Brevet FR2933831A1 — publié le 20100115

La présente invention a pour objet un procédé de génération d'un scénario de bruits électromagnétiques. Actuellement, pour contrôler la fiabilité d'une communication radioélectrique, on détermine généralement l'amplitude minimale du signal utile en fonction de la couverture du réseau et le rapport � signal sur bruit � minimum pour atteindre la qualité de communication souhaitée. Cela permet de fixer un gabarit de bruit électromagnétique maximum, le gabarit indiquant le niveau de bruit au-dessus duquel la communication est susceptible d'être brouillée. Cette approche n'est plus applicable avec les nouveaux systèmes de télécommunication numériques, du fait de leur complexité et de l'augmentation des fréquences utilisées. En particulier, lorsqu'un signal de télécommunication rencontre une perturbation, c'est principalement l'impact sur le taux d'erreur binaire (TEB) qui sera déterminant sur le succès ou l'échec de la transmission. Or, l'effet d'une perturbation radioélectrique sur le taux d'erreur binaire n'est pas uniquement lié à l'amplitude de la perturbation mais dépend au contraire principalement de sa durée et de sa répétition. Ainsi, une perturbation d'amplitude très élevée mais très brève pourra passer inaperçue alors qu'une perturbation durable dans le temps ou une perturbation brève mais répétée à intervalles de temps courts, d'amplitude moindre, dégradera davantage le taux d'erreur binaire et pourra même totalement empêcher l'établissement de la communication. De plus, dans les hautes fréquences désormais utilisées, les perturbations les plus brèves s'avèrent être les plus pénalisantes. En effet, les phénomènes les plus brefs couvrent une étendue spectrale importante. En outre, la miniaturisation des composants d'électronique et d'électronique de puissance entraîne des changements d'état de plus en plus rapide, ainsi que l'augmentation du nombre de périodes transitoires et de la sensibilité des équipements par rapport aux perturbations extérieures. De plus, l'augmentation de la vitesse des véhicules a pour effet l'augmentation des phénomènes mécaniques à 1' origine des perturbations, ainsi que l'augmentation des changements de bases à l'origine des perturbations. Pour toutes ces raisons, les méthodes traditionnelles de vérification ou de gestion de la compatibilité électromagnétique sont de plus en plus inadaptées pour contrôler les communications radio transmises par des systèmes de télécommunication actuels. La présente invention a pour but de proposer un procédé de génération d'un scénario de bruits qui permette de contrôler la fiabilité d'un équipement sensible en évitant les inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de génération d'un scénario de bruits électromagnétiques pour le contrôle de la fiabilité d'un équipement sensible, caractérisé en ce qui comprend les étapes consistant à : - définir des conditions électromagnétiques environnementales relatives à l'environnement de l'équipement sensible, - déterminer un positionnement de l'équipement sensible dans ledit environnement, et - générer, à partir desdites conditions électromagnétiques environnementales et dudit positionnement de l'équipement sensible, un scénario de bruits électromagnétiques comprenant un ensemble de bruits permanents et un ensemble de bruits transitoires. De préférence, le procédé comporte des étapes consistant à programmer un générateur de signal avec ledit scénario de bruits électromagnétiques, et à émettre, à l'aide dudit générateur de signal, un signal correspondant audit scénario de bruits électromagnétiques à destination dudit équipement sensible. Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit environnement étant un train, le procédé comprend une étape consistant à fixer au moins un paramètre parmi la longueur du trajet, la durée du trajet, la vitesse maximale, le type d'électrification de la ligne, l'âge de la caténaire et l'existence de sections neutres, ledit au moins un paramètre étant pris en compte pour générer ledit scénario de bruits électromagnétiques. Avantageusement, le procédé comprend une étape consistant à fixer au moins une caractéristique relative à l'étage d'entrée dudit équipement sensible, ladite au moins une caractéristique étant prise en compte pour générer ledit scénario de bruits électromagnétiques. L'invention a également pour objet une machine numérique programmée pour mettre en oeuvre le procédé de génération d'un scénario de bruits électromagnétiques. L'invention a également pour objet un générateur de signal programmé avec un scénario de bruits électromagnétiques obtenu par l'exécution du procédé de génération d'un scénario de bruits électromagnétiques. