Brevet FR2821999A1 — publié le 20020913

décodeur, fait exécuter le procédé revendiqué dans la revendication 7 au décodeur. L' invention concerne les systèmes de communica- tion et les systèmes de radar, et elle a trait plus particulièrement à un procédé et un dispositif pour transmettre des signaux de communication qui résistent aux interférences électroniques. Tous les systèmes de communication, civils et militaires, doivent pouvoir fonctionner dans l'environne- ment électromagnétique encombré qui résulte de la trans- mission d'autres rayonnements, provenant à la fois de la propre bande de l'opérateur en communication et de l'extérieur des bandes. Le lien de communication doit être concu pour rejeter les rayonnements indésirés et pour minimiser le risque de gêner par ses propres transmissions les autres utilisateurs du spectre. Cependant, les opérateurs militaires doivent également travailler dans un environnement hostile o ils peuvent être soumis à des interférences ou parasites délibérés visant à dégrader leurs performances. Les divers procédés pour interférer électroniquement avec des signaux de communication sont appelés contre-mesures électroniques (CME). Les CME actives sont parfois appelées brouillage. Les procédé utilisés pour combattre les CME sont appelés contre- contremesures électroniques ( CCME). Par exemple, le brouillage comprend le brouillage par onde porteuse (OP), le brouillage à bande large, le brouillage par balayage moyen et rapide, le brouillage par impulsions et le brouillage par impulsions courtes. Des processus CCME correspondants ont été développés pour se défendre contre ces techniques. Les émetteurs, récepteurs et processeurs de communication sont communément construits de façon à permettre aux signaux requs d'être distingués du signal de brouillage. Ces distinctions entre signaux requs et signaux de brouillage peuvent être effectuées par des techniques CCME bien connues dans la réalisation des émetteurs, des antennes, des récepteurs et/ou des processeurs de données. Des techniques telles que le spectre étalé de pseudo-bruit à séquence directe, le saut de fréquence, la compression d'impulsion, la suppression de lobes latéraux et autres, sont communément utilisées pour distinguer le signal reçu d'un ou plusieurs types d'interférences CME. Dans les domaines constamment en évolution et en compétition des CME et des CCME, on peut supposer que, pour peu qu'un adversaire veuille payer le prix résultant, une CME suffisante peut être appliquée à toute liaison simple de communication pour en réduire notablement l'efficacité. Le but de la CCME est donc, non pas de tenter d' assurer l'efficacité du système de communication dans n'importe quel environnement, mais d'élever le coût du CME à un niveau le rendant le prohibitif. Dans le processus, les techniques CCME sont destinées à permettre des communications fiables, malgré toute dégradation provoquée par la CME la plus hostile. Une description plus détaillée concernant le fonctionnement des CME et des CCME est donnée par Robert C. Dixon dans "Spread Spectrum Systems", J. Wiley and Sons. En ce qui concerne la large classe des systèmes CCME, la présente invention porte sur une technique destinée à générer un type nouveau de signal de communica tion transmettre, qui facilite la détection et l'isole- ment, par le récepteur, d'un signal CME par rapport au signal de communication transmis. Comme décrit et illustré plus complètement ciaprès, des signaux classiques de communication spectre étalé de pseudobruit séquence directe sont caractérisés par une densité spectrale de puissance inégale ayant un lobe principal distinct et des lobes latéraux. Cette inégalité peut être attribuée à des facteurs comprenant le caractère aléatoire volontaire du train d'étalement de pseudo-bruit (souvent appelé train de code) engendrant le signal de communication transmis. L'inégalité de densité spectrale de puissance du signal de communication facilite une interférence par CME, c'est-à- dire qu'elle complique toute tentative par un récepteur de discerner les caractéristiques spectrales d'un signal de brouillage accompagnant le signal de communication reçu. Cette difficulté est particulièrement aigué lorsque le signal CME est un signal de brouillage à bande étroite comprise dans la bande de fréquence du signal de communica- tion. La présente invention a trait un appareil et une technique destinés à agir sur le signal de données pseudo- aléatoires pour engendrer un signal de communication caractérisé par une densité spectrale de puissance régulière sur la bande passante du signal, de façon que les signaux CME soient plus aisément identifiés et isolés du signal de communication. L' invention peut être utilisée conjointement avec du matériel existant de traitement de signaux et d'autres techniques CCME actuelles. Un procédé et un appareil destinés synthé- tiser un signal de communication pseudo-aléatoire ayant un spectre de puissance plat et régulier sont décrits. Le dispositif comprend un