Brevet FR3118365A1 — publié le 20220624

L’invention concerne un procédé et un récepteur qui vont corriger les variations d’amplitude et de phase d’un signal reçu par une antenne immergée, en présence de houle. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Procédé pour estimer et corriger des variations d’amplitude et de phase d’un signal radioélectrique reçu par une antenne immergée en présence de houle et son récepteur. L’invention concerne un procédé pour estimer et corriger des variations d’amplitude et de phase d’un signal radioélectrique reçu par une antenne immergée, en présence de houle ou d’un phénomène équivalent. Le procédé selon l’invention peut être implémenté dans tout récepteur de signaux à modulation d’amplitude constante. L’invention peut être utilisée pour corriger toute variation d’amplitude et de phase d’un signal reçu en milieu aqueux, que ce soit la mer (eau salée) ou un lac (eau douce). L’effet de la houle se ressent plus fortement sur une antenne cadre, plus petite qu’une antenne filaire. La traversée d’une épaisseur d’eau engendre des variations d’amplitude et de phase du signal reçu par l’antenne immergée. Ces variations qui dépendent de la profondeur d’immersion de l’antenne dégradent les performances de démodulation du signal. En présence de houle, les variations et les performances varient en fonction du temps. L’art antérieur décrit plusieurs solutions techniques pour compenser ce phénomène et atténuer ces dégradations. Par exemple, il est possible de faire un suivi des variations d’amplitude en aveugle, en exploitant uniquement la puissance instantanée des échantillons du signal reçu, pour compenser les variations d’amplitude dues à la houle. Une autre solution consiste à réaliser un suivi des variations de phase en aveugle, sans exploitation de symboles de référence, pour compenser les variations de phase dues à la houle. Les techniques connues de l’art antérieur, malgré les avantages qu’elles offrent, présentent certains inconvénients. Ces techniques doivent effectuer un compromis entre résister à des variations de phase importantes et résister à un niveau de bruit important. En effet, la taille des blocs d’échantillons exploités lors de la démodulation d’un signal est directement liée au temps de cohérence du canal de propagation. Plus la taille d’un bloc d’échantillons exploités est petite, plus il est possible de suivre des variations de phase importantes, mais plus on est sensible au bruit du canal de propagation. Inversement, plus la taille d’un bloc d’échantillons exploités est grande, moins il est facile de suivre des variations de phase importantes, mais moins on est sensible au bruit du canal de propagation. Les techniques connues de l’art antérieur sont bien adaptées à des phénomènes de houle peu importants, mais présentent des performances insuffisantes pour des états de mer agitées et/ou des fréquences porteuses supérieures aux très basses fréquences VLF. L’idée de la présente invention est de proposer un procédé et un récepteur qui vont corriger les variations d’amplitude et de phase d’un signal reçu par une antenne immergée, en présence de houle. L’invention concerne un procédé pour estimer et corriger des variations d’amplitude et de phase d’un signal radioélectrique reçu par une antenne immergée dans un milieu soumis à un phénomène de houle, ledit signal étant constitué de plusieurs blocs d’échantillons, caractérisé en ce qu’il comporte au moins les étapes suivantes : - Initialiser une variable à une valeur constante et initialiser une valeur d’amplitude moyenne du signal à une valeur constante, - Pour tous les échantillons d’indice n d’un bloc de données, - Déterminer, - La valeur de la puissance moyenne , avec la puissance instantanée de l’échantillon d’indice , - La valeur de l’amplitude moyenne , - Mesurer la variation d’amplitude moyenne entre deux blocs d’échantillons successifs, avec , l’amplitude moyenne du bloc d’échantillons en cours et , l’amplitude moyenne du bloc d’échantillons précédent le bloc d’échantillons en cours, - Calculer la variation de phase, entre deux blocs d’échantillons successifs en utilisant la variation d’amplitude moyenne, - Calculer le déphasage du bloc d’échantillons en cours , et Corriger le déphasage des échantillons , - Mettre à jour la valeur moyenne sur le bloc d’échantillons précédent, . Le procédé peut comporter, en outre, une étape de