Brevet FR3091431A1 — publié le 20200703

Description Titre de l'invention : Procédé de correction des défauts introduits par un système de numérisation sur un signal IQ et dispositifs associés 0001 j La présente invention concerne un procédé de correction des défauts introduits par un système de numérisation. La présente invention se rapporte également à des dispositifs associés au procédé. La présente invention concerne ainsi un produit programme d'ordinateur, un support lisible d'informations, un système de numérisation, une chaîne d'acquisition numérique, une chaîne de réception et un ensemble associés. [0002] Dans de nombreux domaines de l'électronique, il est fréquent d'effectuer des passages du monde analogique au monde numérique pour pouvoir réaliser certaines opérations qui seraient impossibles dans le monde analogique. Pour cela, il est utilisé un système de numérisation comportant au moins un convertisseur analogique-numérique. [0003] L'une des limitations de tels systèmes de numérisation est la génération de com- posantes fréquentielles parasites correspondant à des distorsions et provenant soit du convertisseur analogique-numérique soit d'éléments électroniques (comme un amplificateur) du système de numérisation positionnés en amont du convertisseur analogique-numérique. Il est à noter que les distorsions sont de différente nature selon les éléments électroniques en amont. [0004] Pour cela, il est connu du document WO 2008/042221 A un procédé de traitement de signal comprenant les étapes consistant à recevoir un signal d'entrée inconnu comprenant un composant déformé et un composant non déformé, le signal d'entrée inconnu ayant un taux d'échantillonnage de R; et effectuer une auto-linéarisation basée au moins en partie sur le signal inconnu pour obtenir un signal de sortie qui est pratiquement non distordu, y compris en générant un signal de distorsion de réplique qui est sensiblement similaire au composant déformé, la génération étant basée au moins en partie sur une composante cible ayant un taux d'échantillonnage de R / L, L étant un entier supérieur à 1. [0005] Toutefois, de telles techniques supposent une phase de calibrage impliquant l'embarquement du dispositif de synthèse de signal de test plus linéaire que le convertisseur analogique-numérique et restreignant les conditions d'opérations du système. [0006] En outre, les techniques proposées ne prennent. pas en compte les distorsions in- hérentes uniquement. pour certaines architectures du numériseur. En particulier, les distorsions introduites par un numériseur dont la fréquence est faible par rapport à la 2 largeur de bande instantanée. C'est notamment le cas des distorsions harmoniques ou d'intermodulation. [0007] Par ailleurs, les techniques précédentes impliquent une charge calculatoirc évoluant exponentiellement avec la non-linéarité du convertisseur analogique-numérique et le type de signaux reçus. [0008] Il existe donc un besoin pour un procédé de correction des défauts introduits par un système de numérisation qui présente une charge calculatoirc moindre. [0009] Pour cela, la présente description porte sur un procédé 1 de correction des défauts in- troduits par un système de numérisation, les défauts introduits par le système de numérisation étant modélisables par un ensemble de modèles liant le signal d'entrée du système de numérisation transposé en composantes en phase et en quadrature à une enveloppe du signal de sortie du système de numérisation, le procédé de correction comporte au moins une étape d'obtention d'un signal comportant les composantes en phase et en quadrature du signal de sortie du système de numérisation, une étape de calcul d'une approximation du signal idéal correspondant au signal obtenu en l'absence de défauts, par utilisation d'un filtre, pour obtenir un signal approximé, une étape de détermination de chaque coefficient des modèles considérés à l'aide su signal approximé, une étape de reconstruction du signal distordu synthétique à partir des coefficients déterminés, et une étape de correction du signal de sortie du système de numérisation pour obtenir un signal de sortie corrigé par soustraction au signal de sortie du signal distordu synthétique. [0010] Suivant des modes de réalisation particuliers, le procédé comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : [0011] - l'étape de détermination comporte la résolution