FR2868542A1 - Pseudo-noise radar-type proximity detector, for use in industrial automatism, has processing unit to perform integration of function of correlation between transmission signal, modulated by a binary pseudo-random code, and reception signal - Google Patents
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Abstract
Description
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La présente invention se rapporte à un détecteur de proximité du type radar hyperfréquence mettant en oeuvre des dispositifs de corrélation entre un signal d'émission et un signal de réception correspondant à la réflexion de l'onde émise par une cible. Un tel détecteur peut être utilisé dans tout type d'application pour détecter la présence de cibles statiques ou mobiles situées sur une gamme de portée étendue, en particulier en milieu industriel. The present invention relates to a proximity detector of the microwave radar type implementing correlation devices between a transmission signal and a reception signal corresponding to the reflection of the wave emitted by a target. Such a detector can be used in any type of application to detect the presence of static or mobile targets located over a range of extended range, particularly in industrial environments.
Les détecteurs de proximité de type inductifs ou capacitifs, qui sont actuellement largement utilisés dans l'industrie, n'ont pas toujours une portée suffisante pour certaines applications. Ainsi, lorsque l'on souhaite des portées plus importantes, allant par exemple de 0 jusqu'à 3 mètres environ, il est préférable d'utiliser une autre technologie. Inductive or capacitive type proximity switches, which are currently widely used in industry, do not always have sufficient scope for certain applications. Thus, when larger ranges are desired, ranging for example from 0 up to about 3 meters, it is preferable to use another technology.
On connaît déjà les radars à corrélation (appelés aussi pseudo-noise radars) qui émettent une onde hyperfréquence, modulée à l'aide d'un code binaire autour d'une fréquence porteuse, et reçoivent un signal proportionnel à l'onde réfléchie par une éventuelle cible à détecter. Ils effectuent ensuite un traitement, appelé corrélation, qui mesure la ressemblance entre le signal d'émission et le signal de réception. Les radars à corrélation évitent ainsi les problèmes d'interférences avec d'autres radars voisins ou tout autre équipement susceptible d'émettre dans la même bande passante. We already know the correlation radars (also called pseudo-noise radars) which emit a microwave wave, modulated using a binary code around a carrier frequency, and receive a signal proportional to the wave reflected by a possible target to detect. They then perform a processing, called correlation, which measures the resemblance between the transmit signal and the receive signal. Correlation radars thus avoid the problems of interference with other neighboring radars or any other equipment likely to emit in the same bandwidth.
Ils sont particulièrement adaptés pour mesurer la distance et/ou la vitesse d'une cible par rapport au radar. Pour cela, de nombreuses méthodes de calcul consistent à rechercher le maximum de la fonction de corrélation entre le signal de réception et le signal d'émission décalé dans le temps par une ligne à retard, de manière à déterminer le temps de vol de l'onde émise et donc en déduire la distance d'une cible par rapport au radar. Par ailleurs, d'autres systèmes radars permettent de mesurer la vitesse d'une cible en exploitant l'effet Doppler. They are particularly suitable for measuring the distance and / or speed of a target relative to the radar. For this, many calculation methods consist in searching for the maximum of the correlation function between the reception signal and the emission signal shifted in time by a delay line, so as to determine the flight time of the emitted wave and therefore deduce the distance of a target from the radar. In addition, other radar systems make it possible to measure the speed of a target by exploiting the Doppler effect.
