Brevet FR3028320A1 — publié le 20160513

Procédé de détection de signaux dans un récepteur numérique ambigu en fréquences, et récepteur numérique mettant en oeuvre un tel procédé. L'invention concerne un procédé de détection de signaux dans un récepteur numérique ambigu en fréquences. Elle concerne également un récepteur mettant en oeuvre un tel procédé. L'invention se situe notamment dans le domaine des récepteurs numériques à large bande. Dans certaines applications, du fait des limitations technologiques des circuits de codage analogique-numérique, les récepteurs numériques utilisent des fréquences d'échantillonnage bien plus faibles que la bande totale de réception, par exemple une fréquence d'échantillonnage de l'ordre du GHz pour une bande totale à traiter comprise dans une bande de fréquences de l'ordre d'une dizaine de Ghz. Dans ces conditions l'analyse spectrale, effectuée par filtrage numérique après échantillonnage et codage du signal, donne une mesure ambigüe de la fréquence du signal, du fait des repliements de spectre. Pour traiter les repliements spectraux résultant du sous échantillonnage, ces 20 récepteurs utilisent plusieurs voies de réception fonctionnant à des fréquences d'échantillonnage différentes. Il est alors possible de lever l'ambiguïté sur la mesure de fréquence à partir des différentes mesures de fréquences obtenues sur chacune des voies de réception, à condition que les fréquences d'échantillonnage soient choisies judicieusement et que le 25 rapport signal à bruit soit suffisant pour permettre la détection du signal dans chaque voie de réception. Un tel dispositif est notamment décrit dans le document EP 1 618 407 Al. Dans les cas où le rapport signal à bruit en sortie du filtrage est insuffisant, la détection et a fortiori l'estimation de la fréquence du signal deviennent 30 impossibles. C'est le cas par exemple lorsque le signal à détecter résulte d'une émission continue ou quasi continue à faible puissance crête. Un problème à résoudre est notamment la détection ou la mesure de fréquence d'un signal à impulsion de longue durée et de faible puissance crête à partir d'un récepteur numérique à large bande de fréquence et à sous 35 échantillonnages multiples. Un but de l'invention est notamment de permettre la résolution d'un tel problème. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de détection de signaux dans un récepteur numérique ambigu en fréquences par repliement des spectres de fréquences, ledit récepteur comportant au moins deux voies de réception, une fréquence d'échantillonnage desdits signaux étant propre à chaque voie, ledit procédé comporte au moins les étapes suivantes : déterminer une bande de recherche en fréquences bornée supérieurement par une fréquence Fmax inférieure ou égale à la moitié de la fréquence d'échantillonnage la plus petite parmi les fréquences d'échantillonnage desdites voies, ladite bande de recherche étant contenue dans un même rang d'ambiguïté vis-à-vis des fréquences d'échantillonnage desdites voies ; déterminer les fréquences d'échantillonnage desdites voies de façon à ce que les fréquences repliées correspondantes auxdites voies soient une fonction monotone de la fréquence vraie desdits signaux dans ladite bande de recherche ; filtrer numériquement lesdits signaux dans lesdites voies de réception dans des bancs de filtres de même fréquence centrale multiple d'une grandeur 1/T et de même largeur égale à ladite grandeur 1/T, Fechl et Fechm étant respectivement la fréquence d'échantillonnage d'une voie d'ordre I et d'une voie d'ordre m quelconques parmi lesdites voies, Fechi/L = Fechm/M = 1/T, L et M étant des nombres entiers ; dans ladite bande de recherche, le repliement fréquentiel du signal dans la voie d'ordre I donnant une réponse dans le filtre de rang i et dans une voie d'ordre m une réponse dans le filtre