de plusieurs problèmes du filtre de Wiener. [0012] - le procédé comporte une étape de calcul du filtre, l'étape de calcul du filtre comportant l'estimation du spectre de puissance du signal distordu, la détection des composantes en fréquence du spectre de puissance du signal distordu présentant des valeurs supérieures à un seuil prédéterminé, l'établissement d'un gabarit de filtre passe-bande à partir des composantes détectées, et le calcul de la réponse impulsionnelle du filtre à partir du gabarit du filtre passe-bande établi, l'étape de calcul de la réponse impulsionnelle pouvant impliquer des opérations de transformée de Fourier inverse, de troncature ou de fenêtrage. [0013] - le procédé comporte une étape de calcul du filtre, l'étape de calcul du filtre comportant l'application d'une transformée de Fourier discrète sur le signal obtenu, pour obtenir un spectre intermédiaire, le calcul du module à une puissance donnée du signal intermédiaire, pour obtenir un spectre calculé, la détection des composantes en 3 fréquence du spectre calculé présentant des valeurs supérieures à un seuil prédéterminé, et l'obtention d'un filtre passe-bande à partir du produit du spectre calculé avec un gabarit de filtre idéal ayant subi des opérations d'élargissement et d'adoucissement. [0014] Il est aussi décrit un produit programme d'ordinateur comportant un support lisible d'informations, sur lequel est mémorisé un programme d'ordinateur comprenant des instructions de programme, le programme d'ordinateur étant chargeable sur une unité de traitement de données et adapté pour entraîner la mise en oeuvre d'un procédé tel que précédemment décrit lorsque le programme d'ordinateur est mis en oeuvre sur l'unité de traitement des données. [0015] La description se rapporte aussi à un support lisible d'informations mémorisant un programme d'ordinateur comprenant des instructions de programme, le programme d'ordinateur étant chargeable sur une unité de traitement de données et adapté pour entraîner la mise en oeuvre d'un procédé tel que précédemment décrit lorsque le programme d'ordinateur est mis en oeuvre sur l'unité de traitement des données. [0016] La présente description décrit également sur un système de numérisation comportant un correcteur intégré, le correcteur étant adapté à mettre en oeuvre un procédé de correction des défauts introduits par le système de numérisation, le procédé étant tel que précédemment décrit. [0017] La présente description se rapporte aussi à une chaîne d'acquisition numérique comportant un système de numérisation et un correcteur séparé du système de numérisation, le correcteur étant adapté à mettre en oeuvre un procédé de correction des défauts introduits par le système de numérisation, le système de numérisation (20) numérisant un signal d'entrée pour obtenir un signal de sortie, le procédé étant tel que précédemment décrit. [0018] La présente description décrit également sur une chaîne de réception comportant un système de numérisation tel que précédemment décrit ou une chaîne d'acquisition numérique telle que précédemment décrite. [0019] La présente description se rapporte aussi à un ensemble, notamment aéronef, l'ensemble comportant une chaîne de réception telle que précédemment décrite. [0020] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, la description étant donnée à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui sont : [0021] [Fig 1] figure 1, une vue schématique d'un ensemble comportant une chaîne de réception, [Fig 2] figure 2, une vue schématique de la chaîne de réception de la figure 1, [Fig 3] figure 3, un schéma-bloc des opérations effectuées lors de la mise en oeuvre d'un exemple d'un procédé de correction des défauts, [Fig 4] figure 4, un schéma-bloc d'une partie des opérations effectuées lors de la mise en oeuvre d'un exemple d'un procédé de correction des défauts selon la figure 3, [Fig 5] figure 5, un schéma-bloc d'une autre partie des opérations effectuées lors de la mise en oeuvre d'un exemple d'un procédé de correction des défauts selon la figure 3, [Fig 6] figure 6, un schéma-bloc d'encore une autre partie des opérations effectuées lors de la mise en oeuvre d'un exemple d'un procédé de correction des défauts selon la figure 3, [Fig 7] figure 7, un schéma-bloc d'une autre partie des opérations effectuées lors de la mise en oeuvre d'un exemple d'un procédé de correction des