Un premier inconvénient de tels systèmes est l'obligation d'utiliser des lignes à retard ajustées ou des bancs de lignes à retard si l'on veut pouvoir mesurer une distance sur une large plage. Cela peut notamment induire un temps de réponse important du détecteur. Un autre inconvénient est la difficulté d'obtenir une résolution fine de la mesure. Cette résolution est obtenue en augmentant la pente de la fonction de corrélation pour pouvoir détecter précisément son maximum. Cela exige alors une augmentation de la bande passante du système entraînant une complexification de l'antenne, du traitement numérique à effectuer et une augmentation du coût des composants à utiliser (par exemple une bande passante de l'ordre de 1 Gbit/s nécessite une fréquence porteuse autour de la bande ISM 122,5 GHz). Une autre limitation imposée par l'augmentation de la bande passante est que ce type de traitement n'est pas apte à détecter des cibles situées à une très courte distance du radar puisque les décalages à opérer sur les lignes à retard seraient alors beaucoup trop courts et donc très contraignants technologiquement et économiquement. A first drawback of such systems is the requirement to use adjusted delay lines or delay line banks if it is desired to be able to measure a distance over a wide range. This can notably induce a large response time of the detector. Another disadvantage is the difficulty of obtaining a fine resolution of the measurement. This resolution is obtained by increasing the slope of the correlation function to be able to accurately detect its maximum. This then requires an increase in the bandwidth of the system leading to a complexification of the antenna, the digital processing to be performed and an increase in the cost of the components to be used (for example a bandwidth of the order of 1 Gbit / s requires a carrier frequency around the 122.5 GHz ISM band). Another limitation imposed by the increase in the bandwidth is that this type of processing is not able to detect targets located at a very short distance from the radar since the offsets to operate on the delay lines would then be much too short and therefore very demanding technologically and economically.
C'est pourquoi le but de l'invention est de proposer une solution simple et économique pour réaliser un détecteur de proximité hyperfréquence capable de détecter des cibles statiques et mobiles sur une large gamme de distance, y compris sur de très courtes distances, tout en conservant une bande passante étroite et ne présentant pas les inconvénients cités ci-dessus. La solution permet également d'obtenir une détection fiable en évitant les zones de non-détection dues à des zones aveugles, ce qui est une condition importante pour une utilisation comme détecteur de proximité dans un automatisme industriel. This is why the object of the invention is to propose a simple and economical solution for producing a microwave proximity detector capable of detecting static and mobile targets over a wide range of distances, even over very short distances, while keeping a narrow bandwidth and not having the drawbacks mentioned above. The solution also makes it possible to obtain reliable detection by avoiding zones of non-detection due to blind zones, which is an important condition for use as a proximity detector in industrial automation.
Pour cela, l'invention décrit un détecteur de proximité du type radar à corrélation, comprenant des moyens de génération d'un signal hyperfréquence d'émission modulé par un code numérique, des moyens de réception d'un signal hyperfréquence de réception correspondant au signal d'émission et une unité de traitement effectuant une fonction de corrélation entre le signal d'émission et le signal de réception. L'unité de traitement effectue une intégration de la fonction de corrélation de façon à calculer une surface cible de corrélation permettant de détecter la présence d'une cible à proximité du détecteur. For this purpose, the invention describes a proximity detector of the correlation radar type, comprising means for generating a microwave transmission signal modulated by a digital code, means for receiving a reception microwave signal corresponding to the signal. transmission unit and a processing unit performing a correlation function between the transmission signal and the reception signal. The processing unit performs integration of the correlation function to calculate a correlation target surface for detecting the presence of a target near the detector.
Selon une caractéristique, pour détecter la présence d'une cible, l'unité de traitement compare la surface cible de corrélation avec une surface référence calculée par intégration d'une fonction de corrélation effectuée à partir d'un signal d'émission généré en l'absence de cible. L'unité de traitement détecte la présence d'une cible quand l'écart entre la surface cible de corrélation et la surface référence est supérieur à une valeur de seuil mémorisée dans le détecteur. According to one characteristic, in order to detect the presence of a target, the processing unit compares the correlation target surface with a reference surface calculated by integrating a correlation function carried out from a transmission signal generated at a given time. absence of target. The processing unit detects the presence of a target when the difference between the correlation target surface and the reference surface is greater than a threshold value stored in the detector.