de rang k+i ou i-k, réaliser un calcul d'inter-corrélation entre les signaux issus des filtres de rang i de fréquence centrale Fechi/L de la voie d'ordre I avec au moins les signaux issus des filtres de rang i+k ou i-k de la voie d'ordre m, de fréquence centrale (i+k)Fechm/M ou (i-k)Fechm/M ; réaliser la détection des signaux par comparaison de la puissance du signal en sortie du calcul d'inter-corrélation par rapport à un seuil donné, la fréquence d'un signal détecté étant identifiée par la connaissance des rangs desdits filtres. Les fréquences d'échantillonnage desdites voies sont par exemple déterminées de façon à ce que les écarts entre les fréquences repliées 5 correspondants auxdites voies soient constants dans ladite bande de recherche. Le domaine de recherche en fréquences est par exemple déplacé en modifiant les fréquences d'échantillonnage desdites voies au cours du temps. 10 Avantageusement, lesdits signaux peuvent être des signaux de faible puissance crête et d'impulsion de longue durée. Avantageusement, ledit procédé peut être appliqué à un goniomètre d'amplitude comprenant plusieurs antennes, au moins deux voies de réception étant connectées sur chaque antenne. Pour une antenne donnée, 15 le calcul d'inter corrélation est par exemple effectué entre les signaux reçus sur les deux voies de réceptions de l'antenne, le résultat dudit calcul donnant accès à l'amplitude des signaux nécessaire à l'estimation de leur direction d'arrivée. Un calcul d'inter-corrélation par exemple est effectué entre les signaux reçus de deux antennes adjacentes. 20 Avantageusement, ledit procédé peut aussi être appliqué à un interféromètre ambigu en fréquence, une voie de réception étant reliée à chaque antenne dudit interféromètre. Chaque voie de réception étant associée à une antenne différente, la phase relative d'un signal est extraite à partir des différents calculs d'inter-corrélation effectués entre les différentes voies prises deux à 25 deux. Ledit procédé est par exemple effectué parallèlement à un traitement de détection adapté à la détection de signaux pulsés. L'invention a également pour objet un récepteur numérique mettant en oeuvre ledit procédé. 30 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit, faite en regard de dessins annexés qui représentent : Les figures 1, 2 et 3, des exemples d'utilisation d'un récepteur numérique respectivement dans un goniomètre d'amplitude, dans un interféromètre et en association avec une antenne à formation de faisceau par le calcul ; - La figure 4, une illustration du fonctionnement d'un récepteur numérique selon l'art antérieur ; La figure 5, une illustration de la variation de la fréquence ambigüe obtenue par repliement spectral numérique dans un récepteur ; - La figure 6, une illustration d'un domaine fréquentiel de recherche particulier utilisé par l'invention ; La figure 7, une illustration du principe de fonctionnement d'un récepteur mettant en oeuvre le procédé de détection selon l'invention ; La figure 8, un exemple d'application de l'invention à un interféromètre ; - La figure 9, un exemple d'application de l'invention à un goniomètre d'amplitude. Les figures 1, 2 et 3 illustrent par des schémas de principe des exemples d'utilisation de récepteurs numériques. Ces récepteurs peuvent être associés indifféremment à des antennes à goniométrie d'amplitude, à des antennes interférométriques ou encore à des antennes de formation de faisceau par le calcul. Dans le cas d'un réseau d'antennes à goniométrie d'amplitude comportant plusieurs antennes comme illustré par la figure 1, une configuration courante consiste à associer six antennes 101, 102, 103, 104, 105, 106 réparties en hexagone de façon à couvrir 3600 dans le plan horizontal, chaque antenne ayant une ouverture de l'ordre de 60° à 90°. Dans un tel dispositif, la détection de la direction