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est un schéma fonctionnel montrant les étapes d'un procédé de génération d'un scénario de bruits électromagnétiques selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est un schéma fonctionnel montrant des sous-étapes du procédé de la figure 1 permettant la construction d'une base de données ; - la figure 3 est un graphe montrant la durée de mille évènements transitoires ; - la figure 4 est un graphe montrant la densité de probabilité des durées des évènements transitoires de la figure 3 ; - la figure 5 représente une interface graphique permettant à un utilisateur de définir des conditions environnementales ; - la figure 6 représente une deuxième interface graphique permettant à un utilisateur de définir des conditions environnementales ; - la figure 7 représente une interface graphique permettant à un utilisateur de définir l'équipement à tester ; - la figure 8 représente une deuxième interface graphique permettant à un utilisateur de définir l'équipement à tester ; 25 30 35 - la figure 9 est un graphe montrant une courbe représentant, en fonction du temps, l'amplitude d'un bruit permanent élémentaire ; - la figure 10 est un graphe montrant une courbe représentant, en fonction du temps, l'amplitude d'un bruit transitoire élémentaire ; - la figure 11 est un graphe montrant deux courbes représentant respectivement, en fonction du temps, deux séquences de bruits permanents ; - la figure 12 est un graphe montrant deux courbes représentant respectivement, en fonction du temps, deux séquences de bruits transitoires ;et - la figure 13 est un graphe montrant un exemple de scénario de bruits permanents. L'invention a pour objet un procédé de génération d'un scénario de bruits utilisable pour le contrôle de la fiabilité d'un équipement sensible (non représenté), qui peut être, par exemple, un dispositif électronique, un capteur ou un système de télécommunication. Au sens de l'invention, le terme � bruit � désigne un bruit électromagnétique, et le terme � fiabilité � désigne la fiabilité d'un équipement face à des perturbations électromagnétiques. En se référant à la figure 1, les étapes 100 et 101 du procédé sont des étapes préliminaires de construction d'une base de données. L'étape 100 consiste a effectuer des mesures préalables de bruits électromagnétiques dans des environnements variés et à mémoriser des données relatives à ces mesures. L'étape 101 consiste à analyser les données mémorisées à l'étape 100 pour en extraire des lois statistiques de distribution des paramètres caractéristiques des bruits électromagnétiques. La figure 2 montre les sous-étapes de l'analyse de données de l'étape 101. Dans un premier temps, le procédé étudie les durées, les temps de montée, et le taux de répétition des bruits électromagnétiques mémorisés. La figure 3 montre, à titre d'exemple, un graphe représentant la durée de mille évènements transitoires. Le temps de montée et le taux de répétition des évènements sont étudiés de manière similaire. Ensuite, le procédé détermine des lois de distribution (et leurs paramètres) des durées, des temps de montée et du taux de répétition, en fonction des conditions de mesures (vitesse, type d'électrification, par exemple). Pour cela, le procédé détermine la loi statistique qui se rapproche le plus de la distribution de chaque caractéristique temporelle des évènements transitoires. La densité de probabilité des durées des évènements transitoires de la figure 3 est représentée sur la figure 4. Sur cette figure, le graphe à barres 10 représente la distribution expérimentale et la courbe 11 représente la densité de probabilité empirique estimée à partir de la distribution expérimentale. La courbe 11 représente la fonction densité de probabilité de la loi Lognormale qui s'écrit comme suit : 1 i (In(D)-/1)2 f (D P' 6) = exp ù Do Wl 26-2 Avec D la durée des événements collectés, � la moyenne de la loi et 6 l'écart type de la loi. Les paramètres � et 6 sont déterminés à l'aide de la méthode de maximum de vraisemblance permettant de réduire l'écart entre la fonction densité de probabilité estimée et 20 expérimentale. Par exemple � =-0.17 et 6 = 0.84. Les temps de montée et le taux de répétition des évènements transitoires sont traités de manière similaire. Le procédé mémorise les lois statistiques de distribution dans une base de données qui sera par la suite utilisée pour déterminer un 25 scénario de bruits. L'étape 102 du procédé consiste à définir des conditions électromagnétiques environnementales relatives à l'environnement de l'équipement sensible, par exemple le type de moyen de transport (train, voiture, ou autre) dans lequel l'équipement sensible est embarqué, ou le 30 type d'installation (bâtiment industriel ou résidentiel) dans lequel il est disposé. La figure 5 représente un exemple d'interface graphique permettant à un utilisateur de définir les conditions environnementales. L'utilisateur sélectionne sur l'interface graphique une ou plusieurs 35 case(s) caractérisant l'environnement. Par