circuit de modulation de fréquence destiné à déduire un premier signal analogique d'un signal de codage numérique. Le premier signal analogique, sortant d'un oscillateur commandé en tension, est établi de façon à avoir une amplitude sensiblement constante et une fréquence qui varie en réponse à l' amplitude du signal de codage numérique. Un circuit effectuant une transformation de Fourier est connecté au circuit de modulation de fréquence et intervient de façon à déduire un second signal analogi que du premier signal analogique. Le second signal analogique résultant, c'est-à-dire le signal émis, est la transformation de Fourier du premier signal analogique, ayant une densité spectrale de puissance sensiblement constante sur la bande passante du second signal analo gique, et ayant une amplitude qui varie en fonction de l'amplitude du signal de codage numérique. Le second signal analogique est établi de façon à avoir des caractéristiques d' amplitude analogues à du bruit, qui apparaissent sous la forme d'un bruit thermique pour un observateur. La densité spectrale de puissance sensiblement plate du second signal analogique rend en outre ce signal difficile détecter par un observateur. Le signal de codage est avantageusement un signal de codage numérique ayant une amplitude qui varie entre deux limites d'amplitude et qui est répartie de façon sensiblement égale entre les deux limites. Les caractéristiques de fréquence du premier signal analogique sont distribuées similairement de façon égale afin que la fréquence varie entre deux limites de fréquence et soit sensiblement répartie de façon égale entre ces limites. Le circuit de transformation de Fourier intervient de façon retarder les composantes de fréquence de son signal d'entrée de durées correspondant aux fréquences instantanées du premier signal analogique. En conséquence, la distribution sensiblement égale de fréquence dudit premier signal analogique produit un second signal analogique ayant des caractéristiques d'amplitude qui sont statistiquement stationnaires et qui ressemblent à un bruit thermique. L' invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est un graphique montrant la densité spectrale de puissance d'un signal spectre étalé classique de pseudo-bruit séquence directe, sur la bande passante du signal; la figure 2 est un schéma fonctionnel simplifié illustrant une forme de réalisation de l' invention ainsi que des signaux respectifs d'entrée et de sortie; la figure 3 est un schéma fonctionnel simplifié illustrant une forme de réalisation de l' invention connectée à un circuit associé pour la génération d'un signal d'entrée convenable; et les figures 4a à 4f sont des diagrammes de signaux illustrant des signaux et des composantes de signaux en divers points dans le circuit représenté sur la figure 3. La description donnée ci-dessous présente les fonctions et la suite d'opérations effectuées par l'inven- tion dans la forme de réalisation illustrée. I1 convient cependant de noter que les mêmes fonctions ou séquences, ou des fonctions ou séquences équivalentes, peuvent être effectuées par des formes de réalisation différentes qui entrent également dans le cadre de l' invention. Des dispositifs classiques à pseudo-bruit, séquence directe et saut de fréquence, permettent d'obtenir une agilité de fréquence et un maintien spectral sur une large bande passante du signal de pseudo-bruit à séquence directe. Cependant, ils imposent diverses exigences à la synthèse du signal. Le confinement spectral dans de tels dispositifs actuels est habituellement réalisé par l'utilisation de synthétiseurs complexes de fréquence dont la souplesse et la flexibilité sont limitées. De plus, ces dispositifs classiques produisent des signaux de pseudo- bruit à séquence directe (DSPN) qui présentent des caractéristiques de densité spectrale de puissance inégale, résultant du caractère aléatoire de la suite ou du train de données de pseudo-bruit (PN). La figure 1 illustre la densité spectrale de puissance, à la bande de base, d'un échantillon fini d'un signal PN classique à trente-deux branches. L'inégalité de la densité spectrale de puissance apparait sur la figure. Tout brouilleur CME à bande étroite de puissance modérée peut générer des signaux qui sont aisément confondus avec l'un des pics du spectre du signal transmis. En conséquence, il est souhaitable de générer un signal caractérisé par une densité spectrale de puissance plus uniforme sur la bande du signal, afin que des signaux d'interférence CME à bande étroite puissent être plus aisément identifiés et séparés du signal de communication reçu. La figure 2 est un schéma fonctionnel simplifié illustrant une mise en oeuvre de la présente invention avec une représentation généralisoe des signaux d'entrée et de sortie. Un circuit 21 comprend un circuit 23 de transforma tion de Fourier de signaux à compression-expansion, réalisé conformément à l' invention. L'entrée 25 du circuit 23 de transformation de Fourier est identifiée par