthétiseur, ce qui représente une partimportante du temps d'exploration, et d'autre part à cause desréponses transitoires du ou des filtres constituant la fenêtre d'analyse qui sont d'autant plus difficiles à éliminer que cette derniere est plus étroite. Il est donc nécessaire de faire un compromis vitesse-resolution. L'objet de l'invention est de pallier ces défauts. Selon 11 invention, le récepteur analyseur de spectre couplé à un aérien comportant en série un premier convertisseur de fréquences des signaux reçus, un premier amplificateur à fré quence intermédiaire, un deuxième convertisseur de fréquences, un deuxième amplificateur à fréquence intermédiaire, et un filtre passe-bande à largeur étroite b comportant en sortie un dispositif détecteurs des signaux transmis est caractérisé en ce que le premier convertisseur comporte un oscillateur local constitué d'un synthétiseur de fréquences pas à pas, de pas constant P, avec P > > b, et en ce que le deuxième convertisseur comporte un oscillateur local vobulé en dents de scie dans une plage de fréquences égale à P, la largeur de bande du premier amplificateur étant au moins égale à P. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins sty rapportant sur lesquels - 3a figure 1 est un schéma d'un Exemple de récepteur analyseur de spectre selon l'invention - la figure 2 est un diagramme explicatif - la figure 3 est un schéma d'un exemple d'une station réceptrice automatique utilisant un tel récepteur. Sur la figure 1, un zérien 1 alimente un mélangeur 2 transposant la fréquence des signaux reçus à l'aide d'un oscillateur local en forme d'un synthétiseur 3. La sortie du mélangeur 2 alimente un deuxième mélangeur 4 à travers un premier amplificateur à fréquence intermédiaire 5. Ce mélangeur 4 reçoit sur une seconde entrée 40 un signal d'oscillation local fournit par un générateur 41, et alimente la borne de sortie du récepteur, 9, à travers un second amplificateur à fréquence intermidiaire- 10 en série avec un filtre passe-bande 11 se terminant par un dispositif détecteur inclus dans le filtre. Ce dispositif est ici un discriminateur de phase classique.Le générateur 41 comporte un oscillateur contrôlé en fréquence électroniquement, 8, alimentant un coupleur sont la sortie 6 est reliée à l'entrée 40 du mélangeur 4. L'oscillateur 8 est commandé en fréquence par ses entrées de commande 12 et 13. L'entrée 12 est connectée, à travers la mémoire 14, à la sortie 28 du conmperateur 15 dont l'entrée 16 est connectée à la sortie 17 du synthétiseur 3 et l'entrée 18 à la sortie du mélangeur 19 transposant la fréquence du signal fournit par l'oscillateur 8, à travers la sortie 20 du coupleur 7, à l'aide d'un signal hétérodyne fournit par la sortie 21 du synthétiseur 3. L'entrée de commande 13 est connectée, à travers un circuit de traitement 22, à la sortie d'un convertisseur digital analogique 23 couplé aux sorties de signal d'un décompteur numérique 24, dont l'entrée d'horloge 25 reçoit, de la sortie 26 du synthétiseur 3,- à travers une des deux entrées 39 d'une porte ET 27, un signal d'horloge dont la transmission est commandée par l'autre entrée 29 de la porte 27. Le comparateur 15 alimente également un circuit détecteur 31 dont la sortie est reliée d'une part à une première entrée de commande 30 de la mémoire 14 et d'autre part à cette entrée 29 à travers une bascule bistable 38. Le décompteur 24 possède une sortie de signal de fin de décomptage 32 conrectée à son Entrée de commande de chargement 33, ainsi qu'aux entrées de commande 34 à 36 appartenant respectivement au synthétiseur 3, la mémoire 14 et à la bascule 38. Le récepteur décrit a été expérimenté dans une gamme de fréquences reçues s'étendant de 20 à 12- MHz, le ssnthétiseur 3 fournissant un signal de fréquence vôrible dans la gamme 340440 MHz par pas équidistant de 0,5 MHz ; le battement différentiel de ces fréquences est utilisé en sortie du mélangeur 2, il est sélecté et amplifié par l'amplificateur 5 accordé sur une première fréquence intermédiaire de 320 MHz. Lloscillateur 3 a une fréquence de repos de 302 MHz. En sortie du mélangeur 4, là encore le battement différentiel est utilisé et c'est une seconde fréquence intermédiaire de 18 MHz qui traverse l'amplificateur 10 et le filtre passe-bande 11 de largeur de bande égale à 12,5 kHz. Pour toute fréquence d'accord du synthétiseur, l'oscil- lateur 8 balaye un spectre de 0,5 MHz, égal