Brevet FR3042666A1 — publié le 20170421

DETECTION DE SIGNAL ULTRA LARGE BANDE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne la sécurité d'installations civiles ou militaires vis-à-vis de contraintes électromagnétiques de type ultra large bande (ULB). Elle concerne plus précisément la détection de signaux radiofréquences, de formes d'ondes très diverses et pouvant avoir une amplitude très élevée. De tels signaux constituent des agressions électromagnétiques susceptibles de perturber ou même détruire l'électronique de ces installations. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE L'article intitulé "HPM Detection System for Mobile and Stationary Use", de C. Adami et al., Proc. of the 10th Int. Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC Europe 2011), York, UK, September 26-30, 2011, ainsi que l'article intitulé « HPM detector system with frequency identification » de C. Adami et al., Proc. of the 2014 International Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC Europe 2014), Gothenburg, Sweden, September 1-4, 2014, concernent la détection de signaux micro-ondes de forte puissance (HPM). Des détecteurs de perturbations électromagnétiques sont décrits par exemple dans WO 2008/100322 ou WO 2011/047377. Ces dispositifs détectent des signaux radiofréquences et en mesurent des caractéristiques, telles que niveaux crêtes, durées ou taux de répétition des agressions. Les agressions sont discriminées et une alarme peut être générée. Cependant, ces dispositifs ne permettent pas de détecter ou discriminer des signaux ultra large bande. En effet, leur conception repose sur des composants électroniques, tels que des amplificateurs logarithmiques, qui sont trop lents. Un composant de ce type a un temps de réponse qui est au mieux de l'ordre de 10 nanosecondes, alors que les variations des signaux ultra large bande caractérisant leur 3042666 2 pouvoir perturbateur sont de l'ordre de 0,1 nanoseconde, c'est-à-dire cent fois plus rapide. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention vise à résoudre les problèmes de la technique antérieure en 5 fournissant un dispositif de détection de signal ultra large bande, caractérisé en ce qu'il comporte : Un circuit de réception de signal, Un circuit de division du signal reçu en plusieurs sous-bandes de fréquence, 10 - Un circuit de détermination de l'amplitude et de la durée du signal reçu dans chaque sous-bande de fréquence, - Un circuit de comparaison de l'amplitude du signal reçu dans chaque sous-bande de fréquence avec un seuil d'amplitude, - Un circuit de comparaison de la durée du signal reçu dans chaque 15 sous-bande de fréquence avec un seuil temporel, et - Un circuit de décision qui détermine que le signal reçu est de type ultra large bande si l'amplitude du signal reçu dans chaque sous-bande de fréquence est supérieure au seuil d'amplitude et si la durée du signal reçu dans chaque sous-bande de fréquence est inférieure au seuil temporel. 20 Grâce à l'invention, la détection de signaux ultra large bande est améliorée car elle permet de s'affranchir des difficultés liées au temps de réponse des composants de détection, tels qu'un amplificateur logarithmique. Le dispositif selon l'invention peut fonctionner seul ou en réseau, ce qui permet de localiser la source de signaux ultra large bande détectés. 25 Selon une caractéristique préférée, le dispositif de détection de signal ultra large bande comporte en outre un circuit d'alarme pour signaler que le signal reçu est détecté de type ultra large bande. Selon une caractéristique préférée, le dispositif de détection de signal ultra large bande comporte en outre un circuit de mémorisation de signal détecté de type 3042666 3 ultra large bande. Ainsi une base de données collecte des données liées à la détection des signaux ULB. Selon une caractéristique préférée, le dispositif de détection de signal ultra large bande comporte en outre un circuit de détermination de l'enveloppe du signal 5 reçu dans chaque sous-bande de fréquence. Cette enveloppe est traitée pour fournir des informations permettant de discriminer un signal ULB. Selon une