Brevet FR2645371A1 — publié le 19901005

La présente invention concerne un circuit de sup- pression de bruit par adaptation, monté à la sortie d'un dispositif formateur d'un faisceau. L'invention peut être utilisée dans une installation embarquée sur un navire qui met en oeuvre des capteurs remorqués formant une matrice. Certains des faisceaux d'un système à sonar peuvent présenter des niveaux élevés de bruit interne, par exemple dans le cas des faisceaux dirigés vers l'avant d'une matrice remorquée (bruit du navire remorqueur) et des fais- ceaux tournés vers l'arrière d'une matrice montée sur la coque (bruit dû à l'hélice). Ce bruit interne apparait dans d'autres faisceaux étant donné les lobes latéraux qui sont dirigés vers la source du bruit. Le niveau des lobes laté- raux peut être très élevé et peut donner des niveaux inac- ceptables de bruit interne dans tous les faisceaux, par exemple en cas de perturbation spatiale notamment dans un système ayant une matrice remorquée à trente-deux éléments ou de défaillance d'un capteur dans une matrice quelconque, provoquant un plus faible rejet du faisceau principal. Ce bruit interne dans tous les faisceaux provoque une réduc- tion des performances dans de nombreuses conditions de fonctionnement. Une technique de suppression de bruit par adaptation (ANC) dans laquelle les pondération d'un filtre numérique à réponse impulsionnelle finie (FIR) sont adaptées automati- quement afin que la teneur en bruit du signal d'un capteur soit minimale, a déjà été utilisée depuis quelques années. La formation d'un faisceau par adaptation, par ajustement des pondérations d'un organe de formation de faisceau avec création d'une racine dans la direction de la source de bruit, est une technique connue semblable. La présente invention concerne un perfectionnement apporté à ces techniques connues par réalisation d'un- cir- cuit de suppression de bruit ayant des performances accrues. L'invention permet une accentuation du signal de l'organe de formation de faisceau qui augmente le rapport du signal au bruit et améliore les possibilités de détec- tion des cibles. L'inventior. a pour objet un circuit de suppression de bruit par adaptation d'un organe de formation de fais- ceau ayant un signal de sortie possédant un excellent rap- port signal-sur-bruit. Plus précisément, l'invention concerne un circuit de suppression de bruit par adaptation dans un dispositif de formation de faisceau transmettant deux signaux de sortie sous forme d'un signal de champ de cible et d'un signal de champ & bruit interne, caractérisé en ce que le circuit de suppression a une entrée principale et une entrée de réfé- rence et est connecté afin qu'il reçoive le signal du fais- ceau de sortie de champ de cible et le signal du faisceau de sortie de champ de bruit interne respectivement prove- nant de l'organe de formation de faisceau, et qu'il crée un signal de sortie ayant un meilleur rapport signal-sur- bruit. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé dont la figure unique - représente un schéma d'un circuit formateur de faisceau raccordé à un circuit de suppression de bruit par adapta- tion selon l'invention. Sur la figure, les fonctions de transfert des spectres de puissance S(w) et U(w) de l'intensité du champ d'une cible et de l'intensité du champ du bruit d'un navire de remorquage respectivement sont les suivantes: L(w) est la fonction de transfert du spectre cible à la sortie du faisceau cible, rectangle 1, H(w) est la fonction de transfert du spectre du navire de remorquage pour un faisceau dirigé vers l'avant, rectangle 2, K(w) est la fonction de transfert des lobes latéraux qui provoque un bruit interne du navire de remorquage dans le faisceau cible, rectangle 3, et J(w) est la fonction de transfert des lobes latéraux qui provoque l'apparition du signal de la cible dans le faisceau dirigé vers l'avant, rectangle 4. Le circuit formateur de faisceau crée deux signaux de sortie d(t) et x(t) qui sont présentés à l'entrée prin- cipale et à l'entrée de référence du circuit de suppression de bruit par adaptation respectivement. Le filtre 5 par adaptation est un filtre numérique à réponse impulsionnelle finie à 250 pondérations, les pondé- rations étant adaptées par l'algorithme des moindres carrés. Cet algorithme est décrit dans l'ouvrage "Adaptive Signal Processing" de P. Widrow et S. D. Stearns, publié par Prentice-Hall, 1985. Le signal de sortie du filtre 5 est additionné par un circuit additionneur 7, à un signal principal d'entrée, et est soumis à un retard dans un cir- cuit 6. La sortie 0/P du circuit