Brevet FR2662264A1 — publié le 19911122

La présente invention concerne un procédé d'analyse d'un rayonnement comme une onde ultrasonore, un dispositif mettant en oeuvre le procédé de l'invention et un système d'alarme comportant un tel dispositif. L'invention trouve application dans le domaine de la protection des véhicules contre les intrusions et le vol. Dans l'art antérieur on a déjà proposé des dispositifs à ultrasons qui émettent un rayonnement d'analyse ultrasonore qui est reçu par un détecteur Le signal de détection est analysé par rapport à des formes de signaux pré-enregistrées de façon à déterminer si une condition d'alarme est remplie ou non Dans le cas positif, l'alarme est déclenchée. En général, dans l'art antérieur, on connaît des dispositifs d'analyse d'une onde dont on connaît la forme standard et dont les perturbations révèlent un phénomène à détecter C'est le cas des systèmes de mesure de distance par émission réception ultrasonore ou des systèmes d'alarme volumétriques à ultrasons. La comparaison du signal de détection avec des formes pré-enregistrées se fait en général, selon l'art antérieur, par comparaison entre des valeurs moyennes relevées sur un signal constitué par une récurrence de créneaux, l'onde ultrasonore n'étant émise que pendant le créneau à chaque période. En effet, les alarmes embarquées sont des appareils consommateur d'énergie électrique Comme le véhicule est à l'arrêt, cette énergie électrique est tirée sur la batterie de démarrage Cette disposition exige que les circuits électroniques, qui fonctionnent pendant l'arrêt du véhicule, réduisent au strict nécessaire leur consommation d'énergie De ce fait, on a déjà proposé des systèmes d'alarme volumétrique à ultrasons qui fonctionnent pendant des périodes temporelles séparées par des zones de silence pendant lesquelles la consommation électrique est réduite. En réalisant une moyenne des signaux reçus sur une certaine durée, il est possible de réaliser une alarme dans des conditions de consommation électrique réduites. Cependant, il est apparu à l'usage, que des cas d'alarme peuvent être masqués par le calcul de la moyenne En effet, on a remarqué que certains signaux pouvaient varier d'une manière telle que, sur une longue période, leur moyenne était identique à celle d'une situation de non alarme De ce fait, la situation d'alarme est cachée et le système est inopérant. La présente invention concerne un procédé et un dispositif portant remède à ces inconvénients de l'art antérieur. En effet, l'invention concerne un procédé d'analyse d'un rayonnement comme une onde ultrasonore s'établissant de manière répétitive dans un volume et portant la trace d'un phénomène à détecter, caractérisé en ce qu'il consiste: à déterminer en fonction des caractéristiques du rayonnement établi dans le volume un instant de début d'analyse, un instant de fin d'analyse et une fréquence d'échantillonnage; puis, à chaque répétition du rayonnement, à réaliser un échantillonnage d'un signal reçu par un détecteur du rayonnement, et à mémoriser lesdits échantillons à des adresses prédéterminées d'une première mémoire, à exécuter une opération de détection du phénomène en tenant compte de la valeur de chacun desdits échantillons enregistrés dans ladite première mémoire et de la valeur du résultat de la même opération lors d'au moins une répétition précédente, ladite valeur du résultat étant mémorisée dans une seconde mémoire, à traiter le résultat puis à mémoriser sa nouvelle valeur dans ladite seconde mémoire. L'invention concerne aussi un dispositif mettant en oeuvre le procédé de l'invention, et un système d'alarme comportant un tel dispositif. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des figures qui sont: la figure 1: deux diagrammes d'un signal ultrasonore d'émission E et d'un signal ultrasonore de réception R, la figure 2 une courbe représentative de l'énergie acoustique reçue Er lors d'une période de réception de la figure 1, la figure 3 une courbe de l'énergie reçue dans deux cas différents, la figure 4 une suite de signaux de réception, la figure 5 une courbe de contrôle de la condition d'alarme, la figure 6 un schéma de l'échantillonnage selon l'invention, la figure 7 un schéma d'un mode de réalisation d'un dispositif de réception selon l'invention, la figure 8 un organigramme de fonctionnement de l'invention. A la figure 1, on a représenté sur deux chronogrammes distincts la succession des instants d'émission et de réception selon le procédé de l'invention dans le cas o l'onde d'analyse est une onde ultrasonore établie dans un volume constitué par l'habitacle d'un véhicule sous alarme D'une manière générale, l'invention exploite le fait qu'un