caractéristique préférée, le dispositif de détection de signal ultra large bande est adapté à mettre en oeuvre une phase d'apprentissage au cours de laquelle des signaux détectés de type ultra large bande sont mémorisés en tant que 10 signaux de référence. Ainsi le dispositif de détection selon l'invention peut fonctionner dans un environnement électromagnétique perturbé sans générer de fausses alarmes. Selon une caractéristique préférée, le circuit de décision est adapté à comparer un signal détecté de type ultra large bande aux signaux de référence. Lorsqu'il y a analogie entre le signal détecté et un signal de référence, le signal détecté ne donne pas 15 lieu à une génération d'alarme. L'invention concerne aussi un procédé de détection de signal ultra large bande, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes de : réception de signal, division du signal reçu en plusieurs sous-bandes de fréquence, 20 détermination de l'amplitude et de la durée du signal reçu dans chaque sous-bande de fréquence, comparaison de l'amplitude du signal reçu dans chaque sous-bande de fréquence avec un seuil d'amplitude, comparaison de la durée du signal reçu dans chaque sous-bande de 25 fréquence avec un seuil temporel, et - décision pour déterminer que le signal reçu est de type ultra large bande si l'amplitude du signal reçu dans chaque sous-bande de fréquence est supérieure au seuil d'amplitude et si la durée du signal reçu dans chaque sous-bande de fréquence est inférieure au seuil temporel. 3042666 4 Le procédé présente des avantages analogues à ceux précédemment présentés. Dans un mode particulier de réalisation, les étapes du procédé selon l'invention sont mises en oeuvre par des instructions de programme d'ordinateur. 5 En conséquence, l'invention vise aussi un programme d'ordinateur sur un support d'informations, ce programme étant susceptible d'être mis en oeuvre dans un ordinateur, ce programme comportant des instructions adaptées à la mise en oeuvre des étapes d'un procédé tel que décrit ci-dessus. Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, 10 et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable. L'invention vise aussi un support d'informations lisible par un ordinateur, et comportant des instructions de programme d'ordinateur adaptées à la 15 mise en oeuvre des étapes d'un procédé tel que décrit ci-dessus. Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une 20 disquette ou un disque dur. D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet. 25 Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé selon l'invention. 3042666 5 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, décrit en référence aux figures dans lesquelles : 5 Les figures la, lb et lc représentent des exemples de signaux ultra large bande à détecter, La figure 2 représente un dispositif de détection de signal ultra large bande, selon un mode de réalisation de l'invention, La figure 3 représente un procédé de détection de signal ultra large 10 bande, selon un mode de réalisation de l'invention, La figure 4 représente une phase d'apprentissage du procédé de détection de signal ultra large bande, selon un mode de réalisation de l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Les figures la et lb représentent des exemples de signaux à détecter. Il 15 s'agit de signaux radiofréquence, dont on a représenté l'amplitude en champ électrique en fonction du temps. Les signaux à détecter sont des signaux ultra large bande qui présentent une forme temporelle soit bi polaire (figure la), c'est-à-dire ayant une alternance positive et une alternance négative, soit mono polaire (figure lb), c'est-à-dire ayant seulement une alternance positive. 20 Dans les deux cas, le temps de montée Tm est de l'ordre de 0,1 nanoseconde et la durée moyenne Td est de l'ordre 10 nanosecondes. L'amplitude Emax du signal ultra large bande peut varier de quelques V/m à plusieurs dizaines de KV/m, en fonction de la puissance de la source du signal et de la distance entre la source du signal et le détecteur. 