au pas du synthétiseur ce qui implique une largeur de bande de l'amplificateur 5 au moins égal à 0,5 MHz. Il en résulte une exploration continue du spectre. A chaque pas du synthétiseur, l'oscillateur 8 part de sa position de repos et décroît en fréquence linéairement, en fonction du temps, de 0,5 MHz, et provoque, en fin de course, le positionnement-du synthétiseur sur le pas suivant en même temps que son retour à sa fréquence de repos, à laquelle il est asservi avec précision avant de se déplacer à nouveau. La mise en oeuvre de ce processus sera mieux comprise à l'aide du diagramme de la figure suivante. Sur la figure 2 sont représentées, en fonction du temps t, les variations de la fréquence F de l'oscillateur 8. L'instant t correspond au moment où le décompteur 24 vient de terminer son décompte et d'atteindre zéro, il en résulte l'apparition d'une impulsion sLr la borne 32 provoquant, simultanément, le passage à O logique de la bascule 38 d'où le blocage de la porte 27, le passage du synthétiseur au pas suivant et le chargement du décompteur 24 par son entrée 33, ce qui a pour conséquence dE donnai en sortie du circuit de traitement 22 une -tension appliquée à l'entrée de commande 13, correspondant au point de repos de l'oscillateur 8. Ce dernier passe ainsi brusquement d'une fréquence F1 à un point A très voisin d'une fréquence Fo = F1 + 0,5 MHz. L'impulsion de fin de décomptage parvient aussi sur la borne 35 de la mémoire 14 et provoque la fermeture de la boucle d'asservissement constituée essentiellement du mélangeur 19, du comparateur 15 et de la mémoire 14. De o à t1 le comparateur 15 fournit, par sa sortie 28, à l'entrée 12 de l'oscillateur 8 une tension de correction résultant de la comparaison du signal de référence à 8 MHz fourni par la sortie 17 du synthétiseur 3, et du signal issu de ltos- cillateur 8, après sa transposition à 8 MHz à l'aide du signal à 312 MHz fourni par la sortie 21 de ce meme -synthétiseur. A l'instant t1 l'oscillateur 8 est amené à la fréquence exacte Fo, le verrouillage est traduit par le détecteur 31 en un 1 logique appliqué à l'entrée de commande 30 de la mémoire 14 pour y provoquer l'inscription de la tension de correction appliquée à la borne 12 et entraîner, immédiatement après, la coupure de la boucle d'asservissement. Ce 1 logique est également appliqué à la porte ET 27 à travers la bascule 36, qui en maintient la présence pour la porte 27 afin de permettre l'avant cement du décomptage par les signaux d'horloge fournis par la sortie 26 du synthétiseur 3 jusqutau temps t2 correspondant à la fin du décomptage qui provoque le passage à 0 de la bascule 36 et bloque la porte 27. Dans l'exemple décrit, à 1'inster-t to, le dé-compteur 24 est chargé à 160 et passe pas à pas 1e 160 à O entre t1 et t. Ce nombre est traduit par le convertisseur 23 en échelons de tension anelogique qui sont lissés-par le circuit de traitement 22 dont la fonction de transfert est déterminée afin que la tension appliquée à la borne 23 de l'o6cill teur 8 assure un déplacement en fréquence constant à chaque échelon dont la valeur est donc de 500 kHz 3,125 kHz. 160 = A l'instant t2, le cycle recommence, et le chargement suivant du décompteur provoque le brusque changement de fré-quence de l'oscillateur 8 de F1 à une fréquence B différente de A mais également très voisine de F o Dans l'exemple choisi, une fréquence d'horloge de 40 kHz a été adoptée soit -un intervalle de temps de 25vau sec entre chaque impulsion et donc une durée de 25 x 160 = 4 millisetondes pour la variation linéaire de fréquence entre t1 et t2 soit une vitesse de balayage de 125 MHz/seconde.L'intervalle de temps t1 -t est détermine pour permettre d'obteni- le verrouillage o de la boucle d'asservissement et de réaliser le changement de pas du synthétiseur ; une milliseconde s'est avérée suffisante pour ce faire, soit un total de 5 m sec. entre deux asservissements de l'oscillateur 8. Il en résulte que les écarts da fréquence entre les points A ou B et Fo, qui sont d'ailleurs du même ordre de grandeur que la précision avec laquelle la fré- quence F1 est atteinte, sont négligeables, et que tout se passe comme si l'oscillateur B était en permanence asservi en fréquence. La description du fonctionnement ci-dessus ne décrit que les opérations essentielles. Diverses dispositions pratiques habituelles sont à prévoir à l'aide de circuits logiques pour obtenir