rayonnement établi dans un volume, peut servir d'onde d'analyse pour détecter un phénomène dans le volume. Le premier chronogramme E est constitué par une succession de créneaux carrés, séparés par une période Te, chaque créneau ayant une largeur Le durant laquelle un émetteur d'ultrasons est activé et engendre dans le volume de l'habitacle surveillé une certaine quantité d'énergie acoustique Selon l'invention, le rayonnement est déterminé au point de vue de son spectre fréquentiel, de son énergie et de sa répartition dans le temps en fonction du volume sous analyse Le rayonnement ou onde d'analyse peut être provoqué par un émetteur, ou être naturel comme un dégagement de chaleur (rayonnement infrarouge) Dans ce cas E, l'onde d'analyse s'établit de manière répétitive à un fréquence fixe 1/Te Elle se répète périodiquement pendant des fenêtres temporelles ou créneaux, dont la durée est prédéterminée. Sur le second chronogramme R, on a représenté une succession de créneaux d'activation des circuits de réception du détecteur volumétrique d'ultrasons selon l'invention Dans ce cas R, on fixe un instant de début d'analyse et un instant de fin d'analyse en fonction des caractéristiques du rayonnement établi dans le volume. Une analyse de l'onde répétitive peut avoir lieu à chaque répétition de l'onde d'analyse comme selon la figure 1. Mais, elle peut avoir lieu lors de certaines répétitions seulement. De façon à réduire au strict nécessaire la quantité d'énergie électrique consommée par les circuits, on réduit la largeur du créneau de réception à une largeur Lr dont la valeur sera explicitée à l'aide de la figure 2. Le début du créneau d'activation des circuits de réception est distant d'une durée t 2 par rapport au front montant du créneau d'activation d'une période d'analyse. On remarque que le système d'alarme selon l'invention fonctionne à la fréquence Te, mais qu'il n'est actif et donc consommateur d'énergie que pendant une fraction de cette durée, cette fraction s'exprimant par le rapport (Le + Lr)/Te. A la figure 2, on a représenté l'énergie reçue pendant une période Te A l'instant to, le système volumétrique émet une salve d'ultrasons pendant une durée Le Pendant ce temps, la chaîne d'analyse reçoit une énergie ultrasonore qui augmente jusqu'à une valeur maximale Ers, atteinte à l'instant tl Cette valeur maximale Ers est déterminée par un réglage de l'appareil. Il correspond au seuil de saturation de la chaîne d'analyse installée dans l'habitacle La détection d'une condition d'alarme à cette limite de saturation ne présente pas un grand intérêt Selon l'invention on attend que le niveau de l'énergie reçue moyenne atteigne une valeur maximale Emax, inférieure à la valeur de saturation, cette valeur n'étant pas fixée de manière rigide, mais étant garantie à un instant de début d'analyse par la montée d'un créneau de réception R à compter d'une durée t 2 par rapport à l'instant t O, cette durée t 2 pouvant être ajustée par un asservissement en temps réel sur une condition de saturation. L'énergie reçue Er diminue ensuite puisque depuis l'instant t O + Le, le système n'est plus émetteur La durée Lr du créneau d'activation du circuit de réception permet d'atteindre au moins un instant t 3 (t 3 = t 2 + Lr) de fin d'analyse o, lors du réglage de l'appareil, on atteint la valeur minimale du signal de réception distinguable du bruit par la chaîne de réception Cette valeur Lr peut être asservie en fonction du rapport signal/bruit de la chaîne de réception. A la figure 3, on a représenté deux cas de réception de l'énergie Er pendant une fenêtre d'activation du circuit de réception La courbe 1 correspond à une courbe de réglage selon laquelle on atteint d'abord le seuil de saturation de l'ensemble d'alarme, et on laisse le système en onde évanescente. Cette courbe 1 est typiquement une forme d'onde reçue pendant une période d'analyse en l'absence d'une situation d'alarme La courbe en pointillés 2 correspond à une forme d'onde reçue pendant une période d'analyse au cours de laquelle une perturbation a été détectée par le système ultrasonore Dans ce cas, le signal Er oscille autour de cette valeur moyenne 1 et présente donc deux pics 3 et 4 de part et d'autre de la courbe 1 Dans ces conditions, on remarque que l'énergie totale reçue par le système de détection pendant une période d'analyse pourrait être identique à la valeur totale correspondant à la courbe 1 De ce fait, si le pic 3 correspond à un événement d'alarme, le système d'alarme ne peut détecter cette intrusion Cet effet de masque arrive si on réalise une moyenne de l'énergie reçue pendant plusieurs périodes d'analyse. A la figure 4, on a représenté une succession d'ondes de