Selon une autre caractéristique, les moyens de génération génèrent des signaux d'émission à des fréquences porteuses différentes et l'unité de traitement calcule une surface cible et une surface référence pour chaque fréquence porteuse. L'unité de traitement détecte alors la présence d'une cible quand, pour au moins une des fréquences porteuses, l'écart entre la surface cible pour une fréquence et la surface référence correspondant à cette fréquence est supérieur à la valeur de seuil. According to another characteristic, the generation means generate transmission signals at different carrier frequencies and the processing unit calculates a target surface and a reference surface for each carrier frequency. The processing unit then detects the presence of a target when, for at least one of the carrier frequencies, the difference between the target surface for a frequency and the reference surface corresponding to this frequency is greater than the threshold value.
D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente un exemple de structure simplifiée d'un détecteur de 5 proximité conforme à l'invention, la figure 2 schématise la représentation graphique d'une fonction de corrélation obtenue par un tel détecteur. Other features and advantages will appear in the detailed description which follows with reference to an embodiment given by way of example and represented by the appended drawings in which: FIG. 1 represents an example of a simplified structure of a detector According to the invention, FIG. 2 schematizes the graphical representation of a correlation function obtained by such a detector.
En référence à la figure 1, un détecteur de proximité 1 (appelé aussi détecteur de présence ou capteur de proximité ou capteur de présence) délivre un signal de sortie 11 qui est fonction de la présence ou de l'absence d'une cible 9 dans la zone de détection du détecteur 1. Le détecteur 1 est du type radar à corrélation qui met en oeuvre un dispositif de corrélation capable de mesurer le degré de ressemblance entre un signal radio hyperfréquence d'émission en direction d'une cible éventuelle et un signal de réception réfléchi par cette éventuelle cible. Le signal d'émission est codé grâce à un code numérique, tel qu'un code binaire pseudo-aléatoire, de façon à éviter les problèmes d'interférence avec d'autres radars voisins ou tout autre équipement émettant dans la même bande passante. With reference to FIG. 1, a proximity detector 1 (also called presence detector or proximity sensor or presence sensor) delivers an output signal 11 which is a function of the presence or absence of a target 9 in the detection zone of the detector 1. The detector 1 is of the correlation radar type which implements a correlation device capable of measuring the degree of resemblance between a radio transmission microwave signal towards a possible target and a signal reception reflected by this possible target. The transmission signal is coded using a digital code, such as a pseudo-random binary code, so as to avoid interference problems with other neighboring radars or other equipment transmitting in the same bandwidth.
Le détecteur 1 comporte des moyens de génération 20 du signal d'émission. The detector 1 comprises means 20 for generating the transmission signal.
Ce signal est envoyé au moyen d'une antenne 6 vers l'extérieur du détecteur 1. Le détecteur 1 comporte également des moyens de réception 30 du signal de réception ainsi qu'une unité de traitement numérique 10 pour analyser ledit signal de réception, et effectuer la corrélation avec ledit signal d'émission de façon à pouvoir élaborer une décision de présence ou d'absence d'une cible 9 et générer la sortie 11. L'unité de traitement 10 peut être construite par exemple à partir d'un microprocesseur, d'un microcontrôleur de type DSP ou autres. This signal is sent by means of an antenna 6 to the outside of the detector 1. The detector 1 also comprises reception signal reception means 30 as well as a digital processing unit 10 for analyzing said reception signal, and perform the correlation with said transmission signal so as to be able to make a decision of presence or absence of a target 9 and generate the output 11. The processing unit 10 can be constructed for example from a microprocessor , a microcontroller type DSP or other.
Selon un mode de réalisation préféré, le détecteur 1 ne comprend qu'une seule antenne 6, laquelle permet simultanément d'envoyer le signal d'émission et de capter le signal de réception. La séparation entre les deux signaux se fait alors à l'aide d'un organe 5, tel qu'un circulateur passif ou actif. Suivant une autre variante équivalente, il serait possible de séparer les voies d'émission et de réception du détecteur en supprimant le circulateur 5 et en ajoutant une deuxième antenne. According to a preferred embodiment, the detector 1 comprises only one antenna 6, which simultaneously makes it possible to send the transmission signal and to pick up the reception signal. The separation between the two signals is then done using a member 5, such as a passive or active circulator. According to another equivalent variant, it would be possible to separate the transmission and reception channels of the detector by removing the circulator 5 and adding a second antenna.