un échelonnement correct des opérations. Par exemple, si I'intervaile de temps t - t1 , ici déterminé par le temps néces- o saire au verrouillage de la boucle d'asservissement est insuffisant pour permettre au synthétiseur de changer de fréquence, le décompteur devra être bloqué tarot que ce changement de fréquence ne sera pas effectué par exemple en bloquant les signaux d'horloge délivrés sur la sortie 26. Puisqu'un cycle complet de balayage demande un intervalle de temps de 5 m sec. pour 500 kHz, une exploration complète de la gamme 20-120 MHz demandeia 1 seconde seulement. Ce résultat est nettement meilleur que celui obtenu avec un récepteur à balayage pas à pas permettant d'obtenir la même résolution de 12,5 kHz. Etant donné que chaque changement de pas demande environ 1 milliseconde ctest une durée d'environ 8 secondes qui serait alors nécessaire, avec d'ailleurs une résolution réelle inférieure à celle du dispositif décrit, dûe à une exploration effectuée exclusivement pas par pas. Pour exploiter dans les meilleures conditions les réponses obtenues sur la sortie 9 du récepteur décrit, compte tenu de la rapidité de cette exploration, l'utilisation d'un calculateur est très souhaitable, ce qui permet en outre de combiner le récepteur tel que décrit, à un deuxième récepteur affecté à une analyse fine des réponses obtenues par le récepteur principal La figure suivante montre le schéma dtune station réceptrice d'interception- ainsi constituée. Sur la figure 3 deux récepteurs analogues 70 et 71 sont représentés en donnant à leurs éléments correspondant à ceux de la figure 1 respectivement les mêmes Eyboles et ces derniers augmentés de 100. Les liaisons de ces éléments entre eux sont identiques aux exceptions décrites ci-après concernant essentiellement leur raccordement à un calculateur 200. Un coupleur 60 permet de coupler l'aérien 1 en permanence aux mélangeurs d'entrée 2 et 102 de l'un et l'autre récepteurs. Dans le récepteur 70, le câble de connection 50 transmet les signaux fournis par les sorties 17, 21 et 26 du synthétiseur 3, representées figure 1, au générateur 41 ainsi qu'à l'entrée 201 du calculateur 200 qui reçoit aussi les signaux fournis sur la borne de sortie 9. Par ailleurs le calculateur 200 fournit sur sa sortie 202 les signaux de commande des fréquences extrêmes de la plage d'.exploraticn du synthét-seur 3, auxquels ils sont appliqués sur une entrée supplémentaire Dans le récepteur 71, un câble de convection 150, identique à 50, relie le synthétiseur 103 au générateur 141 ainsi qu'à 11 entrée 301 du calculateur 200 recevent également les signaux fournis sur la borne de sortie 109, ainsi que ceux fournis sur la borne 303, de même nature que ceux du récepteur 70 appliqués à la borne 203. En outre le synthétiseur 103 est commandé en fréquence, sur son entrée 151, à partir des signaux fournis sur la sortie 210 du calculateur 200; au lieu des signaux fournis par l'oscillateur 141 Le récepteur 70 est utilisé en récepteur d'exploration et de détection, dans les mêmes conditions que le récepteur de la figure 1, et avec les mêmes caractéristiques, hormis le fait que les limites inférieure et supérieure de la plage d'exploration du synthétiseur 3 sont affichées, non plus sur le synthétiseur lui-même mais sur le calculateur, lequel met en mérroire les réponses obtenues sur la borne de sottie 9 ainsi que les fréquences auxquelles elles correspondent.Ces fréquences sont déterminées en fonction du seul paramètre temps par simple compta- ge des coups d'horloge puisqu'ils ont été étalonnés à 3,125 kHz chacun, ces impulsions d'horloge n'étant prises en compte qu'à chaque démarrage du décompteur, information transmises sur la borne 203. Le récepteur 71 est utilisé en récepteur d'analyse, il fonctionne sur le même principe que le récepteur de détection à ceci près oue son synthétiseur, 103, est cotnmando en fréquence, à chaque balayage du générateur 141, par les signaux de sortie de la borne 210 du calculateur à partir des informations mises en mémoire décrites ci-avant, c'est-à-dire que le synthétiseur 103 est successivement réglé sur les Fréquences détectées par le récepteur 70. Les réponses obtenues sur la borne de sortie 109 de ce dispositif d'analyse sont exploitées de la même manière que celles reçues sur la borne 9 : les fréquences correspondantes sont déterminées par comptage à partir de l'horloge transmises à l'entrée 3G1 