25 La figure lc représente le spectre d'un signal ultra large bande. La couverture en fréquence du signal ultra large bande se traduit par un rapport de bande RB = Fh/Fb supérieur à 10, où Fh est la fréquence haute du signal et Fb est la fréquence basse du signal. Le rapport de bande RB est d'autant plus élevé que le temps de montée Tm est faible. 3042666 6 Selon un mode de réalisation préféré, représenté à la figure 2, le dispositif de détection de signal ultra large bande selon l'invention comporte les éléments suivants. Le dispositif de détection de signal ultra large bande comporte une ou 5 plusieurs antennes 1 de réception de signal ultra large bande. Il s'agit par exemple d'une antenne monopole. Une seule antenne est représentée à la figure 2, mais le dispositif peut comporter plusieurs antennes pour le rendre indépendant de la direction du signal à détecter et de l'orientation du champ électrique. La sortie de l'antenne 1 est reliée à l'entrée d'un limiteur 2 qui protège 10 les composants électroniques en aval. Le limiteur écrête le signal reçu par l'antenne 1 au- dessus d'un seuil prédéterminé. Ainsi le limiteur 2 produit en sortie un signal limité dont l'amplitude est compatible avec la protection des composants électroniques en aval. La sortie du limiteur 2 est reliée à l'entrée d'un diviseur de puissance 3 qui distribue le signal qu'il reçoit sur plusieurs voies parallèles de manière identique. Dans 15 l'exemple représenté, le diviseur de puissance 3 comporte quatre sorties à titre d'exemple. Chaque sortie est reliée à une branche respective. Les branches sont similaires. Une branche comporte en entrée un atténuateur respectif 41, 42, 43 et 20 44 qui assure une amplitude de signal compatible avec les composants électroniques en aval. La sortie de chaque atténuateur 41, 42, 43 et 44 est reliée à l'entrée d'un filtre passe-bande respectif 51, 52, 53 et 54. Chaque filtre passe-bande 51, 52, 53 et 54 divise le contenu spectral du 25 signal qu'il reçoit en une sous-bande respective. Les sous-bandes sont adjacentes et leur réunion recouvre la couverture fréquentielle du signal ultra large bande à détecter. Par exemple, le filtre 51 correspond à la sous-bande de 0 à 0,1 GHz, le filtre 52 correspond à la sous-bande de 0,1 à 0,5 GHz, le filtre 53 correspond à la sous-bande de 0,5 à 1 GHz et le filtre 54 correspond à la sous-bande de 1 à 3 GHz. Un léger recouvrement entre sous- bandes est possible. 3042666 7 La sortie de chaque filtre passe-bande 51, 52, 53 et 54 est reliée à l'entrée d'un amplificateur logarithmique respectif 61, 62, 63, et 64 qui fournit l'enveloppe du signal dans une sous-bande respective définie par le filtre passe-bande 51, 52, 53 et 54. Il est à noter que le temps de réponse des amplificateurs logarithmiques 5 dans les bandes de fréquences les plus basses est compatible avec la détection de signaux de type ULB. La sortie de chaque amplificateur logarithmique 61, 62, 63, et 64 est reliée à l'entrée d'un convertisseur analogique/numérique respectif 71, 72, 73, et 74 qui fournit un signal numérique représentatif de l'enveloppe du signal dans une sous-bande 10 respective. La sortie de chaque convertisseur analogique/numérique 71, 72, 73, et 74 est reliée à l'une respective des entrées d'un module de calcul 8. Le module de calcul 8 est un microcontrôleur programmable qui dispose de capacités de calcul et de mémoire. Il s'agit par exemple d'un composant de type FPGA. 15 Le module de calcul 8 reçoit les signaux issus des convertisseurs analogiques/numériques 71, 72, 73, et 74 et détermine si le signal reçu est un signal de type ULB ou non. Pour cela, l'amplitude et la durée du signal reçu dans chacune des sous-bandes de fréquences sont déterminées. Un signal est détecté comme étant de type ultra large bande si les amplitudes dans chacune des sous-bandes de fréquences sont 20 simultanément élevées et si la durée totale du signal détecté est de l'ordre de 10 à 20 nanosecondes. Cette approche permet de se prémunir des difficultés liées au temps de montée du composant de détection. Le fonctionnement du module de calcul 8 est détaillé dans la suite. La sortie du module de calcul 8 est reliée à un module d'alarme 9. Le 25 module de calcul 8 transmet un signal d'information au module d'alarme 9 si le signal reçu par le dispositif de détection est de type ULB. Le module d'alarme 9 émet alors une alarme qui peut être sonore et/ou visuelle. L'alarme peut également être un signal électrique contenant les informations d'alerte qui est émis vers un système de traitement distant. 