d'arrivée 20 d'un signal est obtenue à partir des amplitudes reçues sur les différentes antennes. Dans le cas d'une antenne à interférométrie comme illustré par la figure 2, une configuration courante consiste à utiliser quatre antennes 21, 22, 23, 24 couvrant chacune de l'ordre de 900 en horizontal, espacées irrégulièrement pour former dans un plan donné une base interférométrique ambigüe. Une couverture de 3600 peut être obtenue par exemple en utilisant quatre bases identiques de quatre antennes, les bases étant réparties selon les côtés d'un carré. Dans un tel dispositif, la direction d'arrivée d'un signal est estimée dans chaque secteur de 900 en exploitant les différences de phase du signal 5 reçu sur les quatre antennes d'une même base. Dans le cas d'une antenne à formation de faisceaux par le calcul comme illustré par la figure 3, on installe dans un plan donné plusieurs antennes 31 ayant généralement une ouverture de l'ordre de 900 en horizontal, les signaux reçus par ces différentes antennes étant sommés de façon 10 cohérente après numérisation pour former simultanément plusieurs faisceaux directifs couvrant le domaine d'observation. Ce dispositif utilise également la phase du signal reçu sur les antennes pour estimer la direction d'arrivée, en comparant l'amplitude du signal reçu dans les faisceaux formés dans les directions adjacentes. Cette solution est peu utilisée en raison du volume de 15 calculs à effectuer. Pour tous ces dispositifs notamment, il faut résoudre le problème de la détection et de la mesure en fréquence des signaux de longue durée et de faible puissance crête à partir d'un récepteur numérique large bande à sous 20 échantillonnage multiple. Actuellement, la sensibilité des récepteurs large bande, qu'ils soient analogiques ou numériques, est insuffisante pour détecter ces signaux de longue durée et de faible puissance crête. Selon l'invention, on intègre dans un récepteur numérique large bande des 25 moyens spécifiques permettant la détection des signaux de faible puissance crête et de longue durée en réalisant une inter corrélation des signaux reçus échantillonnés à des fréquences différentes, comme cela va être décrit par la suite. 30 La figure 4 illustre le principe de fonctionnement d'un récepteur numérique selon l'art antérieur ayant une très large bande de réception, typiquement de 2 à 18 GHz. Le récepteur comporte quatre voies de réception 1, 2, 3, 4 ayant chacune en entrée un codeur analogique-numérique 41, 42, 43, 44. Les quatre fréquences d'échantillonnage Fechi, Fech2, Fech3, Fech4 des 35 codeurs sont différentes, comprises par exemple entre 2 et 3 GHz, ce qui 302 832 0 6 correspond à l'état de l'art pour les codeurs analogiques. Les quatre voies de réception peuvent être reliées à des antennes différentes ou non, selon le type de réseau d'antennes utilisé. Dans un tel récepteur, les différentes fréquences Fechi, Fech2, Fech3, Fech4 sont choisies pour que l'ambiguïté sur la mesure de fréquence soit levée avec une marge de sécurité suffisante en présence de bruit, ce qui impose un espacement suffisant entre les différentes fréquences, typiquement de l'ordre de quelques dizaines de MHz. Ces différentes fréquences d'échantillonnage doivent également être choisies pour que leur plus petit commun multiple soit supérieur à la bande totale d'analyse des signaux reçus. Par ailleurs en raison du théorème de Shannon, la bande passante instantanée étant limitée à une valeur inférieure à la moitié de la fréquence d'échantillonnage la plus basse, les fréquences d'échantillonnage doivent être choisies les plus élevées possibles. Enfin, il est pratique d'utiliser un espacement constant 6F entre les fréquences d'échantillonnage car cela permet notamment d'utiliser des algorithmes simples pour lever les ambigüités en distance. Ces contraintes et facilités