S(u), qui est une forme d'onde variant avec le temps, carac térisée par une fréquence variant de façon pseudo-al éato ire dont l 'amplitude reste constante à l'intérieur d'une enveloppe. La sortie 27 du circuit 23 de transformation de Fourier est identifice en S(t) qui est également une fonction variant avec le temps. Le signal S(t) passe à travers un convertisseur élévateur 29 et est transmis par l'intermédiaire d'une antenne 31. Pour expliquer convenablement le fonctionnement du circuit de la figure 2, il faut que le "temps" à l'entrée du circuit 23 de transformation de Fourier soit désigné différemment de la désignation du "temps" à sa sortie. Le temps à l'entrée du circuit 23 de transformation 37 de Fourier sera désigné _, tandis que le temps à sa sortie sera désigné t. Par la relation bien connue de transformation de Fourier, la variable _ se comporte comme une fréquence dans la mesure o la fonction temps à la sortie du circuit 23 est concernée. Par conséquent, u sera considéré comme une "pseudo-fréquence". Le signal S(u) peut être caractérisé comme étant un signal d' amplitude constante dont la fréquence est répartie de façon égale entre deux limites établies. Comme décrit plus en détail ci-dessous, le signal S(u) peut être généré par un oscillateur commandé en tension (VCO) et les deux limites établies peuvent être établies par un circuit classique. Les variations de la fréquence sont sensibles à un train ou une suite de codes pseudo-aléatoires qui agit en tant que signal de codage. Le signal 23 de transforma tion de Fourier intervient de façon à transformer de manière prévisible les variations de la fréquence du signal d'entrée S(u) en variations de l' amplitude du signal de sortie S(t). La répartition égale de la fréquence du signal d'entrée S(u) entre les deux limites produit un signal de sortie S(t) ayant une puissance moyenne sensiblement constante de sortie sur son intervalle de temps, avec des caractéristiques d' amplitude de crête analogues à un bruit thermique. Plus particulièrement, la plage de la variable (u) peut être considérée comme étant constituée de plusieurs composantes spectrales du signal alignées suivant l'axe horizontal, chacune d'elles étant caractérisée par l' amplitude sensiblement constante de S(u) et la fréquence de S(u). L'opération caractéristique du circuit 23 de transformation de Fourier consiste à retarder chacune des composantes spectrales (u) d'un temps proportionnel à la fréquence de S(u) à cette valeur de (u). La composante spectrale de la pseudo-fréquence u est retardée d'une quantité proportionnelle à la fréquence de sortie de l'oscillateur commandé en tension à cette valeur de u du fait que S(u) est soumis à un processus de transformation de Fourier. En supposant que ces fréquences de sortie sont réparties de façon égale entre deux limites de fréquence, les composantes spectrales représentées par les valeurs u seront réparties de façon égale, dans le temps, dans le signal de sortie du circuit de transformation de Fourier, produisant ainsi une puissance moyenne sensiblement constante du signal de sortie avec des variations d' amplitude qui sont similaires à un bruit thermique. Une autre caractéristique utile du circuit 23 de transformation de Fourier pour signaux à compression-expansion est que, lorsque l 'amplitude du signal d'entrée reste constante, la densité spectrale de puissance du signal de sortie est sensiblement constante sur la bande passante du signal de sortie. Cette carac téristique est utilisée pour obtenir la densité spectrale de puissance plate du signal de sortie, tout en permettant à la modulation de fréquence propre à S(u) de produire des caractéristiques d'amplitude pseudo-aléatoire dans S(t). Conformément à des propriétés bien connues de la transfor mation de Fourier, la bande passante du signal de sortie S(t) est déterminée par la durée de l'impulsion S(u). Le signal de sortie S(t) est une combinaison de composantes de signaux en phase et en quadrature, le signal complexe ayant une amplitude qui varie d'une manière ressemblant à un bruit thermique pour un observateur. La caractéristique plate de la densité spectrale de puissance du signal de sortie S(t) rend en outre difficile de détecter la présence du signal émis S(t). A moins que le récepteur so it en synchronisation avec la fréquence d'impulsion du signal S(u) et puisse générer un train de codes en conformité avec le train de codes utilisé pour faire varier la fréquence de S(u), la réception et l'interprétation du signal émis risquent d'être extrêmement difficiles. Par conséquent, toute interception hostile est fortement compliquée. En pratique, le signal S(u) peut être considéré comme un s ignal à modul at ion de fréquence pseudo-a léato ire à l'intérieur d'une enveloppe constante. Le circuit convenant à la génération d'un tel signal est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 697 157. D'autres moyens, tels que ceux décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 644 299, peuvent également