réception 5 au cours du temps Dans une précédente demande, le demandeur a déjà proposé de réaliser une moyenne glissante sur un nombre prédéterminé (par exemple 8) de créneaux de réception de l'onde ultrasonore Dans le procédé de l'invention, on exécute une opération de détection du phénomène comme une intrusion dans l'habitacle, si l'invention est appliquée à une alarme volumétrique Cette détection tient compte de la valeur de l'énergie de l'onde Er(T) détectée lors de la période Te en cours et de celle du résultat de la détection précédente Dans un mode de réalisation préféré, on surveille en permanence lors de chaque période Te d'analyse la valeur de la moyenne glissante qui peut être calculée par la formule: MG(T) = lMG(T-1) x 7 + Er(T)l / 8 La moyenne glissante MG(T) est donc une valeur qui évolue au cours du temps, et qui constitue le résultat de la détection. Selon l'invention, il est proposé de surveiller cette moyenne glissante au cours du temps, selon une procédure nouvelle et avantageuse, qui évite des effets de masque. A la figure 5, on a représenté une évolution de la moyenne glissante au cours du temps Dans l'hypothèse o aucune perturbation ne vient troubler l'habitacle, la moyenne glissante devrait être une droite horizontale coupant l'axe MG des ordonnées à une valeur MGO. Afin de permettre une adaptation automatique de l'alarme à des variations climatiques par exemple ou à toutes autres variations lentes détectées sur le détecteur de l'invention, on a proposé de permettre que cette valeur de moyenne stable soit périodiquement recalculée de façon à suivre les évolutions de l'environnement de l'habitacle De ce fait, la moyenne glissante des valeurs de l'énergie reçue sur plusieurs périodes d'analyse correspondant à l'absence de perturbation est une courbe 6 qui peut évoluer lentement au cours du temps. La condition d'alarme est synthétisée par deux lignes en traits interrompues 7 et 8 de part et d'autre de cette courbe moyenne 6 Elles permettent de déterminer un seuil haut SH et un seuil bas SB entre lesquels la condition d'alarme n'est pas réalisée Dans un exemple de réalisation préféré, on fixe un écart E prédéterminé et les valeurs SB et SH sont données à chaque instant ti par les relations: SB = MG(ti) E SH = MG(ti) + E. La courbe 9 représente les évolutions de la moyenne glissante lors d'un cas réel dans lequel deux perturbations 10 et Il ont eu lieu Dans ces cas, l'alarme est déclenchée puisque effectivement les seuils 7 et 8 ont été dépassés. En comparant les courbes de la figure 4 à la courbe 9 de la figure 5, on constate qu'il est possible aussi que certaines conditions d'alarme particulières, parce qu'elles n'apparaîtraient qu'en des endroits différents de chaque créneau de réception, soient masquées par l'évolution de la moyenne glissante de la figure 5. Afin de porter remède à cet inconvénient de l'art antérieur, la présente invention concerne un procédé selon lequel on échantillonne le signal de réception pendant la partie utile de chaque créneau de réception. Ces échantillons sont alors analysés pendant une opération de détection comportant deux phases: une première phase de calcul d'une moyenne glissante, une seconde phase de test d'une condition de détection proprement dite. A la figure 6, on a représenté une courbe représentative de l'énergie acoustique reçue Er pendant un créneau de durée tr A l'instant 13, on démarre un échantillonnage de l'onde d'analyse pendant une répétition de l'onde d'analyse, jusqu'à l'instant 14 correspondant à la fin de la période d'analyse t N On peut ainsi constituer une suite de N échantillons Er (i,t N) de l'onde acoustique reçue pendant une période t N Selon le procédé de l'invention, une moyenne glissante est calculée pour chacun de ces échantillons. Ainsi, on obtiendra une moyenne glissante pour les échantillons de même rang i au cours d'une succession de périodes t N d'analyse Dans un mode préféré de réalisation, la moyenne glissante de rang i lors de l'analyse de la répétition (ou période) t N est calculée selon la formule: MG(i,t N) = lMG(i,t N-1) x 7 + Er(i,t N))l/8 ou d'une manière plus générale MG(i,t N) = lMG(i,t N-1) (P-1) + Er(i,t N)l/P o P, dans un mode de réalisation préféré est un nombre de la forme P = 2 k avec k un entier de moins de npbits si on utilise un microprocesseur ou un circuit de même genre travaillant sur des mots binaires de npbits. Lors de la seconde phase de l'opération de détection, la moyenne glissante est comparée à une valeur de détection du phénomène que l'on cherche à détecter. Dans le cas d'une alarme volumétrique, le bris d'une glace, l'intrusion dans l'habitacle ou tout autre événement du même genre provoque une variation