Les moyens de génération 20 comprennent un oscillateur, par exemple un oscillateur commandé en tension (de type VCO - Voltage Control Oscillator) dont la fréquence dépend de la valeur d'une tension de commande. Cette tension de commande de l'oscillateur peut être pilotée à partir de l'unité de traitement 10. L'oscillateur travaille de préférence dans la bande de fréquence ISM comprise entre 2,4 GHz et 2,48 GHz, donnant une bande passante maximum de 80 MHz. Cette bande de fréquence est en effet usuelle et les composants correspondants s ont d onc t rés économiques. The generation means 20 comprise an oscillator, for example a voltage controlled oscillator (VCO type - Voltage Control Oscillator) whose frequency depends on the value of a control voltage. This control voltage of the oscillator can be controlled from the processing unit 10. The oscillator preferably works in the ISM frequency band between 2.4 GHz and 2.48 GHz, giving a maximum bandwidth 80 MHz. This frequency band is indeed customary and the corresponding components have been found ec economic.
Le signal d'émission est modulé à l'aide d'un code binaire numérique. Dans un mode de réalisation préféré, ce code numérique est un code fixe, mémorisé dans le détecteur et élaboré éventuellement à partir d'une séquence binaire pseudo-aléatoire. Le code numérique est accessible à l'unité de traitement 10 et aux moyens de génération 20. A l'intérieur des moyens de génération 20, le code numérique est intégré au signal d'émission par un modulateur qui peut être composé d'un simple switch d ont les temps d'ouverture et de fermeture doivent être compatibles avec la fréquence d'échantillonnage F ou bande passante utilisée. L'utilisation d'une faible bande passante, par exemple de l'ordre de 100 KHz, donne des résultats satisfaisants et économiques pour moduler le signal d'émission. La modulation de l'émission peut être effectuée par une modulation 00K (On Off Keying) mais l'adaptation d'un autre type de codage (FSK, PSK, ...) est tout à fait envisageable. The transmission signal is modulated using a digital bit code. In a preferred embodiment, this digital code is a fixed code, stored in the detector and optionally prepared from a pseudo-random binary sequence. The digital code is accessible to the processing unit 10 and the generation means 20. Inside the generation means 20, the digital code is integrated in the transmission signal by a modulator which can be composed of a simple d switch have the opening and closing times must be compatible with the sampling frequency F or bandwidth used. The use of a low bandwidth, for example of the order of 100 KHz, gives satisfactory and economical results for modulating the emission signal. The modulation of the emission can be carried out by a modulation 00K (On Off Keying) but the adaptation of another type of coding (FSK, PSK, ...) is quite conceivable.
Alternativement, on pourrait également envisager que le signal d'émission soit modulé à l'aide d'un code binaire pseudo-aléatoire évolutif, généré par l'unité de traitement 10 et transmis aux moyens de génération 20, de façon à augmenter l'immunité du détecteur. Alternatively, it could also be envisaged for the transmission signal to be modulated using an evolutionary pseudo-random binary code, generated by the processing unit 10 and transmitted to the generation means 20, in order to increase the transmission signal. immunity of the detector.
Les moyens de réception 30 comprennent divers dispositifs habituels, tels que filtre, amplificateur, démodulateur, convertisseur analogique/numérique, ..., permettant de fournir à l'unité de traitement 10 un signal de réception représentatif du signal capté par l'antenne 6, à la fréquence d'échantillonnage F de la bande passante. Par ailleurs, les moyens de réception 30 sont capables de détecter et de se synchroniser avec le début d e tout signal d e réception, par exemple à l'aide d'un en-tête reconnaissable dans le signal d'émission. The reception means 30 comprise various usual devices, such as filter, amplifier, demodulator, analog / digital converter, ..., making it possible to supply the processing unit 10 with a reception signal representative of the signal picked up by the antenna 6 , at the sampling frequency F of the bandwidth. Moreover, the reception means 30 are capable of detecting and synchronizing with the beginning of any reception signal, for example by means of a recognizable header in the transmission signal.