être utilisés pour générer le signal S(u). Le circuit 37 de transforma- tion de Fourier pour signaux compression-expansion peut également être réalisé conformément à des dispositifs bien 282 1 999 connus. Le circuit 23 de transformation de Fourier pour signaux à compression-expansion peut être constitué par un dispositif classique tel que la forme de réalisation SAW de la transformée Z de signaux à expansion-compression, conçue pour transformer le rythme de variation de la phase du signal d'entrée en un retard correspondant dans le signal de sortie. La puissance moyenne constante du signal à la sortie du circuit 23 de transformation de Fourier peut être prévue d'après un signal d'entrée ayant une caractéristique de fréquence pseudo-aléatoire avec une distribution uniforme à l'intérieur des limites maximale et minimale de fréquence. La structure et le fonctionnement d'un tel dispositif sont décrits par Rabiner et collaborateurs dans "THE CHIRP z-TRANSFORM ALC; ORITHM, IEEE TRANSACTIONS ON AUDIO AND ELECTRO ACOUSTICS", vol. 17, N 2, Juin 1969, pages 86-92 et par L.B. Miletein, P.K. Das, "AN ANALYSIS OF A REAL-TIME TRANSFORM DOMAIN FILTERING DIGITAL COMMUNICA TION SYSTEM-PART I: NARROW-BAND INTERFERENCE REJECTION, IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS", vol. COM-28, N 6, pages 816-824, Juin 1980. Une particularité de l' invention réside dans l'utilisation d'un tel circuit de transforma tion de Fourier pour signaux à compressionexpansion en combinaison avec le train ou la suite de pseudo-bruit (PN) pour produire les caractéristiques souhaitées du signal de communication, c'est-à-dire une densité spectrale de puissance plate et une amplitude analogue du bruit du signal émis. Ces caractéristiques rendent le signal émis moins perceptible et moins sujet aux interceptions, comme décrit précédenment. On a déterminé, en pratique, que les composantes en phase et en quadrature du signal émis S(t) tendent à avoir une forme gaussienne, et, par conséquent, plus résistante à une interception des mesures électroni ques de soutien (MES). On a également observé que la forme plate du spectre de puissance donnait un avantage de 2,1 dB sur la génération de signaux par modulation par déphasage minimal (MSK) dans un environnement à brouillage à bande étroite. En consequence de la présente invention, le signal de sortie S(t) présente une bande passante plus large que celle à laquelle on s'attendrait normalement pour la même durée d'impulsion. L' amplitude de faible niveau et la large bande passante rendent le signal émis plus difficile à détecter par du matériel de brouillage. La densité spectrale de puissance plate et régulière facilite également la discrimination de tout signal de brouillage, comme décrit précédemment. La bande passante instantanée du signal émis peut être modifiée conformément à d'autres techniques classiques pour réduire encore la sensibilité du signal émis une interférence CME. Une prédistorsion pour une égalisation en présence d'une interférence CME connue convient. L'agilité de fréquence et la conformation spectrale du signal de sortie peuvent être obtenues par une fonction enregistrée qui représente la conformation spectrale souhaitée effectuée en tant que multiplicateur de S(u). Ceci peut être utilisé pour réduire l'efficacité d'un brouilleur connu. Par conséquent, la synthèse du domaine de la transformée produit un moyen souple et flexible pour l'obtention de formes d'ondes à spectre étalé résistant à une interférence CME. La figure 3 est un schéma fonctionnel simplifié illustrant la présente invention et montrant plus en détail une structure et un procédé utiles la mise en oeuvre de la présente invention, utilisant un flot PN binaire classique en tant que source d'éléments pseudo-aléatoires. Comme illustré sur la figure 2, l'entrée du circuit 37 de transformation de Fourier pour signaux compression- expansion est identifiée S(u), ayant une composante intéressante qui varie en réponse l 'amplitude du signal F(u). Le signal F(u) est généré en conséquence du fonction 2821 999 nement d'un intégrateur 31 et d'un circuit à seuil et inverseur 33. La réalisation de l'intégrater 31 et du circuit à seuil et inverseur 33 est évidente à l'homme de l'art compte tenu de l' application particulière concernée. Des composants appropriés pour l'exécution de l'intégrateur 31 et de la fonction du circuit à seuil et inverseur 33, ainsi que de l'oscillateur commandé en tension 35, sont décrits dans le brevet N 4 697 157 précité. Le signal de sortie de l'oscillateur commandé en tens ion 35 est une onde sinusoïdale d'amplitude constante et de fréquence qui peut varier sous la commande de l'entrée de l'oscillateur commandé en tension. La fréquence d'entrée de cet oscillateur est appelée F(u). A présent, au moyen d'une relation bien connue de transforma tion de Fourier, l' incidence de tout retard T à la sortie du circuit 37 de transformation de Fourier correspond à 1'apparition du facteur multiplicateur exp(-2 juT) à l'entrée de