défauts selon la figure 3, et [Fig 8] figure 8, un schéma-bloc alternatif pour la mise en oeuvre de la partie des opérations illustrées par les figures 4 et 5. [0022] Un ensemble 10 est représenté schématiquement sur la figure 1. [0023] L'ensemble 10 est, par exemple, un véhicule. [0024] Selon un cas particulier, l'ensemble 10 est un aéronef. [0025] L'ensemble 10 comporte des systèmes 14 fonctionnant en temps réel assurant le fonctionnement de l'ensemble 10. [0026] Trois systèmes en temps réel 14 sont représentés sur la figure 1. [0027] Pour la suite, il est supposé qu'un des systèmes en temps réel 14 est une chaîne de réception 16. [0028] Un exemple de chaîne de réception 16 est représenté à la figure 2. [0029] La chaîne de réception 16 comporte un étage de réception radiofréquence analogique 18, un étage de traitement analogique 19, un système de numérisation 20 et un correcteur 22. [0030] Par exemple, selon l'exemple proposé, l'étage de réception radiofréquence analogique 18 comporte une antenne propre à recevoir un signal radiofréquence et à le convertir en un signal électrique analogique. [0031] L'étage de traitement analogique 19 comprend des composants comme des filtres, des amplificateurs ou des mélangeurs. [0032] L'ensemble constitué de l'étage de réception radiofréquence analogique 18, de l'étage de traitement analogique 19, du système de numérisation 20 et du correcteur 22 forme une chaîne d'acquisition numérique. [0033] Le système de numérisation 20 est propre à convertir un signal analogique en un signal numérique. [0034] Par exemple, le système de numérisation 20 est un convertisseur analogique- numérique, ce qui est supposé dans la suite de la description. [0035] Le convertisseur analogique-numérique 20 est un convertisseur non entrelacé (simple alternance). [0036] L'étage de traitement analogique 19 et le convertisseur analogique-numérique 20 introduit des distorsions dans le signal analogique. De telles distorsions sont simplement dénommées « défauts introduits » ou « distorsions introduites » sont utilisées dans la suite. [0037] Les défauts introduits sont modélisables par un modèle liant un signal d'entrée du convertisseur analogique-numérique 20 à un signal de sortie du convertisseur analogique-numérique 20. Un tel modèle est propre à agir sur le signal en phase (signal Q) et le signal en quadrature (signal I). [0038] Le modèle sera décrit ultérieurement. [0039] Le correcteur 22 est propre à corriger les défauts introduits. [0040] Par « corriger », il est entendu une compensation acceptable au regard des per- formances souhaitées pour le convertisseur analogique-numérique 20. [0041] Par exemple, une compensation acceptable est une compensation permettant de réduire le niveau des composantes parasites au plancher de bruit du convertisseur analogique-numérique 20 déterminé par le canal de la chaîne de réception 16 auquel le convertisseur analogique-numérique 20 appartient. [0042] Pour cela, le correcteur 22 est adapté pour mettre en oeuvre un procédé de correction des défauts. [0043] Le correcteur 22 est, par exemple, un circuit logique programmable. [0044] Un FPGA (acronyme de l'anglais « field-programmable gate array » traduit en français par « réseau de portes programmables in situ ») est un exemple de tel circuit logique programmable. [0045] Le fonctionnement du correcteur 22 est maintenant décrit en référence à un exemple de mise en oeuvre de procédé de correction des défauts introduits. Un tel exemple est illustré par les figures 3 à 7. [0046] Le procédé de correction des défauts introduits comporte un ensemble d'opérations qui vont être déciites par un formalisme de blocs, chaque bloc comportant à une étape ou à une série d'étapes. [0047] Le procédé de correction vise à corriger un signal IQ distordu v I. in j. - [0048] Comme visible à la figure 3, le procédé comporte trois blocs principaux un premier bloc BI, un deuxième bloc B2 et un troisième bloc B3. [0049] Le premier bloc BI comporte une entrée BI E et deux sorties notées respectivement B1S1 et B1S2. [0050] L'entrée B lE du premier bloc B1 est le signal IQ distordu y [ . IQ [0051] Selon un exemple, le signal IQ distordu y [ni I est le signal converti par le IO 6 convertisseur analogique-numérique 20. [0052] En variante, le signal IQ distordu y Iml est le signal obtenu après mise en r 0 oeuvre d'opérations de transposition-filtrage-décimation