locale de la courbe Er(t) lors d'une période d'analyse En comparant chacun des échantillons MG(i,t N) à une valeur de détection VD, on peut donc traiter le cas d'un phénomène qui serait masqué par le moyennage ou d'un phénomène qui sur quelques périodes d'analyse ne modifierait pas la valeur moyenne de l'énergie reçue par la chaîne d'analyse. Pour exécuter cette détection, une mémoire contient un nombre p de valeurs de détection VD(i), chaque valeur MG(i,t N) étant comparée à la valeur de Seuil de détection VD(i) Si le résultat de la comparaison est négatif, on a détecté le phénomène sans analyse et dans le cas d'une alarme volumétrique, on peut déclencher l'alarme Dans un mode de réalisation préféré, on tient compte, comme selon la figure 5, d'une plage de valeurs autour de VD(i) avant de placer le résultat négatif. A la figure 7, on a représenté un dispositif selon l'invention Un transducteur acoustique 15 reçoit l'onde acoustique évanouissante rayonnée dans l'habitacle Le signal de sortie du transducteur est fourni à un circuit de mise en forme 16 comportant notamment un amplificateur, dont la sortie est transmise à l'entrée d'un échantillonneur bloqueur 17. L'échantillonneur bloqueur 17 comporte une entrée d'horloge connectée à une horloge 18 qui est activée par un signal dont le chronogramme R est représenté à la figure 1 L'horloge émet une succession d'impulsions en nombre n, au moins entre l'instant 13 et l'instant 14 de la figure 6 Entre deux impulsions d'échantillonnage i et i + 1, la valeur de l'énergie reçue est bloquée à la sortie Out de l'échantillonneur bloqueur 17 Le signal de sortie Out de l'échantillonneur bloqueur 17 est transmis à l'entrée d'un convertisseur analogique numérique 20 Le convertisseur analogique numérique 20 reçoit avec un retard convenable introduit par un circuit 19, un signal de commande d'échantillonnage 26 provenant de l'horloge 18 La sortie du convertisseur analogique numérique 20 est un mot binaire 21, par exemple sur huit bits, représentant la valeur numérique Er(i,TN) de rang i pendant la Nième récurrence TN. Le circuit comporte d'autre part une mémoire vive, comme une mémoire RAM, 22 dont les entrées de données sont connectées à la sortie 21 du convertisseur analogique numérique 20. D'autre part, la mémoire 22 comporte des entrées d'adresses 23 activées par un circuit de commande d'adressage 24 commandé par l'horloge 18 au même rythme et en synchronisme avec la conversion analogique numérique 20. De ce fait, selon l'invention, une adresse de la mémoire 22 contient à chaque période TN d'analyse la valeur courante de l'échantillon de rang i de l'échantillon de l'énergie reçue Er(i,TN). D'autre part, la mémoire 22 contient dans une seconde zone à chaque instant la moyenne glissante MG(i,TN)) calculée sur P échantillons antérieurs de Er(i,TN) Ce calcul est effectué par un opérateur arithmétique non représenté au dessin. Enfin l'opérateur exécute, après calcul de MG(i), une seconde phase de comparaison à des valeurs pré- enregistrées VD(i) de détection Si chaque moyenne glissante de rang i MG(i,TN) est comprise entre VD(i)+SH et VD(i)-SB, alors le résultat de la détection est négatif Dans le cas contraire, le résultat de la détection est positif Si le dispositif de la figure 7 il est connecté à une alarme, le résultat positif de la détection déclenche cette alarme. Dans un mode de réalisation préféré, chaque valeur VD(i) est périodiquement remise à jour par un test d'auto-apprentissage qui permet d'adapter la chaîne d'analyse aux conditions ambiantes En effet, cellesci font évoluer aussi bien le rapport signal/bruit que le seuil de saturation et de ce fait, selon l'invention, le dispositif de l'invention permet de tester l'apparition d'une dérive à un seuil Si le seuil est dépassé, le dispositif réalise un nouveau réglage des instants de début et de fin de réception et/ou d'émission, fixe éventuellement les sensibilités et l'énergie rayonnée ainsi que la fréquence d'échantillonnage. A la figure 8, on a représenté un organigramme du fonctionnement d'un microprocesseur permettant d'exécuter le procédé de l'invention. Lors de chaque période TN, un compteur initialise la variable d'échantillonnage i à la valeur 1 Pour chaque valeur de i le microprocesseur lit la valeur Er(i,TN) puis lit la valeur MG(i,TN-1). Ces deux valeurs sont fournies au microprocesseur qui calcule la nouvelle valeur de la moyenne glissante et l'affecte à la variable MG(i,TN) Cette nouvelle valeur de la moyenne glissante de rang i est alors mémorisée à la place de la valeur précédente dans la mémoire 22. Enfin le microprocesseur teste la condition d'alarme par rapport à la nouvelle valeur de la moyenne glissante