additionneur 7 a un rap- port signal-sur-bruit accru. Le signal de sortie est aussi utilisé pour le réglage du filtre 5. Lorsque le circuit de suppression de bruit par adap- tation est utilisé sur le signal de sortie d'un circuit formateur de faisceau, le trajet passant par ce circuit formateur de faisceau, de l'entrée de référence à l'entrée principale, n'est pas causal en général, c'est-à-dire que la réponse impulsionnelle de ce trajet est doublée latéra- lement. Ainsi, le filtre ne peut pas modéliser ce trajet car il ne peut posséder qu'une réponse impulsionnelle à un seul côté et le degré de suppression est limité. En consé- quence, le circuit à retard 6 est monté sur l'entrée prin- cipale afin qu'il retarde son signal jusqu'à ce que la relation soit causale entre les entrées de référence et principale. L'opération est réalisée dans le logiciel de traitement, la durée du retard étant égale à la moitié de la longueur du filtre FIR 5, et la réponse impulsionnelle de la paire circuit à retard-filtre est en fait doublée latéralement et, pourvu que le filtre soit suffisamment long dans le temps pour modéliser un trajet non causal, une suppression utile est assurée. Le circuit formateur de faisceau et le circuit de suppression de bruit par adaptation peuvent avantageusement faire partie d'u. appareillage de traitement de signaux d'un système à capteurs qui est placé à bord d'un navire qui remorque une matrice de sonar. L'ensemble de traitement de signaux peut avantageusement utiliser un type quelconque d'appareil de traitement numérique tel qu'un processeur de signaux numériques "Motorola" DSP56001. Ce processeur de signaux exécute l'algorithme de Widrow afin qu'il crée les pondérations d'adaptation du filtre 5. Le processeur "Motorola" DSP56001 est un processeur de signaux numériques programmable par l'utilisateur HCMOS à faible consommation d'énergie et de la quatrième généra- tion. Le coeur du processeur est formé de trois unités d'exécution, l'unité arithmétique et logique (ALU) de don- nées, l'unité ALU d'adresse et l'organe de commande par programme qui travaillent en parallèle. L'architecture augmente au maximum le débit dans les applications traitant beaucoup de données. Le programmeur peut considérer l'ar- chitecture du processeur DSP56001 comme comprenant les trois ensembles d'exécution qui travaillent en parallèle si bien que le code peut être rendu efficace et traité en un temps minimal. Ceci permet l'exécution de l'algorithme de Widrow en trois cycles machine par pondération et le calcul d'une remise à jour des pondérations dans six cycles machine par pondération. La fréquence d'horloge est de ,5 MHz. Ainsi, le processeur est suffisamment rapide pour gérer le filtrage et l'adaptation de plus de 250 pondéra- tions entre des échantillons prélevés à une fréquence d'échantillonnage de 3072 Hz. La description qui précède ne concerne qu'un mode de réalisation et ne limite pas l'invention, et il faut noter que d'autres types d'appareillages de traitement de signaux numériques peuvent être utilisés, de même que d'autres types d'algorithmes. REVENDICATIONS 1. Circuit de suppression d bruit par adaptation d'un circuit de formation de faisceau transmettant deux signaux de sortie sous forme d'un signal de faisceau de sortie de champ de cible et d'un signal de faisceau de sortie de champ de bruit interne, caractérisé en ce que le circuit de suppression a un signal d'entrée principal et un signal d'entrée de référence et est connecté de manière qu'il reçoive le signal de faisceau de sortie de champ de cible et le signal de faisceau de sortie de champ de bruit interne respectivement du circuit de formation de faisceau, et qu'il crée un signal de sortie ayant un rapport signal- sur-bruit accru. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un dispositif à retard (6) est destiné à retarder le signal de faisceau de sortie de champ de cible. 3. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un filtre (5) à réponse impulsionnelle finie à 250 pondérations est destiné à traiter le signal du faisceau de sortie de champ de bruit interne et à créer un signal à une sortie du filtre. 4. Circuit selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'un circuit additionneur (7) est des- tiné à recevoir le signal retardé du faisceau de sortie du champ de cible et le signal de sortie du filtre et à créer le signal de sortie du circuit qui a un rapport signal-sur- bruit accru. 5. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, destiné à être incorporé à un appareillage de traitement de signaux d'un système à sonar.