conduisent par exemple à choisir des fréquences d'échantillonnage comme suit, M étant un nombre entier : Fech1 = ; Fech2 = (M+1)6F; Fech3 = (M+2)15F; Fech4 = (M+3)6F (1) Par exemple si la fréquence d'échantillonnage des codeurs est de l'ordre de 2GHz, on peut choisir, en prenant M = 52: Fech1 = 2080 MHz, soit 52x40 MHz; Fech2 = 2120 MHz, soit 53x40 MHz; Fech3 = 2160 MHz, soit 54x40 MHz; Fech4 = 2200 Mhz, soit 55x40 MHz. La figure 5 illustre la variation de la fréquence ambigüe obtenue par repliement spectral numérique en fonction de la fréquence du signal d'entrée, pour chacune des quatre fréquences d'échantillonnage de l'exemple ci-dessus, dans un système d'axes où les abscisses représentent la fréquence 30 vraie des signaux reçus et les ordonnées la fréquence ambigüe détectée. Quatre courbes 51, 52, 53, 54 représentent les fréquences ambigües en fonction des fréquences vraies pour les quatre fréquences d'échantillonnage Fech1, Fech2, Fech3, Fech4. Pour chaque fréquence d'échantillonnage, cette fréquence ambigüe, formant une fréquence repliée, peut s'écrire de la façon suivante : Fambi = Fvraie - kambi x Foch; si Fvraie > kami); x Fechi (1) Fambi = kami); x Fechi - Fvraie si Fvraie La figure 6 illustre une caractéristique de l'invention. Selon l'invention à partir d'un domaine fréquentiel 61 déterminé et limité dans lequel on souhaite chercher à détecter une émission continue ou à impulsions longue, de faible puissance crête, on choisit les différentes fréquences d'échantillonnage de façon à ce que les écarts entre fréquences repliées correspondant aux différentes voies de réception 1, 2, 3, 4 soient constants dans ce domaine fréquentiel déterminé 61. Ceci est obtenu, si : Premièrement, le rang d'ambigüité de la fréquence obtenue après repliement est identique pour toutes les fréquences d'échantillonnage, à l'intérieur du domaine fréquentiel de recherche. En d'autres termes, le domaine de recherche 61 est contenu dans un même rang d'ambiguïté vis-à-vis des fréquences d'échantillonnage des différentes voies. Dans l'exemple de la figure 6, il faut : 0 kambi = kamb 2= kamb3 = kamb4 = kamb, soit : 0 valeur entière (Fvraie/Fechi) = valeur entière (Fvraie/Fech2) = valeur entière (Fvraie/Fech3)= valeur entière (Fvraie/Fech4) Deuxièmement, dans l'intervalle correspondant au domaine fréquentiel de recherche, si la fréquence ambiguë est une fonction monotone de la fréquence vraie de même sens de variation pour les différentes fréquences d'échantillonnage. Pour toute valeur de fréquence vraie, Fvraie, contenue dans le domaine de fréquence 61 défini par des bornes Fmin, Fmax, on a alors : Pour un sens de variation croissant, c'est à dire pour les valeurs entières de kamb : Fmin kamb x Fechmax et Fmax Par exemple, en choisissant le sens de variation croissant de la fréquence ambiguë, on peut choisir : Fecham Fram/kamb Pour un domaine de fréquence limité 61 à AF, il vient : AF Frnax - Fmin, soit : AF kamb x (Fechmm-Fechmax)+Fechmm/2 Et en utilisant la relation (3), on obtient pour quatre fréquences d'échantillonnage : AF (-2 - 3kamb)5F Par exemple, si la borne basse du domaine de recherche est fixée à Fmin = 9 GHz, on peut choisir, compte-tenu des fréquences d'échantillonnage maximales accessibles de l'ordre de 2 GHz, en prenant comme pas en fréquence d'échantillonnage SF = 40 MHz: - Kamb = 4 - Fech4 = Fechmax= (M+3)6F l'entier le plus proche de Frmn/Kamb=2,25 GHz, soit 56x40 MHz=2,24 GHz avec : M+3=56, soit M=53 D'où : Fech3= 55 x40 MHz = 2,2 GHz; Fech2= 54x40 MHz = 2,16 GHz; Fechi = 53x40 MHz = 2,12 GHz. Et pour un domaine de recherche en fréquence borné par AF Après avoir ainsi exploité un domaine de recherche 61, il est ainsi possible de choisir un nouveau domaine en définissant un nouveau jeu de fréquences d'échantillonnage. L'invention a été décrite à titre d'exemple pour un récepteur numérique à