du calculateur et de l'information de démarrage de son décompteur transmise à l'entrée 303. Dans l'exemple choisi, le récepteur 71 présentait les caractéristiques suivantes pas du synthétiseur 103 : 0,0125 MHz étendue du balayage du générateur 141 : 200 kHz fréquence de l'horloge : 20 kHz parcours du balayage en 500 coups d'horloge soit en 500 = 25 millisecondes pour 200 kHz c'est-à-dire une 20.000 vitesse de balayage de 8 MHz/sec. largeur de la fenêtre d'analyse : 3 kHz On remarque que, par rapport au récepteur 70, la fenêtre d'analyse est plus de 4 fois plus étroite et la vitesse de balayage 15 fois plus réduite, ce qui permet bien d'analyser finement les réponses globales du récepteur 70 et en particulier de déterminer, au moins grossièrement, l'étendue du spectre d'une porteuse modulée. L'ensemble décrit permet d'obtenir une grande amélioration du compromis vitesse-résolution par rapport aux dispositifs connus, pour deux raisons essentielles D'une part l'interpolation des. pas successifs du synthétiseur par un balayage de fréquence linéaire continu permet de réduire beaucoup le nombre de changements de pas nécessaire pour une largeur de bande explorée et une résolution données,et les changements de pas du synthétiseur représentent une part importante du temps d'exploration. D'autre part l'utilisation de deux récepteurs complémentaires-permet de limiter l'analyse fine,de durée plus longue, à certains points particuliers de la bande. La description entionne une vofulation linéaire des oscillateurs contenus dans les générateurs 41 et 141, ceci présente l'avantage de permettre une évaluation très aisée de la fréquence des réponses des récepteurs par un calculateur. Si on désire éviter les contraintes du traitement correspondant de la tension de commande de ltoscillateur vobulée, il est évidemment possible de ne pas effectuer ce traitement et de reporter la loi de modulation dans le calculateur. REVENDICATIONS 1. Récepteur analyseur de spectre couplé à un aérien comportant en série un premier convertisseur de fréquences des signaux reçus, un premier amplificateur à fréquence intermédiaire, un deuxième convertisseur de fréquences, un deuxième amplificateur à fréquence intermédiaire, et un filtre passebande de largeur de bande étroite b comportant en sortie un dispositif détecteur des signaux transmis, caractérisé en ce que le premier convertisseur comporte un oscillateur local constitué d'un synthétiseur de fréquences pas à pas, de pas constant P, avec P > )b, et en ce que le deuxième convertisseur comporte un oscillateur local vobulé en dents de scie dans une plage de fréquences égale à P, la largeur de bande du premier amplificateur étant au moins égale a P. 2. Récepteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la loi de variation en fréquence de ltoscillateur vobulé est linéaire en fonction du temps, à partir d'une fréquence de repos, et en ce que le récepteur comporte également une boucle d'asservissement de cette fréquence de repos par rapport à une fréquence de référence, et un dispositif de commande fournissant des signaux de commande qui assurent, à chaque fin de période de balayage de l'oscillateur et avant la période suivante, la mise en action de la boule d'asservissement jusqu'à l'obten- tion d'une tension continue de correction stable maintenue constamment appliquée à l'oscillateur pendant la période de balayage suivant cet asservissement. 3. Récepteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les signaux de commande assurent également l'avancement d'un pas du synthétiseur à chaque fin de période de balayage de l'oscillateur vobulé. 4. Station réceptrice d'interception, caractérisée en ce qu'elle comporte un premier récepteur selon la revendication 3, de pas P1 et de bande b1 , et un calculateur connecté à la sortie du dispositif détecteur, recevant les signaux de commande et déterminant les fréquences d'accord du récepteur correspo-ndant à chaque instant où un signal est présent en sortie du dispositif détecteur, ce calculateur comportant une mémoire enregistrant ces fréquences d'accord ainsi qu'un dispositif de pilotage du récepteur assignant au synthétiseur les fréquences d'accord extrêmes d'une bande de fréquences d'exploration prédéterminée. 5. Station réceptrice selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un second récepteur selon la revendication 2, couplé au même aérien, ayant un pas P2