Brevet FR3091434A1 — publié le 20200703

Description Titre de l'invention : Procédé de numérisation, numériseur et plate-forme associés [0001] La présente invention concerne un procédé de numérisation. La présente invention se rapporte aussi à un numériseur et à une plate-forme associés. [0002] Un récepteur radiofréquence est utilisé pour détecter des émetteurs situés à plusieurs distances. De telles différences de distance impliquent des signaux de puissances différentes. Aussi, en présence d'un émetteur lointain et d'un émetteur proche, le récepteur est amené à fonctionner sur une grande dynamique de puissance, de l'ordre de 130 déciBel (dB). [0003] La condition de dynamique s'applique pour chaque élément du récepteur radio parmi lesquels se trouve un convertisseur analogique-numérique. [0004] Or, avec des fréquences d'échantillonnage de quelques centaines de MHz, les convertisseurs analogique-numérique connus de l'état de la technique présentent une dynamique de l'ordre de seulement 80 dB. [0005] 11 est connu de gérer une telle différence en position, en amont du convertisseur analogique-numérique, un système analogique de contrôle automatique de gain dont le rôle est d'assurer que le convertisseur analogique-numérique ne soit jamais saturé. [0006] Toutefois, l'utilisation de contrôle automatique de gain entraîne une dégradation im- portante de la sensibilité du récepteur avec l'augmentation du facteur de bruit. [0007] En conséquence, le système analogique de contrôle automatique de gain se contente d'adapter le niveau du signal fort à la dynamique du convertisseur analogique-numérique, ce qui résulte en une perte d'information. [0008] 11 existe donc un besoin pour un procédé de numérisation d'un signal présentant une grande dynamique en puissance et cc, sans perte d'information sur le signal. [0009] Pour cela, il est proposé un procédé de numérisation d'un signal, dit signal à numériser, le procédé comportant au moins une étape de sélection d'une fréquence d'une partie du signal, une fréquence étant sélectionnée lorsqu'à la fréquence considérée, l'amplitude de la partie de signal est maximale en valeur absolue, une étape d'étalement spectral de la partie de signal selon une technique utilisant ladite au moins une fréquence sélectionnée pour obtenir une partie de signal étalée, une étape de numérisation d'un signal obtenu à partir du signal étalé par un convertisseur analogique-numérique, pour obtenir un signal numérisé étalé, et une étape de recombinaison du signal numérisé étalé. [0010] Suivant des modes de réalisation particuliers, le procédé comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons 2 techniquement possibles : [0011] - la technique utilisée lors l'étape d'étalement spectral est une technique d'étalement de signal sur une porteuse dont la fréquence dépend de ladite au moins une fréquence sélectionnée, la technique utilisant, en outre, un code, le code étant également utilisé lors de l'étape de recombinaison. [0012] - le signal à numériser correspond à une bande spectral, le procédé comportant, en outre, une étape de séparation du signal à numériser en plusieurs parties de signal correspondant à une sous-bande spectrale respective, l'union des sous-bandes spectrales étant égale à la bande spectrale du signal à numériser. [0013] - l'étape de sélection et l'étape d'étalement sont mises en oeuvre pour chaque partie de signal, pour obtenir une pluralité de signaux étalés, l'étape de numérisation étant mise en oeuvre sur la somme de la pluralité des signaux étalés. [0014] - chaque fréquence d'une porteuse est une combinaison linéaire de plusieurs fréquences sélectionnées. [0015] - l'étape de sélection est mise en oeuvre à l'aide d'un convertisseur analogique- numérique. [0016] Par ailleurs, la description se rapporte aussi à un numériseur d'un signal, dit signal à numériser, le numériseur comportant une unité de sélection d'une fréquence d'une partie du signal, une fréquence étant sélectionnée lorsqu'à la fréquence considérée, l'amplitude de la partie de signal est maximale en