quatre voies. Elle s'applique plus généralement pour un récepteur comportant au moins deux voies différentes correspondant à des fréquences d'échantillonnage Fechl, Fechm différentes dans des bancs de filtres 701, 702, 703, 704 de même fréquence centrale multiple d'une grandeur 1/T, où 1/T = Fechi/L = Fechm/L, et de mêmes largeurs 1/T = Fechi/L = Fechm/L, L et M étant des nombres entiers, T étant la durée de la fenêtre d'observation. Avantageusement, l'invention peut notamment être appliquée à un interféromètre ou à un récepteur à goniométrie d'amplitude. La figure 8 illustre l'application à un interféromètre. Le système illustré par la figure 7 est connecté, en réception, aux antennes 21, 22, 23, 24 du dispositif de la figure 2. Plus précisément, des codeurs 41, 42, 43, 44 reçoivent chacun en entrée un signal issu d'une antenne 21, 22, 23, 24, éventuellement via une interface non représentée. Conformément à la description précédente, un premier codeur 41 échantillonne à la fréquence Fechi, un deuxième codeur à la fréquence Fech2, un troisième codeur à la fréquence Fech3 et un quatrième codeur à la fréquence Fech4, les fréquences étant préférentiellement différentes. Les signaux numériques issus des codeurs sont ensuite traités conformément au procédé selon l'invention, en sortie d'analyses spectrales 45, 46, 47, 48. L'inter corrélation telle que décrite ci-dessus s'effectue notamment entre le signal reçu de la première antenne 21 avec les signaux reçus des autres antennes 22, 23, 24, le filtre d'indice il étant associé à la première voie de réception reliée à la première antenne 21. En d'autres termes, chaque voie de réception, de fréquence d'échantillonnage différente, étant associée à une antenne différente, on extrait la phase relative des signaux à partir des différents calculs d'inter corrélation effectués entre les différentes voies prises deux à deux. La direction d'arrivée des signaux est obtenue à l'aide de cette phase. Les levées d'ambiguïté de la mesure de fréquence et de la mesure de phase d'interférométrie sont ainsi effectuées en une seule opération résultant des produits d'inter corrélation, comme décrit relativement à la figure 7. La figure 9 illustre l'application à un goniomètre d'amplitude tel qu'illustré par la figure 1. Dans un mode de réalisation particulier, au moins deux voies de réception 1, 2 fonctionnant à deux fréquences d'échantillonnage sont connectées sur chaque antenne 101, 102, 103, 104, 105, 106. Pour des raisons de clarté, sur la figure 9, seules deux antennes 103, 104 sont reliées à des voies de réceptions, chacune étant reliée à deux voies de réception. Sur une antenne donnée 104, l'inter corrélation est effectuée sur deux voies 1, 2 de fréquences d'échantillonnage différentes. Ce calcul d'inter corrélation donne accès à la mesure d'amplitude du signal nécessaire à l'estimation de la direction d'arrivée. La levée d'ambiguïté sur la mesure de fréquence s'effectue par exemple à l'aide des signaux repliés en fréquence, obtenus à partir du même signal échantillonné à l'aide de deux paires de fréquence différentes. Ce signal peut provenir d'une même antenne 104, ou deux antennes adjacentes 103, 104 le recevant simultanément. La couverture sur 360° est obtenue à l'aide de 12 voies de réception pour un dispositif goniométrique à 6 antennes, chaque antenne étant reliée à deux voies.25 REVENDICATIONS1. Procédé de détection de signaux dans un récepteur numérique ambigu en fréquences par repliement des spectres de fréquences, ledit récepteur comportant au moins deux voies de réception (1, 2, 3, 4), caractérisé en ce qu'une fréquence d'échantillonnage desdits signaux étant propre à chaque voie, ledit procédé comporte au moins les étapes suivantes : déterminer une bande de recherche en fréquences (61) bornée supérieurement par une fréquence (Fmax) inférieure ou