Brevet FR2677509A1 — publié le 19921211

La présente invention concerne un démodulateur numérique servant à démoduler un signal d'entrée modulé en phase L'invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, la démodu- lation du signal de sortie d'un système de détection réflecto- métrique optique, tel que celui décrit dans le brevet britannique o n 2 126 820. Un ensemble de démodulation est décrit dans la demande de brevet n 9 018 443 3, déposée le 22 août 1990 en Grande-Bretagne et cédée à la demanderesse Cette demande de brevet tente de sur- monter les problèmes qui sont associés à un tel ensemble de démodu- lation lorsqu'une partie de la modulation de phase du signal de sortie tire son origine d'autres sources que le paramètre faisant l'objet de la mesure Par exemple, dans un système sonar conçu pour mesurer des signaux acoustiques, des variations relativement rapides de la pression hydrostatique ou de la température peuvent amener d'importants écarts de phase à basse fréquence La gamme dynamique de l'ensemble de démodulation peut alors être dépassée, ce qui donne naissance à un "bouclage numérique" et aux pointes de tension qui en découlent. C'est un but de l'invention de produire un démodulateur numérique dans lequel ces problèmes sont minimisés ou surmontés. Selon l'invention, il est produit un démodulateur numérique servant à démoduler un signal d'entrée modulé en phase qui peut comporter une modulation de phase importante à basse fré- quence, comprenant un filtre passe-haut et un moyen de poursuite destiné à suivre les cycles du signal de sortie du démodulateur, le moyen de poursuite étant en mesure de suivre un nombre prédéterminé de cycles sans ambiguité. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 représente un schéma explicatif d'un système selon la technique antérieure; la figure 2 est une représentation simplifiée d'un premier mode de réalisation d'un moyen de poursuite, convenant pour un démodulateur numérique, selon l'invention; la figure 3 est une vue analogue d'un deuxième mode de OS réalisation; et la figure 4 illustre graphiquement un troisième mode de réalisation. Dans la demande de brevet n 9 018 443 3 citée ci-dessus, à laquelle on pourra se reporter, est décrit un démodulateur tel que représenté sur la figure 1 Un signal analogique modulé en phase, circulant suivant une ligne 1, est numérisé par un conver- tisseur analogique-numérique 35 sous commande d'un circuit de syn- chronisation 36, tandis que le reste de la figure 1 constitue un démodulateur de fréquence 37 Un train d'impulsions numériques ve- nant du convertisseur 35 est appliqué via la connexion 351 à un dé- modulateur de la composante en quadrature, qui comprend un premier trajet 141 dans lequel le signal d'impulsions est multiplié, dans un multiplicateur 41, par une fonction sinus venant d'un générateur 46 de répliques de sinus, le résultat de la multiplication passant par un filtre 43 pour produire un signal A sin A O sur le connecteur 143 Le démodulateur en quadrature comprend également un deuxième trajet 142, dans lequel le signal numérique venant de la connexion 351 est multiplié par un signal en cosinus venant d'un générateur 47 de répliques de cosinus, le résultat passant dans un filtre 44 pour produire un signal A cos A O sur le connecteur 144 Le signal A sin A O est divisé par A cos A O dans un diviseur 45 de façon à pro- duire un signal tg A 0, lequel est transmis via un connecteur 145 à un dispositif de calcul d'arctangente 48 produisant un signal A O sur le connecteur 371, lequel signal est le signal de sortie du dé- modulateur 37 Ce signal A O représente la version démodulée en fré- quence du signal initial modulé en fréquence Par conséquent, il faut démoduler plus encore ce signal 60 pour obtenir le signal de sortie de bande de base Naturellement, si la modulation initiale était une modulation en fréquence, alors, le signal A O contiendrait lui-même le signal de sortie de bande de base On utilise alors une boucle de réaction comprenant les connexions 148 et 149 et le filtre 49, pour renvoyer sur les générateurs 46 et 47 de cosinus et sinus afin d'éliminer les éléments de basse fréquence dans le signal de sortie du démodulateur. Un démodulateur comportant un filtre numérique de réaction