3042666 8 La figure 3 représente le fonctionnement du dispositif de détection de signal ultra large bande, sous la forme d'un organigramme comportant des étapes El à E5. L'étape El est la réception d'un signal S par l'antenne 1. 5 L'étape suivante E2 est la division du signal S reçu en plusieurs sous- bandes de fréquence. Les sous-bandes sont adjacentes et leur réunion recouvre la couverture fréquentielle du signal ultra large bande à détecter. Par exemple, le signal est divisé en quatre sous-bandes de fréquence SB1, SB2, SB3 et SB4. A l'étape suivante E3, l'enveloppe du signal divisé est déterminée pour 10 chaque sous-bande. L'étape suivante E4 est la comparaison de l'amplitude du signal dans chaque sous-bande avec un seuil d'amplitude prédéterminé respectif SA1, SA2, SA3 et SA4, et la comparaison de la durée totale du signal détecté avec un seuil temporel prédéterminé ST. Le seuil temporel est le même pour toutes les sous-bandes et est par 15 exemple égal à 10 nanosecondes. Si l'amplitude du signal détecté dans chaque sous-bande est supérieure au seuil d'amplitude SA et si la durée totale du signal détecté est inférieure au seuil temporel ST, alors le signal détecté S est identifié comme étant du type ultra large bande. De préférence, un signal ULB détecté est en outre comparé à des 20 signaux ULB de référence mémorisés dans le module de calcul 8. Ces signaux ULB de référence sont déterminés au cours d'une phase d'apprentissage qui sera décrite dans la suite. Ils constituent des signaux de l'environnement électromagnétique normal du dispositif. Si le signal détecté est similaire à un signal ULB de référence, il n'est pas considéré comme devant générer une alarme. 25 La comparaison est réalisée sur un certain nombre de critères, par exemple l'amplitude mesurée dans chaque sous bande, la durée, le taux de répétition, l'heure et la date de l'évènement. Tout ou partie de ces critères sont de préférence paramétrables par un utilisateur. Des marges d'erreur, également paramétrables par l'utilisateur, sont 30 prises en compte pour chacune des comparaisons effectuées. 3042666 9 Si les signaux détectés sont des évènements répétitifs, les amplitudes et durées minimum, maximum, moyennes ainsi que toute autre statistique qui peut en être déduite (écart type,...) sont aussi des critères qui peuvent être utilisés. Des critères de comparaison et/ou de discrimination peuvent être 5 formés à partir de la forme de l'enveloppe : pente du premier front de montée, temps de décroissance, forme de la décroissance. Ces données sont déterminées par le module de calcul à partir de l'enregistrement de l'enveloppe. Plusieurs de ces critères peuvent être nécessaires. Les critères sont valables pour toutes les sous bandes. Dans tous les cas, les caractéristiques du signal ULB détecté sont 10 enregistrées, ce qui permet d'établir un journal de l'environnement électromagnétique du dispositif de détection. L'étape suivante E5 est l'émission d'une alarme lorsque le signal détecté S est identifié comme étant du type ultra large bande et le cas échéant différent des signaux de référence, à l'étape précédente. L'alarme est émise par le module d'alarme 9. 15 Elle peut être sonore et/ou visuelle. L'alarme peut également être un signal électrique contenant les informations d'alerte qui est émis vers un système de traitement distant. La figure 4 représente une phase d'apprentissage du dispositif de détection de signal ultra large bande, sous la forme d'un organigramme comportant des étapes E10 à Ell. 20 L'apprentissage est mis en oeuvre à la mise en service du dispositif. Il peut également être mis en oeuvre ponctuellement au cours de l'utilisation du dispositif de détection. L'étape E10 est l'enregistrement des signaux détectés dans chaque sous-bande de fréquence pendant une durée prédéterminée pouvant aller de quelques 25 secondes à plusieurs heures. Pour cela, les étapes El à E4 précédemment décrites sont mises en oeuvre. Si des signaux ULB sont détectés durant la phase d'apprentissage, ils sont considérés comme faisant partie de l'environnement électromagnétique normal du dispositif. Ils constituent des signaux de référence. L'étape suivante Ell est la mémorisation des caractéristiques des 30 signaux de référence dans le module de calcul 8. 