égale à la moitié de la fréquence d'échantillonnage la plus petite parmi les fréquences d'échantillonnage desdites voies, ladite bande de recherche étant contenue dans un même rang d'ambiguïté vis-à-vis des fréquences d'échantillonnage desdites voies ; déterminer les fréquences d'échantillonnage desdites voies (1, 2, 3, 4) de façon à ce que les fréquences repliées correspondantes auxdites voies soient une fonction monotone de la fréquence vraie desdits signaux dans ladite bande de recherche (61) ; filtrer numériquement lesdits signaux dans lesdites voies de réception (1, 2, 3, 4) dans des bancs de filtres (701, 702, 703, 704) de même fréquence centrale multiple d'une grandeur 1/T et de même largeur égale à ladite grandeur 1/T, Fechi et Fechm étant respectivement la fréquence d'échantillonnage d'une voie d'ordre I et d'une voie d'ordre m quelconques parmi lesdites voies (1, 2, 3, 4), Fechi/L = Fechm/M = 1/T, L et M étant des nombres entiers ; dans ladite bande de recherche (61), le repliement fréquentiel du signal dans la voie d'ordre I donnant une réponse dans le filtre de rang i (71) et dans une voie d'ordre m une réponse dans le filtre de rang k+i ou i-k (72, 73, 74), réaliser un calcul d'inter-corrélation (75, 76, 77) entre les signaux issus des filtres de rang i (71) de fréquence centrale Fechi/L de la voie d'ordre I avec au moins les signaux issus des filtres de rang i+k ou i-k (72, 73, 74) de la voie d'ordre m, de fréquence centrale (i+k)Fechm/M ou (i-k)Fechm/M ;réaliser la détection (78) des signaux par comparaison de la puissance du signal en sortie du calcul d'inter-corrélation par rapport à un seuil donné, la fréquence d'un signal détecté étant identifiée par la connaissance des rangs desdits filtres. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fréquences d'échantillonnage desdites voies (1, 2, 3, 4) sont déterminées de façon à ce que les écarts entre les fréquences repliées correspondants auxdites voies soient constants dans ladite bande de recherche (61). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, 10 caractérisé en ce que ledit domaine de recherche en fréquences (61) est déplacé en modifiant les fréquences d'échantillonnage desdites voies (1, 2, 3, 4) au cours du temps. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits signaux sont des signaux de faible puissance 15 crête et d'impulsion de longue durée. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est appliqué à un goniomètre d'amplitude comprenant plusieurs antennes (101, 102, 103, 104, 105, 106), au moins deux voies de réception (1, 2, 3, 4) étant connectées sur chaque antenne. 20 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que pour une antenne donnée (104), le calcul d'inter corrélation est effectué entre les signaux reçus sur les deux voies de réceptions (1, 2) de l'antenne, le résultat dudit calcul donnant accès à l'amplitude des signaux nécessaire à l'estimation de leur direction d'arrivée. 25 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'un calcul d'inter-corrélation est effectué entre les signaux reçus de deux antennes adjacentes (103, 104). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est appliqué à un interféromètre ambigu en fréquence, 30 une voie de réception (1, 2, 3, 4) étant reliée à chaque antenne (21, 22, 23, 24) dudit interféromètre. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque voie de réception (1, 2, 3, 4) étant associée à une antenne différente (21, 22, 23, 24), la phase relative d'un signal est extraite à partir des différents calculs d'inter-corrélation effectués entre les différentes voies prises deux à deux. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est effectué parallèlement à un traitement de détection adapté à la détection de signaux pulsés. 11. Récepteur numérique, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.10