normalisation de l’amplitude moyenne sur un bloc de échantillons et utiliser la valeur de l’amplitude moyenne pour corriger l’amplitude instantanée. La valeur du nombre d’échantillons est choisie, par exemple, en tenant compte de l’amplitude et de la période de la houle. L’invention concerne aussi un récepteur d’un signal modulé constitué de plusieurs blocs de données, chaque bloc comprenant échantillons, ledit signal étant reçu sur une antenne immergée. Le récepteur est caractérisé en ce qu’il comporte un module de traitement des données configuré pour exécuter les étapes du procédé selon l’invention. L’antenne peut être une antenne cadre. Pour la mise en œuvre du procédé et du récepteur selon l’invention, le signal peut être un signal modulé avec une modulation à amplitude constante. Le signal peut être un signal très basse fréquence VLF ou un signal basse fréquence LF (Low Frequency). D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d’exemple non limitatifs et qui représentent, respectivement : , un schéma d’un récepteur selon l’invention, , un exemple de format d’un signal reçu, une illustration des étapes mises en œuvre par le procédé selon l’invention. L’exemple qui suit est donné à titre illustratif et nullement limitatif pour estimer et compenser des variations d’amplitude et de phase d’un signal radioélectrique reçu par une antenne immergée, en présence de houle. L’antenne peut être une antenne cadre ou tout type d’antenne ayant une structure sensible à la houle. Comme illustré sur la , une antenne 1 est immergée dans un milieu aqueux et reliée à un récepteur 2. Le récepteur 2 comporte par exemple un module de traitement du signal 201 configuré pour exécuter les étapes du procédé selon l’invention, notamment estimer et corriger des variations d’amplitude et de phase avant d’être démodulé par un démodulateur 202. Le démodulateur est connu de l’homme du métier et ne sera donc pas détaillé. Le démodulateur peut réaliser des étapes classiques de synchronisation temporelle, de synchronisation fréquentielle ou de synchronisation phase, connues de l’homme du métier. Le récepteur sera par exemple adapté pour le traitement de signaux à très basses fréquences VLF [3 kHz ; 30 kHz] ou basses fréquences LF [30 kHz ; 300 kHz]. Les distorsions du signal reçu sur l’antenne et dues à la houle sont modélisées de la manière suivante, par le gain complexe du canal de propagation associé : Avec et Où est un gain constant, est la hauteur d’eau au-dessus de l’antenne (mesurée, en général, approximativement à partir du centre de gravité de l’antenne) et est l’épaisseur de peau du conducteur « eau de mer / eau douce » ( ). L’épaisseur de peau du conducteur « eau de mer / eau douce » est calculée avec la formule suivante : , en m avec = .10 -7 H.m -1 la perméabilité magnétique du vide , en S.m -1 la conductivité de l’eau , en Hz la fréquence porteuse Le procédé va chercher à estimer les variations de phase, qui sont les plus pénalisantes dans le traitement du signal. D’après le modèle de houle, les variations de phase correspondent au logarithme des variations d’amplitude, ceci permet de compenser les variations de phase en mesurant les variations d’amplitude. En effet, La variation de phase s’exprime : pour deux instants t 1 et t 2 La variation d’amplitude s’exprime : avec l’amplitude moyenne mesurée à un premier instant , l’amplitude moyenne mesurée à un deuxième instant , La variation de phase s’exprime alors . La figure 2 illustre un exemple de structure d’un signal modulé à amplitude constante. Le signal reçu par l’antenne est constitué de blocs de données, chaque bloc de données comprenant échantillons. La illustre un exemple pour la succession d’étapes exécutées par le procédé selon l’invention, sur le signal reçu par l’antenne immergée. Lors d’une première étape 301, on initialise une variable à une valeur constante par exemple égale à zéro. On initialise également une variable à une valeur constante par exemple égale à zéro. Puis, pour tous les échantillons d’indice , notés , on exécute les étapes suivantes : { 302 - Déterminer la puissance et l’amplitude moyenne du signal sur les échantillons d’un bloc de données , , avec la puissance instantanée de l’échantillon d’indice , l’amplitude moyenne correspondante, 303 - Mesurer la variation d’amplitude moyenne entre deux blocs successifs d’échantillons, avec l’ampitude moyenne du bloc