valeur absolue, une unité d'étalement spectral de la partie de signal selon une technique utilisant ladite au moins une fréquence sélectionnée pour obtenir une partie de signal étalée, un convertisseur analogique-numérique propre à numériser un signal obtenu à partir du signal étalé par un convertisseur analogique-numérique, pour obtenir un signal numérisé étalé, et une unité de recombinaison du signal numérisé étalé. [0017] Selon un mode de réalisation particulier, l'invention concerne aussi un numériseur comporte, en outre, des unités de séparation et des unités de sommation. [0018] En outre, la description se rapporte aussi à une plate-forme comportant un nu- mériseur tel que précédemment décrit. [0019] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnée à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui sont : [0020] [fig.1] figure 1, une représentation schématique d'une plate-forme comportant un nu- mériseur, [0021] [fig.2] figure 2 un schéma-bloc des fonctions du numériseur de la figure 1, et [0022] [fig.3] figure 3, une vue schématique détaillée des éléments du numériseur de la figure I. [0023] Une plate-forme 10 est illustrée schématiquement sur la figure I. 3 [0024] Par exemple, la plate-forme 10 est un aéronef comme un avion, un hélicoptère, un dro ne. [0025] En variante, la plate-forme 10 est un engin non-volant. [0026] La plate-forme 10 comporte un ensemble d'éléments parmi lesquels un récepteur 12. [0027] Le récepteur 12 comporte une antenne 14, un numériseur 16 et un calculateur 18. [0028] L'antenne 14 est propre à recevoir un signal analogique que le numériseur 16 est propre à numériser pour être traité par le calculateur 18. [0029] En particulier, le calculateur 18 déduit à partir des caractéristiques du signal numérisé des propriétés de l'environnement dc la plate-forme 10. [0030] Un exemple particulier de numériseur 16 est représenté à la figure 2. [0031] Le numériseur 16 a pour but de numériser un signal provenant de l'antenne 14, ce signal étant appelé signal à numériser. [0032] Le signal reçu par l'antenne 14 est un signal radiofréquence. [0033] Avantageusement, le signal reçu présente une bande de fréquence incluse dans la bande dite HF (pour haute fréquence) qui s'étend entre 1 MégaHertz (MHz) et 30 MHz. [0034] Comme visible sur la figure 2, le numériseur 16 comporte fonctionnellement trois blocs : un bloc dc conformation C, un bloc de conversion analogique-numérique CAN et un bloc de déconformation D. [0035] Dans l'exemple représenté, le numériseur 16 comporte une première unité de sé- paration 20 qui est optionnelle. [0036] De manière plus détaillé, dans le cas de la figure 3, depuis l'amont (sortie de l'antenne 14) vers l'aval (entrée du calculateur 18), le numériseur 16 comporte une première unité de séparation 20, une unité de sélection 22, une unité d'étalement spectral 24, une première unité de sommation 26, un convertisseur analogique-numérique 30, une unité de recombinaison 34 (con-espondant au bloc de déconformation D) et une deuxième unité de sommation 36. [0037] Les opérations que les différentes unités du numériseur 16 sont propres à réaliser sont détaillées en décrivant le fonctionnement du numériseur 16. [0038] Un tel fonctionnement est maintenant illustré en référence à un exemple de mise en oeuvre d'un procédé de numérisation d'un signal. [0039] Le procédé de numérisation vise à numériser un signal analogique. Le signal analogique est dénommé signal à numériser s(t) dans ce qui suit. [0040] Selon l'exemple décrit, le procédé comporte une première étape de séparation, une étape de sélection, une étape d'étalement spectral, une première étape de sommation, une étape de numérisation, une deuxième étape de séparation, une étape de recombinaison et une deuxième étape de sommation. [0041] La première étape de séparation est mise en oeuvre par la première unité de sé- paration 20. [0042] Le signal à numériser s(t) correspond à une bande spectrale B. [0043] Lors de la première étape de séparation, le signal à numériser sfflest séparé en une pluralité de parties