peut être mis en oeuvre de manière relativement simple à l'aide de circuits numériques de type courant, mais les compromis relatifs à la profondeur de coupure CC, la stabilité, la gamme dynamique à l'intérieur de la boucle et la raideur de la coupure à basse fréquence limitent l'utilisation de ces systèmes. L'invention ne fait pas intervenir la réaction, mais utilise la poursuite et une forme de filtrage direct pour sup- primer les signaux de basse fréquence. Le signal de sortie venant du démodulateur doit faire l'objet d'une poursuite Lorsqu'on utilise un démodulateur tel que représenté sur la figure 1, o on a retiré la boucle de réaction, l'étage final du démodulateur (numérique) se rapporte à un traite- ment d'arctangente à effectuer sur les signaux de sorties des voies cosinus et sinus, et l'intervalle des signaux de sorties est compris entre -f et + 7 Dans la mesure o la variation de la phase d'un pas au suivant est inférieure àÂ /2 (par exemple) par rapport aux ambiguïtés possibles de 27 a, il est alors évident que la phase progresse de manière non ambiguë (éventuellement pour passer dans de nouveaux cycles) On peut donc étendre le signal de sortie du démodulateur dans un nombre fini de cycles Par exemple, si le signal de sortie en arctangente ( 1 cycle) a été résolu avec une précision de N bits et qu'il est possible d'aller jusqu'à M bits au total, alors le nombre de cycles que l'on peut suivre est 2 (M-N), soit + ( 2048) cycles pour une architecture à 24 bits et un détail de 12 bits dans un cycle par exemple. Si la partie basse fréquence du signal de sortie du démo- dulateur n'est pas grande au point que la gamme dynamique du système augmenté soit dépassée, alors un simple filtre numérique ayant un zéro à O Hz suffira pour éliminer la basse fréquence non voulue du signal de sortie du démodulateur On imaginera facilement d'autres filtres pour les cas o des zéros plus larges sont néces- saires. Toutefois, La poursuite conduira en pratique à des données dépas- sant la gamme dynamique, puisque les composantes de basse fré- quence sont très larges Ainsi, en utilisant simplement un unique dispositif de poursuite pour suivre le signal de sortie du modula- teur, on n'obtient pas, en général, une solution acceptable. Le procédé proposé pour traiter ce cas est le suivant (voir figure 2). (a) On utilise deux voies après la fonction arctangente. (b) Chaque voie aura sa propre poursuite. (c) Chaque voie aura son propre filtre passe-haut. (d) A tout moment, un circuit de décision choisira une des voies. (e) Les voies démarrent avec des numéros de cyc Le large- ment séparés L'un de l'autre, de façon que les tracés des signaux de sortie en fonction du temps (d'après le dispositif de poursuite) dans chaque voie soient entrelacés. On prend par exemp Le 2048 cycles pour La différence des voies A Lors, lorsqu'un dispositif de poursuite se trouvant dans une voie vient atteindre la Limite extérieure, l'autre voie est sélectionnée pour le signal de sortie final (et Le reste jusqu'à ce que son signal de sortie vienne frapper La limite extérieure, après quoi les rôles s'inversent de nouveau) Aussi longtemps que Le temps de réponse impu Lsionnelle efficace est inférieur au temps nécessaire pour qu'une voie négocie 2048 cycles, alors la bascule des signaux de sortie telle que décrite s'effectue régulièrement, car la voie brusquement mise en service s'est déjà sensiblement stabilisée après son phénomène transitoire de début. Par Le terme "poursuite", on entend le comptage du nombre de cyc Les 2 Icomplets par Lesquels Le signal de phase passe. On peut concevoir Le processus de façon à minimiser l'effet de tout signal transitoire résiduel amené par un grand changement antérieur de pas Ainsi, comme représenté sur la figure 3, dans chacune des deux voies, un même filtre fonctionne en para L- Lèle avec exactement Le signa L d'entrée de "pas" connu (c'est-à- dire ne comportant pas La donnée venant de l'arctangente). Lorsque la voie est destinée à fournir le signal de sortie du système, le signal de sortie du filtre parallèle est soustrait du signal principal et ceci supprime donc sensiblement le signal tran- sitoire. Alors que, en général, l'utilisation d'une seule voie n'est pas acceptable avec un dispositif de poursuite, ceci