numériques du signal converti par le convertisseur analogique-numérique. Les opérations de transpositionfiltrage-décimation numériques sont mises en oeuvre par un dispositif intégré ou non au convertisseur analogique-numérique. Un tel dispositif est souvent désigné sous le terme de dispositif DDC, le sigle DDC renvoyant à la dénomination anglaise de digital down converter » signifiant littéralement convertisseur numérique descendant. [0053] Par l'expression « intégré », il est entendu que le convertisseur analogique- numérique et le dispositif sont au sein du même composant et non deux composants distincts au sein d'un même circuit électrique. [0054] Selon encore une autre variante, l'étage de traitement analogique 19 est un étage su- perhétérodyne à numérisation sur fréquence intermédiaire et suivi par un DDC. [0055] Les deux sorties BIS1 et B1S2 du premier bloc BI sont les signaux IQ noté IO rn 1 et dlo [ni]. [0056] La première sortie B151 du premier bloc B1 est une approximation grossière F de la version numérique idéale du signal IQ distordu y [ j . Dans la X [ Q Q suite, le signal x [1 est un signal d'approximation. /Q ni j [0057] La deuxième sortie. B1S2 du premier bloc B1 cst le signal résiduel d [ na I Q comportant toutes les composantes fréquentielles de y [ mj autres que celles rQ contenues dans X/ [ l- 0_ [0058] Le premier bloc BI comporte une première unité Ul, une deuxième unité U2 et une troisième unité U3. [0059] La première unité Ul comporte une entrée VIE et une sortie VIS. [0060] La première entrée VIE correspond à l'entrée BI E, de sorte que la première entrée VIE est le signal IQ distordu y1 [ m . (2 100611 Sur la sortie VIS de la première unité Ul, il est obtenu un filtre multi-passe bande noté g [ni j. 100621 La deuxième unité U2 comporte deux entrées U2E1 et U2E2 et une sortie U25. 100631 La première entrée U2E1 de la deuxième unité U2 est le signal IQ distordu Y1(21m I. [0064] La deuxième entrée U2E2 de la deuxième unité U2 est le filtre g /11. j. 7 [0065] Dans la deuxième unité U2, le filtre g I in est appliqué au signal IQ distordu y [ni [ pour obtenir sur la sortie U2S le signal X j(2in- [0066] La troisième unité U3 comporte deux entrées U3E1 et U3E2 et une sortie U3S. [0067] La première entrée U3E1 de la troisième unité U3 est le signal IQ distordu 1(2,1171 [0068] La deuxième entrée U3E2 de la troisième unité U3 est le signal r Xin[ 100691 Dans la troisième unité 1)3, il est calculé la différence entre la première entrée U3E1 et la deuxième entrée U3E2 pour obtenir la sortie 1)35. 100701 Le signal obtenu sur la sortie 1)35 est le signal (i fg. [ 1 [0071] Un exemple de mise en oeuvre de la première unité Ul est décrit en référence à la figure 5. [0072] La première unité Ul comporte une première sous-unité SUL une deuxième sous- unité SU2, une troisième sous-unité SU3 et une quatrième sous-unité SU4. [0073] Chaque sous-unité SUi comporte une bornée d'entrée SUiE et une borne de sortie SUiS. [0074] Les sous-unités SUL SU2, SU3 et SU4 sont agencées en série par ordre croissant, de sorte que la borne de sortie SUiS de la i-ième sous-unité SUi est reliée à la borne d'entrée SU(i+DE de la (i+1)-ième sous-unité SU(i-Fl). [0075] La borne d'entrée SUIE est le signal IQ distordu y [in [. io [0076] La première sous-unité SUI correspond à l'estimation du spectre de puissance r [ n j du signal IQ distordu y [in]. /0 [0077] Une telle estimation est obtenue par une analyse spectrale. [0078] Par exemple, une technique de périodogramme est utilisée. [0079] Optionnellement, il est également utilisé une technique de pondération par une fenêtre de pondération. [0080] Dans un tel cas, la technique de pondération est mise en oeuvre, par exemple, à l'aide d'une fenêtre d'Hamming, d'Hanning ou de Blackman-Harris. [0081] La borne de sortie SUIS est le spectre de puissance r ,[ n du signal IQ distordu y IQ [ 1/7 j. [0082] La deuxième sous-unité 5U2 correspond à appliquer un seuil aux valeurs du spectre de puissance r 'Ln [ afin de détecter les cases fréquences supports des composantes de plus forte puissance du signal IQ distordu y Q I m appelées brouilleurs. [0083] La deuxième sous-unité SU2 permet ainsi de construire un gabarit de filtre multi- 8 passe-bande G [ n I obtenu sur la borne de sortie SU2S. [0084] Selon un exemple, le seuillage appliqué est le suivant. [0085] On aG[no] 1, si r [0i >q et G [ n ---- 0, si r y [n