et en fonction du résultat positif ou négatif, déclenche ou non une alarme Cette alarme comporte une entrée d'activation telle qu'un résultat positif de la comparaison la déclenche On passe ensuite à un test de fin de boucle d'échantillonnage sur la valeur de la variable i Si cette dernière valeur est atteinte, on passe en état d'attente jusqu'à la période suivante TN + 1 Si le dernier échantillon n'est pas prélevé, on incrémente la variable d'une unité et on lit les valeurs pour i = i + 1. REVENDICATIONS 1) Procédé d'analyse d'un rayonnement comme une onde ultrasonore s'établissant de manière répétitive dans un volume et portant la trace d'un phénomène à détecter, caractérisé en ce qu'il consiste: à déterminer en fonction des caractéristiques du rayonnement établi dans le volume un instant de début d'analyse, un instant de fin d'analyse et une fréquence d'échantillonnage; puis, à chaque répétition du rayonnement, à réaliser un échantillonnage d'un signal reçu par un détecteur du rayonnement, et à mémoriser lesdits échantillons à des adresses prédéterminées d'une première mémoire, à exécuter une opération de détection du phénomène en tenant compte de la valeur de chacun desdits échantillons enregistrés dans ladite première mémoire et de la valeur du résultat de la même opération lors d'au moins une répétition précédente, ladite valeur du résultat étant mémorisée dans une seconde mémoire, à traiter le résultat puis à mémoriser sa nouvelle valeur dans ladite seconde mémoire. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'onde d'analyse est répétée périodiquement pendant des fenêtres temporelles dont la durée et/ou l'amplitude ou l'énergie est réglée en fonction du niveau de saturation du volume analysé. 3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'instant de début d'analyse est déterminé par le test d'une condition de saturation du volume analysé. 4) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'instant de fin d'analyse est déterminé par le test d'une condition de seuil fixé sur le rapport signal/bruit de la chaîne d'analyse. ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence d'échantillonnage est déterminée de façon à ce que le nombre d'échantillons d'analyse lors d'une répétition de l'onde ultrasonore est une constante prédéterminée. 6) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'opération de détection comporte une phase de calcul d'une moyenne glissante lors de la répétition (t N) établie pour chaque échantillon Er(i,t N) de même rang (i) selon la relation: MG(i,t N) = lMG(i,t N-l) x ( 2 K_ 1) + Er(i,t N)l/2 K chaque valeur MG(i,t N) étant ensuite enregistrée à une adresse prédéterminée de la seconde mémoire. 7) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'opération de détection comporte aussi une phase de comparaison de chaque valeur MG(i,t N) de la moyenne glissante d'un rang donné à une valeur de détection prédéterminée VD(i) pour chaque rang, le résultat de la comparaison étant placé négatif en tenant compte de seuils prédéterminés haut (SH (i)) et bas (SB (i)) autour de VD(i) et en ce que le résultat de la détection est obtenu à l'issue de cette seconde phase. 8) Dispositif mettant en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un transducteur ( 15) de réception d'un rayonnement comme une onde émise par un émetteur d'ultrasons dans un volume à analyser, dont la sortie est connectée à un échantillonneur bloqueur ( 17) dont l'entrée d'horloge est asservie à une fréquence d'échantillonnage produite par une horloge ( 18) produisant N impulsions d'échantillonnage pendant une période d'analyse de durée et début prédéterminés et activant un circuit d'adressage ( 24) et d'écriture d'une mémoire ( 22) contenant dans une première zone les valeurs Er(i,t N) des N échantillons numérisés par un convertisseur ( 20), en ce qu'il comporte aussi un opérateur calculant une moyenne glissante IG(i,t N) à partir d'une valeur précédente enregistrée dans une seconde zone de la mémoire ( 22) puis exécutant pour chaque valeur MG(i,t N) une comparaison à une valeur VD(i) pré- enregistrée dans une troisième zone de la mémoire ( 22), les valeurs VD(i) étant périodiquement remises à jour en fonction des conditions ambiantes du volume analysé par auto-apprentissage, et en ce que le dispositif est réalisé par un microprocesseur muni d'un convertisseur numérique analogique, une mémoire RAM et un opérateur arithmétique. 9) Système d'alarme comportant un dispositif d'analyse selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte une alarme dont l'entrée d'activation est activée par le résultat positif de la comparaison des n moyennes glissantes MG(i,t N) aux valeurs VD(i) pré- enregistrées.