peut, dans certains cas, être une bonne solution. Un système de ce type est représenté sur la figure 4, sa mise en oeuvre étant beaucoup plus simple que l'approche à deux voies, mais elle est loin d'être aussi générale On considère plus particulièrement le filtre H(z) = (z-1)/(z-a) Dans ce cas, comme décrit ci-dessous, seule une poursuite rudimentaire est nécessaire L'équation de différence qui décrit ce filtre est y(n) = a y(n-1)+lx(n)-x(n-1)l ème o x(n) est le signal d'entrée pour le nème pas temporel, et y(n) est le signal de sortie. On note que le signal d'entrée (entre les crochets) se présente sous la forme d'une différence entre le dernier signal et le précédent Ainsi, la poursuite doit simplement vérifier que la phase de sortie est passée dans un cycle voisin ou est restée dans le cycle courant et extraire la différence des phases En limitant le choix du filtre à la classe de ceux dont l'équation de dif- férence a des entrées se présentant sous la forme de différences ou bien, de manière équivalente, possède une transformée z avec un facteur (z-1) dans le numérateur (c'est-à-dire un zéro en courant continu), on peut alors réaliser le filtre à l'aide d'un dispositif de poursuite élémentaire et d'une unique voie La figure 4 représente ce procédé. Puisqu'il est simplement nécessaire que le dispositif de poursuite contrôle si la phase du signal de sortie reste dans le cycle courant ou est passée dans un cycle voisin, alors une seule voie est nécessaire. Chacune des approches décrites ci-dessus minimise ou sur- monte Les problèmes de la technique antérieure et peut être facile- ment mise en oeuvre à l'aide d'un matériel électronique courant. Bien sûr, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du dispositif dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. Revendications 1 Démodulateur numérique permettant de démoduler un signal d'entrée modulé en phase qui peut comporter une modulation de phase importante à basse fréquence, caractérisé en ce qu'il com- porte un filtre passe-haut et un moyen de poursuite servant à suivre les cycles du signal de sortie du démodulateur, le moyen de poursuite étant en mesure de suivre un nombre prédéterminé de cycles sans ambiguïté. 2 Démodulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de poursuite comprend une première et une deuxième voie contenant chacune un dispositif de poursuite qui est en mesure de suivre un nombre prédéterminé de cycles sans ambiguïté, les dispositifs de poursuite des première et deuxième voies étant activés de façon que leurs cycles soient à un certain nombre de pas de comptage l'un de l'autre, un filtre passe-haut disposé en aval de chaque dispositif de poursuite, et un moyen permettant d'invali- der l'une des voies du dispositif de poursuite et de valider l'autre voie du dispositif de poursuite lorsque le dispositif de poursuite de la première voie citée a atteint ledit nombre de cycles prédéterminé. 3 Démodulateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque voie du dispositif de poursuite comporte une entrée de pas et un filtre passe-haut, dont le signal de sortie est ad- ditionné avec le signal de sortie du filtre passe-haut se trouvant en aval du dispositif de poursuite de ladite voie. 4 Démodulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de poursuite est conçu pour déterminer si la phase du signal de sortie est restée dans le cycle courant ou s'est déplacée dans un cycle voisin, et le filtre a une transformée z ayant le terme (z-1) dans le numérateur. Démodulateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le filtre possède une transformée z donnée par l'équation: H(z)=(z-1)/(z-a). 6 Démodulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de poursuite est destiné à déterminer si la phase du signal de sortie est restée dans le cycle courant ou est passée dans un cycle voisin, et le filtre possède un signal de sortie qui est déterminé par la différence entre son signal d'entrée courant et son dernier signal d'entrée. 7 Démodulateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le filtre possède une équation de différence: y(n)=a y(n-1)+lx(n)-x(n-1)l ème o x(n) est le signal d'entrée du filtre pour le nème pas ème temporel, et y(n) est le signal de sortie pour le nème pas tempo- rel.