L'architecture du détecteur 1 peut être du type hétérodyne ou homodyne avec utilisation d'un coupleur dans les moyens de génération 20 et d'un mélangeur dans les moyens de réception 30 ou du type direct avec l'utilisation d'un détecteur d'amplitude à diode dans les moyens de réception 30. The architecture of the detector 1 may be of the heterodyne or homodyne type with use of a coupler in the generation means 20 and of a mixer in the reception means 30 or of the direct type with the use of a detector. diode amplitude in the receiving means 30.
L'unité d e traitement 1 0 effectue une corrélation entre le signal d'émission, contenant le code numérique, et le signal de réception correspondant. Dans l'exemple suivant, le code numérique comporte 7 bits et a pour valeur "0001101". Le signal de réception correspondant sera alors de la forme "OOOAAOA", après détection et remise en forme, dans lequel A représente une valeur analogique proportionnelle au signal de réception et qui correspond au 1 logique du signal d'émission. Cette valeur A est évidemment proportionnelle à l'intensité du signal de réception reçu provenant de la réflexion du signal d'émission. Notamment, la valeur A sera différente en fonction de la présence ou de l'absence d'une cible placée à proximité du détecteur. The processing unit 10 performs a correlation between the transmit signal, containing the digital code, and the corresponding receive signal. In the following example, the numeric code has 7 bits and is set to "0001101". The corresponding reception signal will then be of the form "OOOAAOA", after detection and reshaping, in which A represents an analog value proportional to the reception signal and which corresponds to the logic 1 of the transmission signal. This value A is obviously proportional to the intensity of the reception signal received from the reflection of the transmission signal. In particular, the value A will be different depending on the presence or absence of a target placed near the detector.
Le fait de prendre un code numérique comportant un grand nombre de bits permet d'améliorer l'immunité globale du détecteur face aux perturbations liées à l'environnement. Par ailleurs, pour augmenter la précision de calcul de la surface de la fonction de corrélation, il est avantageux d'émettre plusieurs échantillons pour chaque bit du code numérique. En contrepartie, l'augmentation du nombre de bits et/ou l'augmentation du nombre d'échantillons par bit peuvent rallonger le temps de traitement nécessaire dans l'unité de traitement 10. Ainsi, si l'on prend deux échantillons pour chaque bit composant le code numérique ci-dessus, le signal d'émission SE aura la forme suivante: "00000011110011", et le signal de réception SR correspondant: "000000AAAAOOAA". The fact of taking a numerical code with a large number of bits makes it possible to improve the overall immunity of the detector in the face of disturbances related to the environment. Moreover, to increase the calculation accuracy of the surface of the correlation function, it is advantageous to send several samples for each bit of the digital code. In return, the increase in the number of bits and / or the increase in the number of samples per bit can lengthen the processing time required in the processing unit 10. Thus, if two samples are taken for each bit In the above numerical code, the transmission signal SE shall have the form: "00000011110011", and the corresponding reception signal SR: "000000AAAAOOAA".
Par ailleurs, chaque échantillon du signal d'émission SE est émis à une fréquence d'échantillonnage FE. On peut également augmenter la précision de calcul de la surface de la fonction de corrélation en utilisant une fréquence d'échantillonnage FR du signal de réception qui soit supérieure à FE. Moreover, each sample of the emission signal SE is emitted at a sampling frequency FE. It is also possible to increase the calculation accuracy of the surface of the correlation function by using a sampling frequency FR of the reception signal which is greater than FE.
Conformément au mode de réalisation présenté, une fonction de corrélation Xcorr entre un signal d'émission SE et un signal de réception SR peut s'écrire d'une façon générale sous la forme discrète suivante: Xcorr(k) = E SE(i) * SR(i+k) pour i = 0 à i = n-k-1 dans lequel n représente le nombre total d'échantillons (n = 14 dans l'exemple avec deux échantillons par bit et un code numérique de 7 bits), i représente le numéro du bit et k représente le numéro de l'échantillon. According to the embodiment presented, a correlation function Xcorr between a transmission signal SE and a reception signal SR can be written in a general manner in the following discrete form: Xcorr (k) = E SE (i) * SR (i + k) for i = 0 to i = nk-1 where n represents the total number of samples (n = 14 in the example with two samples per bit and a 7-bit digital code), i represents the number of the bit and k represents the number of the sample.