exemple, lorsque l'utilisateur15 sélectionne les cases � mobile � et � train �, une deuxième interface graphique (figure 6), dépendant de la ou des case(s) sélectionnée(s), apparaît sur l'écran pour permettre une définition plus précise de l'environnement. Dans l'exemple, l'utilisateur précise qu'il s'agit d'un TGV. En variante, une troisième interface graphique peut alors s'afficher sur l'écran pour permettre à l'utilisateur de choisir parmi une liste de lignes à partir des villes de départ et d'arrivée. Ainsi, les différentes informations relatives à la ligne telles que le nombre de gares traversées, les sections neutres, le type d'électrification, l'âge de la ligne, les distances parcourues en zone rurale et urbaine peuvent être préalablement renseignées. De manière générale, le nombre d'interfaces graphiques affichées successivement dépend de la précision souhaitée pour la 15 définition de l'environnement. L'étape 103 du procédé consiste à déterminer un positionnement de l'équipement sensible, notamment la position des antennes et des récepteurs de l'équipement sensible dans le véhicule ou le bâtiment ou autre. 20 La figure 7 représente une interface graphique permettant à un utilisateur de fournir des informations sur l'équipement. Le choix du système de télécommunication permet de déterminer automatiquement les fréquences sensibles, la topologie complète du système à bord du train et les positions des antennes (par exemple sur le toit, sous le train, 25 en voiture voyageur, en locomotive, ou autre). Il permet également de proposer une liste du type d'antennes pertinentes (figure 8). L'étape 104 du procédé consiste, à partir des conditions électromagnétiques environnementales et du positionnement de l'équipement sensible déterminés aux étapes précédentes, à générer un 30 scénario de bruits. Pour cela, le procédé utilise la base de données construite et mémorisée à l'étape 101. La base de données permet d'identifier des bruits permanents élémentaires et des bruits transitoires élémentaires. La figure 9 montre une sinusoïde modulée en amplitude, qui 35 définit un bruit permanent élémentaire. La modulation en amplitude permet de simuler soit l'éloignement ou le rapprochement de la source, soit une variation de la puissance émise par la source de bruit. La figure 10 montre un bruit transitoire élémentaire, qui est défini par un temps de montée tl, une durée D et une amplitude A. Le procédé extrait ainsi un scénario de bruits permanents et un scénario de bruits transitoires. Le scénario de bruits permanents représente les bruits qui sont émis par des sources qui émettent continuellement, par exemple des émetteurs de radiodiffusion ou des alimentations continues. L'amplitude du bruit permanent peut varier légèrement au cours du temps, notamment pour simuler le fait que l'on s'éloigne ou que l'on se rapproche d'un émetteur. On notera que les bruits permanents possèdent généralement des fréquences connues et fixes. Le scénario de bruits permanents est constitué par un ensemble de séquences de bruits permanents, qui se suivent de manière aléatoire sur une durée totale fixée par l'utilisateur du générateur de bruit. La figure 11 représente, à titre d'exemple, deux séquences SI et S2 de bruits permanents. La figure 13 montre un exemple de scénario de bruits permanents. Ce scénario comprend une porteuse GSM avec une modulation en amplitude qui simule la variation de distance de l'émetteur, une modulation d'amplitude sur les canaux TV (on considère que les émetteurs des différents canaux sont placés aux mêmes endroits, ainsi la modulation en amplitude qui simule la variation de distance entre l'équipement embarqué et les émetteurs est la même pour tous les canaux) et une modulation d'amplitude pour un émetteur FM. Le scénario de bruits permanents est la somme de ces différents sinus modulés en amplitude. Le scénario de bruits transitoires représente les bruits émis suite à des variations subites de courant ou de tension. On constate ce type de bruit avec des hacheurs, certains moteurs, des actionneurs, des switches, des pertes de contact caténaire-pantographe ou des disjoncteurs, par exemple. Les bruits transitoires couvrent généralement de larges bandes de fréquences, qui dépendent de la rapidité du front montant du bruit transitoire (temps de montée tl). Le temps de montée tl est caractéristique du dispositif qui est à l'origine du bruit (moteur, actionneur, ou autre) et donc la bande de fréquences couverte également. D'autre part, les bruits transitoires sont généralement répétés. Par exemple, lorsque l'on met des essuie-glaces en marche, on peut constater un bruit transitoire provoqué par le moteur d'essuie-glace à chaque battement d'essuie-glace. On constatera alors un bruit transitoire avec une fréquence de répétition qui dépend de la vitesse des essuie-glaces. Le scénario de bruits transitoires est constitué