de signal. [0044] Chaque partie de signal est notée s (I) avec l'indice i qui est un entier compris entre 1 et N. l'entier N étant le nombre de parties de signal. [0045] L'entier N est choisi pour que la bande de chaque partie de signal permettent un filtrage analogique. [0046] Dans le cas de la bande HF précitée, des séparations en 2, 3 ou 4 parties de signal sont envisageables ainsi que de ne pas séparer le signal. [0047] Chaque partie de signal s (I) correspond à une sous-bande spectrale h . [0048] L'union des sous-bandes h est égale à la bande spectrale B du signal à numériser. Mathématiquement, cela s'écrit comme : [0049] U bi-B i=I 100501 En outre, selon l'exemple décrit, les sous-bandes b sont disjointes. 100511 A l'issue de l'étape de séparation, il est ainsi obtenu N parties de signal s (t). 100521 L'étape de sélection est alors mise en oeuvre par l'unité de sélection 22. 100531 Dans l'exemple proposé, le numériseur 16 comporte N sous-unités de sélection 22_i formant l'unité de sélection 22 et mettant en oeuvre l'étape de sélection sur chaque partie de signal s (t). 100541 Lors de l'étape de sélection, pour chaque partie de signal s (t), il est sélectionné une fréquence pour obtenir une fréquence sélectionnée. La fréquence sélectionnée pour la i-ième partie de signal s (t) est notée/. 100551 La fréquence sélectionnée f. est sélectionnée lorsqu'à la fréquence considérée, l'amplitude de la partie de signal s (t) est maximale en valeur absolue. L'amplitude est, par exemple, une amplitude crête-à-crête. 100561 Cela permet de sélectionner la fréquence correspondant à l' amplitude qui est vrai- semblablement la plus affectée par les limitations de la bande d'excursion du convertisseur analogique-numérique 30. [0057] Une manière simple de mettre en oeuvre l'étape de sélection est d'utiliser un convertisseur analogique-numérique supplémentaire. Le convertisseur analogique-numérique supplémentaire numérise le signal et l'analyse du signal permet de déterminer la fréquence numérique correspondant à l'amplitude la plus forte. Cette technique est simple dans la mesure où le convertisseur analogique-numérique supplémentaire peut présenter une plus faible résolution que le convertisseur analogique-numérique 30 puisque seule une partie du signal est à analyser. [0058] A l'issue de l'étape de sélection, il est obtenu une fréquence sélectionnée f. pour chaque partie de signal s ,(1). [0059] Sur chaque partie de signal s (t), il est alors mis en oeuvre une étape d'étalement spectral à l'aide de l'unité d'étalement spectral 24. [0060] Plus précisément, le numériseur 16 comporte N sous-unités d'étalement spectral 24_i formant l'unité d'étalement spectral 24 et mettant en oeuvre l'étape d'étalement spectral sur chaque partie de signal s ,(1). [0061] L'étalement spectral est mis en oeuvre selon une technique utilisant la fréquence sé- lectionnéef. ' ,' pour obtenir une partie de signal étalée se ,(1). [0062] Ce lien est matérialisé par la flèche 38 i. [0063] Selon l'exemple décrit, la technique utilisée à l'étape d'étalement spectral est une technique d'étalement de signal sur une porteuse. [0064] La fréquence de la porteusef utilisée dépend des fréquences sélectionnées f ' elec j. notamment selon une combinaison linéaire. [0065] Par ailleurs, la technique utilise, en outre, une multiplication par un code r ,(1). [0066] Le code c (1) est un code orthogonal tel qu'un code de Walsh-Hadamard. [0067] A l'issue de l'étape d'étalement, il est ainsi obtenu Npartics de signal étalées se , (t). [0068] Il est alors mis en oeuvre une première étape de sommation à l'aide de la première unité de sommation 26. [0069] Plus précisément, chaque partie de signal étalées se , (t) est envoyée sur la première unité de sommation 26 qui les somme pour obtenir la somme de la pluralité des signaux étalés notée signal étalé SE. [0070] A l'issue de la première étape de sommation, il est obtenu un signal étalé SE. [0071] Le convertisseur analogique-numérique 30 met alors en oeuvre une étape de numé- risation du signal étalé SE. [0072] L'étape