Pour k = 0, on voit que Xcorr(0) = E SE(i) * SR(i) c'est-à-dire: Xcorr(0) = 6A. For k = 0, we see that Xcorr (0) = E SE (i) * SR (i), that is to say: Xcorr (0) = 6A.
Pour k = 1, Xcorr(1) = E SE(i) * SR(i+l), ce qui revient à décaler SR d'un échantillon, c'est-à-dire SR ="OOOOOAAAAOOAA-". On trouve alors: Xcorr(1) = 4A. De même, pour k = 2, SR ="OOOOAAAAOOAA--" et Xcorr(2) = 2A, etc... For k = 1, Xcorr (1) = E SE (i) * SR (i + 1), which amounts to shifting SR from a sample, that is SR = "OOOOOAAAAOOAA-". We then find: Xcorr (1) = 4A. Similarly, for k = 2, SR = "OOOOAAAAOOAA--" and Xcorr (2) = 2A, etc.
Par décalages successifs, l'unité de traitement 10 effectue ainsi le calcul de la fonction de corrélation pour l'ensemble des n échantillons. L'exemple de la figure 2 montre une courbe graphique de cette fonction de corrélation Xcorr(k) en fonction du numéro d'échantillon k. La courbe de la fonction de corrélation présente toujours un pic maximum pour k = 0, qui équivaut à la superposition entre les signaux SE et SR. La figure 2 montre une courbe présentant un seul pic mais, dans certains cas, d'autres pics secondaires sont également possibles. Dans le cadre de l'invention, il existe bien entendu d'autres méthodes pour calculer la fonction de corrélation. By successive offsets, the processing unit 10 thus performs the calculation of the correlation function for all n samples. The example of FIG. 2 shows a graphical curve of this correlation function Xcorr (k) as a function of the sample number k. The curve of the correlation function always has a maximum peak for k = 0, which is equivalent to the superposition between the signals SE and SR. Figure 2 shows a curve with a single peak but in some cases other secondary peaks are also possible. In the context of the invention, there are of course other methods for calculating the correlation function.
Selon l'invention, l'unité de traitement 10 effectue ensuite une intégration de la fonction de corrélation de façon à calculer une aire ou surface de corrélation. Le calcul de cette surface peut se faire aisément à l'aide de diverses méthodes connues telle qu'une méthode d'approximation cumulant la surface d'un rectangle pour chaque échantillon, une méthode d'approximation par des trapèzes pour chaque échantillon, une méthode de calcul des moindres carrés ou d'autres méthodes existantes. According to the invention, the processing unit 10 then performs an integration of the correlation function so as to calculate a correlation area or area. The calculation of this surface can be done easily using various known methods such as an approximation method cumulating the surface of a rectangle for each sample, a method of approximation by trapezes for each sample, a method least squares or other existing methods.
Contrairement à un système à ligne à retard, on constate ainsi que le traitement est complètement détaché de l'aspect temporel du signal de réception, puisque les décalages sont effectués dans l'unité de traitement 10 de façon désynchronisée par rapport à la réception du signal SR. On évite ainsi la génération du décalage temporel par la ligne à retard, la mesure de temps de vol et la localisation de pic de corrélation qui nécessite des moyens de traitement importants. Unlike a delay line system, it can be seen that the processing is completely detached from the temporal aspect of the reception signal, since the offsets are carried out in the processing unit 10 in a desynchronized manner with respect to the reception of the signal. SR. This avoids the generation of time shift by the delay line, the time of flight measurement and the correlation peak location which requires significant processing means.