d’échantillons en cours et l’amplitude moyenne du bloc précédent le bloc en cours, 304 - Calculer la variation de phase entre deux blocs successifs en utilisant la variation d’amplitude moyenne : 305 - Calculer le déphasage du bloc d’échantillons en cours : Pour chaque échantillon d’indice , on effectue une correction du déphasage : , De manière optionnelle, le procédé comporte une étape 305b où l’on normalise l’amplitude moyenne du signal sur un bloc de échantillons pour corriger le signal en phase et en amplitude, Transmettre le signal dont la phase et optionnellement l’amplitude ont été corrigées à une étape de traitement de démodulation, 306 - Mettre à jour la valeur moyenne de l’amplitude sur le bloc d’échantillons précédent, } La valeur est choisie, par exemple, en accord avec le temps de cohérence du canal de propagation. La valeur dépend notamment de l’amplitude et de la période de la houle ou d’un phénomène perturbateur équivalent à celui de la houle. La taille des blocs d’échantillons exploités par le procédé sera ajustée au cas le plus critique des variations de phase envisagées, pour l’état de mer la plus agitée et la fréquence porteuse la plus élevée. Le procédé selon l’invention est notamment utilisé pour traiter des signaux radioélectriques à très basse fréquence VLF ou basse fréquence LF. Le procédé selon l’invention permet notamment de traiter des signaux modulés avec une modulation à amplitude constante. Il s’applique, par exemple, pour une modulation numérique par déplacement de fréquence à phase continue de type MSK (Minimum Shift Keying). Le procédé et son récepteur adapté permettent de corriger efficacement des variations d’amplitude et de phase dues à la houle, lors de la réception d’une modulation à amplitude constante, par une antenne immergée. Procédé pour estimer et corriger des variations d’amplitude et de phase d’un signal radioélectrique reçu par une antenne immergée dans un milieu soumis à un phénomène de houle, ledit signal étant constitué de plusieurs blocs d’échantillons, caractérisé en ce qu’il comporte au moins les étapes suivantes : - Initialiser une variable à une valeur constante et initialiser une valeur d’amplitude moyenne du signal à une valeur constante (301), - Pour tous les échantillons d’indice d’un bloc de données, exécuter les étapes suivantes : - Déterminer, (302), - La valeur de la puissance moyenne , avec la puissance instantanée de l’échantillon d’indice , - La valeur de l’amplitude moyenne , - Mesurer la variation d’amplitude moyenne entre deux blocs d’échantillons successifs, (303), avec , l’amplitude moyenne du bloc d’échantillons en cours et , l’amplitude moyenne du bloc d’échantillons précédent le bloc d’échantillons en cours - Calculer la variation de phase, entre deux blocs d’échantillons successifs en utilisant la variation d’amplitude moyenne, (304) - Calculer, (305), le déphasage du bloc d’échantillons en cours: et corriger le déphasage des échantillons - Mettre à jour la valeur moyenne sur le bloc d’échantillons précédent, (306), . Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’il comporte une étape (305b) de normalisation de l’amplitude moyenne sur un bloc de échantillons et en ce que l’on utilise la valeur de l’amplitude moyenne pour corriger l’amplitude instantanée. Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la valeur de est choisie en tenant compte de l’amplitude et de la période de la houle. Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le signal est modulé avec une modulation à amplitude constante. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le signal est un signal très basse fréquence VLF ou basse fréquence LF. Récepteur d’un signal radioélectrique modulé constitué de plusieurs blocs de données, chaque bloc comprenant échantillons, ledit signal étant reçu sur une antenne immergée (1) caractérisé en ce qu’il comporte un module de traitement des données (201) configuré pour exécuter les étapes du procédé selon l’une des revendications 1 à 5. Récepteur selon la revendication 6 caractérisé en ce que l’antenne (1) est une antenne cadre. Récepteur selon l’une des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce que le signal reçu est un signal modulé avec une modulation à amplitude constante. Récepteur selon l’une des revendications 6 à 8 caractérisé en ce que le signal est un signal très basse fréquence VLF ou un signal basse fréquence LF.