de numérisation est mise en oeuvre à une fréquence de numérisation aussi appelée fréquence d'échantillonnage. [0073] A l'issue de l'étape de numérisation, il est ainsi obtenu un signal étalé numérisé noté SE[n], n correspond au nombre d'échantillons obtenus par mise en oeuvre de la numérisation. [0074] 111 est alors généré N copies du signal étalé numérisé SE[n]. [0075] Chaque copie du signal étalé numérisé SE[n] est envoyé sur une sous-unité de re- combinaison. [0076] Le numériseur 16 comporte, en effet, N sous-unités de recombinaison 34_i formant l'unité de recombinaison 34. [0077] Chaque sous-unité de recombinaison 34_i est propre à recombiner (ou desétaler en adoptant la terminologie anglaise de « despread » réservée à une telle opération) le signal étalé numérisé SE[n]. [0078] Pour cela, la i-ième sous-unité de recombinaison 34_i met en oeuvre une technique de 6 recombinaison réciproque de la technique d'étalement utilisée lors de l'étape d'étalement mise en oeuvre par la Hème sous-unité d'étalement spectral 24 i. [0079] Cela signifie que la technique de recombinaison utilise la version numérisée du code c (t) à la fréquence de numérisation et la fréquence de la porteuse f . [0080] Il est ainsi obtenu Npartics de signal recombinées. [0081] Chaque partie de signal recombinée correspond à la numérisation à la fréquence de numérisation de la partie de signal s (t) en entrée de la i-ième sous-unité de sélection 22_i. Aussi, la i-ième partie de signal recombinée est notée s Rd. [0082] A l'issue de l'étape de recombinaison, il est ainsi obtenu N parties de signal re- combinée s [n]. [0083] Il est alors mis en oeuvre une deuxième étape de sommation à l'aide de la deuxième unité de sommation 36. [0084] Plus précisément, chaque partie de signal recombinée s [n] est envoyée sur la deuxième unité de sommation 36 qui les somme pour obtenir la somme partie de signal recombinée s Pd. [0085] Une telle somme correspond à la version numérisée du signal à numérise sp), c'est-à-dire le signal numérisé spd. [0086] A l'issue de la deuxième étape de sommation, il est obtenu un signal numérisé s[n]. [0087] Le procédé de numérisation permet d'obtenir un signal numérisé s[n] en utilisant conjointement une fonction de conformation en amont du convertisseur analogique-numérique 30 et un algorithme de traitement numérique du signal en aval du convertisseur analogique-numérique 30. L'algorithme de traitement numérique est une fonction de déconformation. [0088] La fonction de conformation, via l'étape d'étalement, réduit la puissance instantanée du signal radiofréquence excédant le niveau admis par le convertisseur analogique-numérique 30 tout en impactant seulement faiblement les signaux radiofréquence n'excédant pas le niveau admis par le convertisseur analogique-numérique 30. La fonction de conformation permet ainsi de diminuer l'amplitude en puissance du signal sans perte d'information. [0089] L'algorithme de traitement numérique inverse cette fonction de conformation pour restituer avec la plus grande précision le signal reçu par l'antenne 14 mais en version numérisée. [0090] Le procédé permet de dépasser les limites technologiques du convertisseur analogique-numérique 30 vis-à-vis de la dynamique en puissance. [0091] Les simulations numériques du demandeur ont montré que le numériseur 16 présente en effet une dynamique en puissance de 110 dB lorsque le convertisseur analogique-numérique 30 présente quant à lui une dynamique en puissance de seulement 80 dB. [0092] Autrement formulé, le procédé de numérisation permet d'augmenter la dynamique en 7 puissance du numériseur 16 sans perte d'information. [0093] En outre, par rapport à la technique de contrôle automatique de gain, la sensibilité du récepteur est moins dégradée. [0094] Un tel procédé est utilisable sur tout système ou sous-système d'acquisition de signaux analogiques contenant un convertisseur analogique-numérique, y compris des récepteurs radiofréquences présentant une large bande instantanée. 8 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7]