3042666 10 Les caractéristiques qui sont mémorisées sont celles qui servent dans l'étape ultérieure de comparaison E4. De préférence, plusieurs détecteurs de signaux ULB équipent une installation à surveiller. Les détecteurs sont alors suffisamment espacés les uns des 5 autres, par exemple d'une dizaine de mètres, et ils sont parfaitement synchronisés grâce à leur module de calcul respectif. En variante, la synchronisation peut être faite aussi à l'aide d'une puce GPS permettant d'obtenir une bonne référence de temps. La puce GPS est un composant complémentaire connecté au module de calcul 8 ou intégré à celui-ci. 10 REVENDICATIONS1. Dispositif de détection de signal ultra large bande, caractérisé en ce qu'il comporte : Un circuit de réception de signal, Un circuit (3) de division du signal reçu en plusieurs sous-bandes de fréquence, Un circuit (8) de détermination de l'amplitude et de la durée du signal reçu dans chaque sous-bande de fréquence, Un circuit (8) de comparaison de l'amplitude du signal reçu dans chaque sous-bande de fréquence avec un seuil d'amplitude, Un circuit (8) de comparaison de la durée du signal reçu dans chaque sous-bande de fréquence avec un seuil temporel, et Un circuit (8) de décision qui détermine que le signal reçu est de type ultra large bande si l'amplitude du signal reçu dans chaque sous-bande de fréquence est supérieure au seuil d'amplitude et si la durée du signal reçu dans chaque sous-bande de fréquence est inférieure au seuil temporel. 2. Dispositif de détection de signal ultra large bande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit (9) d'alarme pour signaler que le signal reçu est détecté de type ultra large bande. 3. Dispositif de détection de signal ultra large bande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit de mémorisation de signal détecté de type ultra large bande. 3042666 12 4. Dispositif de détection de signal ultra large bande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit de détermination de l'enveloppe du signal reçu dans chaque sous-bande de fréquence. 5 5. Dispositif de détection de signal ultra large bande selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est adapté à mettre en oeuvre une phase d'apprentissage au cours de laquelle des signaux détectés de type ultra large bande sont mémorisés en tant que signaux de référence. 10 6. Dispositif de détection de signal ultra large bande selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit de décision est adapté à comparer un signal détecté de type ultra large bande aux signaux de référence. 7. Procédé de détection de signal ultra large bande, caractérisé en ce 15 qu'il comporte des étapes de : - réception (El) de signal, - division (E2) du signal reçu en plusieurs sous-bandes de fréquence, - détermination (E4) de l'amplitude et de la durée du signal reçu dans chaque sous-bande de fréquence, 20 - comparaison (E4) de l'amplitude du signal reçu dans chaque sous- bande de fréquence avec un seuil d'amplitude, - comparaison (E4) de la durée du signal reçu dans chaque sous-bande de fréquence avec un seuil temporel, et - décision (E4) pour déterminer que le signal reçu est de type ultra 25 large bande si l'amplitude du signal reçu dans chaque sous-bande de fréquence est supérieure au seuil d'amplitude et si la durée du signal reçu dans chaque sous-bande de fréquence est inférieure au seuil temporel. 3042666 13 8. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé selon la revendication 7 lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur. 5 9. Support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé selon la revendication 7. 10