ce circuit 37. Cependant le facteur exp(-2 juT) représente simplement une sinusoïde dans la variable de pseudo-fréquence u, laquelle sinusoïde a une fréquence numériquement égale à T. Par conséquent, la variable F(u) de fréquence représente numériquement le retard à la sortie du circuit 37. Par conséquent, sur la figure 4b, l'axe vertical est dimensionné en unités de temps, car il représente la fréquence F(u) à la sortie de l'oscillateur commandé en tension. Pour faciliter l'interprétation de la figure 4b, il convient de noter que la ligne horizontale à F(u)=0, 500 coupe les dents de scie aléatoires F(u) en un certain nombre de valeurs de u. Ces valeurs représentent le groupe de composantes spectrales du signal qui dérivent à la sortie du circuit de transformation de Fourier à l' instant t=0,50. Les figures 4a 4f illustrent graphiquement des formes d'ondes typiques apparaissant en différents points à l'intérieur de l'exemple de circuit illustré sur la figure 3, et par conséquent, elles doivent être considérées en association avec la figure 3 pour mieux comprendre la forme de réalisation illustrée de l'inven S tion. La figure 4a illustre graphiquement un exemple de train et de suite de données PN appliqués à l'entrée du circuit représenté sur la figure 3. La figure 4b illustre une fonction de variation de fréquence F(u) dérivée du signal d'entrée PN. lO La figure 4c illustre la phase instantanée du signal en sortie de l'oscillateur commandé en tension 35, lequel signal est appliqué à l'entrée du circuit 37 de transformation de Fourier pour signaux à compression expansion. Les figures 4d et 4e illustrent les composantes en phase et en quadrature, respectivement, en sortie du circuit 37 de transformation de Fourier. La figure 4f illustre l'enveloppe complexe du signal S(t) formé partir des signaux en phase et en quadrature illustrés aux figures 4d et 4e. La figure 4f montre les caractéristiques d' amplitude analogues à un bruit thermique du signal de sortie généré conformément à l 'invention. Comme l'homme de l'art peut le constater, lorsque la fréquence de sortie de l'oscillateur commandé en tens ion est pseudo-aléatoire avec une répart it ion statist i que uniforme, le signal de sortie du circuit 37 de transformation de Fourier est pseudo-aléatoire avec une dispersion uniforme dans le temps. La fréquence instantanée et les niveaux de tension T et -T représentent les limites de la distribution statistique uniforme de S(t). Comme décrit précédemment, il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l' invention. Par exemple, d'autres circuits peuvent être réalisés pour appliquer le signal S(u) à l'entrée du circuit de transformation de Fourier. De plus, la fonction de transformation de Fourier pent être exécutée par un dispositif autre qu'un circuit de transformation de Fourier pour signaux compression-expansion. En outre, un réglage des paramètres du circuit pent être réalisé pour établir la bande passante et la durée souhaitées du circuit. REVENDICATIONS 1. Dispositif (21) destiné à synthétiser un signal de bruit pseudoaléatoire ayant un spectre de puissance régulier et plat, ce dispositif, qui comprend un circuit (31, 33, 35) de modulation de fréquence destiné produire un premier signal analogique (S(u)) en réponse à un signal (PN) de modulation numérique, étant caractérisé en ce que le signal numérique d'entrée (PN) possède une amplitude qui varie de manière pseudo-aléatoire entre deux limites d'amplitude et, en réponse à celle-ci, ledit premier signal analogique (S(u)) possède une amplitude sensiblement constante et une fréquence qui varie en fonction de l' amplitude du signal numérique, et le dispositif (21) comprend en outre un circuit (37) de transformation de Fourier connecté au circuit de modulation de fréquence pour déduire un second signal analogique (S(t)) dudit premier signal analogique (S(u)), le second signal analogique étant la transformée de Fourier du premier signal analogique, ayant une densité spectrale de puissance sensiblement constante sur la bande passante du second signal analogique et une amplitude qui varie en fonction de l' amplitude du signal numérique d'entrée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence du premier signal analogique (S(u)) varie entre deux limites de fréquence et est répartie de façon sensiblement égale entre lesdites deux limites de fréquence. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ampli tude du second signal analogique (S(t)) varie en fonction de variations de la fréquence du premier signal analogique (S (u)) 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second signal analogique (S(t)) possède des caractéristiques d' amplitude analogues à du bruit. 5. Dispositif melon l'une quèlconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier signal analogique (S(u)) comprend plusieurs composantes de signal et en ce que le signal (37) de transformation de Fourier retarde ces composantes du signal d'un temps correspondent la fréquence desdites compo-