par un ensemble de séquences de bruits transitoires, qui se suivent de manière aléatoire sur une durée totale fixée par l'utilisateur du générateur de bruit. La figure 12 représente, à titre d'exemple, deux séquences S11 et S12 de bruits transitoires. La séquence S 11 est constituée par la superposition d'un premier signal, correspondant à une perturbation transitoire qui apparaît fréquemment, et d'un deuxième signal, correspondant à une perturbation transitoire peu fréquente. Cela se caractérise par des pics d'une première amplitude Al apparaissant à une première fréquence fl et des pics d'une deuxième amplitude A2, avec A2>A1, apparaissant à une deuxième fréquence f2, avec f2 Ainsi, en générant des scénarios comportant à la fois des bruits permanents et transitoires, on peut mettre en oeuvre des essais pertinents face à tout type de protocole. On notera que les générateurs de bruit connus sont des générateurs de bruit blanc, c'est-à-dire qu'ils produisent un bruit qui couvre uniformément une large bande de fréquences. La bande de fréquences couverte est généralement un paramètre invariant qui caractérise le type d'équipement. Au contraire, le procédé selon l'invention permet de générer un bruit variable dans le temps, ce qui permet de prendre en compte les paramètres qui définissent les systèmes de télécommunication actuels, notamment les paramètres liés au protocole de télécommunication (fréquences, nombre de canaux, handover, répétition et durée des messages binaires) et les paramètres qui caractérisent les perturbations (amplitude, fréquences, durée, répétition). En d'autres termes, le procédé selon l'invention permet de simuler des conditions plus réalistes. Le scénario de bruits peut également être employé afin d'établir des procédures d'essais de compatibilité électromagnétique en laboratoire représentatives des circonstances que rencontrera l'équipement sensible dans son utilisation courante. Dans un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend une étape supplémentaire dans laquelle un utilisateur fixe des paramètres, par exemple la longueur et la durée du trajet, la vitesse maximale, le type d'électrification de la ligne, l'âge de la caténaire, l'existence de sections neutres et le type de zone (rurale ou urbaine). Ces paramètres sont ensuite pris en compte par le procédé pour déterminer les chances d'apparition des perturbations et les amplitudes atteintes. Il est également possible de fixer des caractéristiques relatives à l'étage d'entrée du système (réponse de l'antenne de réception, filtre) de façon à corriger les perturbations pour offrir un scénario de perturbations représentatif de ce que reçoit réellement le système de télécommunication. Bien que l'invention ait été décrite en relation avec plusieurs modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Procédé de génération d'un scénario de bruits électromagnétiques pour le contrôle de la fiabilité d'un équipement sensible, caractérisé en ce qui comprend les étapes consistant à : - définir des conditions électromagnétiques environnementales relatives à l'environnement de l'équipement sensible, - déterminer un positionnement de l'équipement sensible dans ledit environnement, et - générer, à partir desdites conditions électromagnétiques environnementales et dudit positionnement de l'équipement sensible, un scénario de bruits électromagnétiques comprenant un ensemble de bruits permanents et un ensemble de bruits transitoires. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes consistant à programmer un générateur de signal avec ledit scénario de bruits électromagnétiques, et à émettre, à l'aide dudit générateur de signal, un signal correspondant audit scénario de bruits électromagnétiques à destination dudit équipement sensible. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, ledit environnement étant un train, caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à fixer au moins un paramètre parmi la longueur du trajet, la durée du trajet, la vitesse maximale, le type d'électrification de la ligne, l'âge de la caténaire et l'existence de sections neutres, ledit au moins un paramètre étant pris en compte pour générer ledit scénario de bruits électromagnétiques. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à fixer au moins une caractéristique relative à l'étage d'entrée dudit équipement sensible, ladite au moins une caractéristique étant prise en compte pour générer ledit scénario de bruits électromagnétiques. 5. Machine numérique programmée pour mettre en oeuvre le procédé de génération d'un scénario de bruits électromagnétiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 4. 6. Générateur de signal programmé avec un scénario de bruits 35 électromagnétiques obtenu par l'exécution du procédé de générationd'un scénario de bruits électromagnétiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.