Le détecteur de proximité 1 comporte un mode apprentissage lui permettant de connaître l'environnement de propagation 8 dans lequel il est installé : apprentissage de l'arrière-plan, des obstacles, des réflexions multiples d'un signal dans son trajet aller-retour, etc... Dans ce mode, un signal d'émission est envoyé en l'absence de toute cible 9 dans la zone de détection du détecteur 1. Ce signal d'émission se réfléchit sur l'environnement 8 et fournit un signal de réception capté par le détecteur. Le signal de réception correspondant est transmis par les moyens de réception 30 à l'unité de traitement 10 qui calcule la fonction de corrélation et effectue ensuite une intégration de cette fonction de corrélation pour o btenir u ne s urFace d e corrélation. Cette surface est appelée surface référence S réf et servira d e référence pour décider de la détection de présence d'une cible 9. The proximity detector 1 comprises a learning mode enabling it to know the propagation environment 8 in which it is installed: learning the background, obstacles, multiple reflections of a signal in its round trip, etc. In this mode, a transmission signal is sent in the absence of any target 9 in the detection zone of the detector 1. This transmission signal is reflected on the environment 8 and provides a reception signal captured by the detector. The corresponding reception signal is transmitted by the reception means 30 to the processing unit 10 which calculates the correlation function and then carries out an integration of this correlation function to obtain a correlation urge. This surface is referred to as reference surface S ref and will serve as a reference for deciding on the presence detection of a target 9.
Afin de s'affranchir d'une certaine instabilité de l'environnement 8, l'unité de traitement 10 peut réaliser, à différents instants durant le mode apprentissage, plusieurs mesures de surfaces de corrélation à partir de plusieurs signaux d'émission émis e n l'absence de cible 9, p uis calculer la s urface référence S réf en utilisant par exemple la moyenne ou l'écart-type de ces différentes surfaces mesurées, ou tout autre moyen susceptible de fiabiliser la connaissance de l'environnement 8 du détecteur 1. In order to overcome a certain instability of the environment 8, the processing unit 10 can realize, at different times during the learning mode, several measurements of correlation surfaces from several transmission signals emitted in the transmission mode. the absence of a target 9, to calculate the reference surface S ref using, for example, the mean or the standard deviation of these different measured surfaces, or any other means likely to make the knowledge of the environment 8 of the detector 1 reliable. .
Alternativement, dans le cas où l'environnement du détecteur serait connu de façon certaine, on pourrait envisager une solution très simplifiée dans laquelle la valeur de la surface référence Sréf serait fixe et mémorisée dans le détecteur, pour une fréquence porteuse donnée. Alternatively, in the case where the environment of the detector would be known with certainty, one could consider a very simplified solution in which the value of the reference surface Sref would be fixed and stored in the detector, for a given carrier frequency.
Une fois la surface référence Sréf déterminée, le détecteur 1 peut travailler dans son mode de fonctionnement normal. Dans ce mode, chaque fois qu'un signal d'émission est envoyé par les moyens de génération 20, les moyens de réception 30 reçoivent le signal de réception correspondant et l'unité de traitement 10 calcule une surface cible de corrélation, appelée Scib. Pour détecter la présence éventuelle d'une cible 9, cette surface cible Scib est comparée à la surface référence Sréf. En effet, la présence d'une cible 9 dans la zone de détection du détecteur entraîne une variation du niveau A du signal de réception reçu, ce qui se traduit par une variation de la surface de corrélation et donc une différence entre la surface cible Scib et la surface référence S réf. U n d es avantages d u calcul utilisant la s urface d e corrélation est de pouvoir faire une intégration de cette variation du niveau A sur les différents échantillons, de façon à obtenir un écart beaucoup plus facilement détectable entre les surfaces de corrélation qu'entre des valeurs maximales de signaux. Once the reference surface Sref determined, the detector 1 can work in its normal operating mode. In this mode, whenever a transmission signal is sent by the generating means 20, the receiving means 30 receives the corresponding reception signal and the processing unit 10 calculates a correlation target surface, called Scib. To detect the possible presence of a target 9, this target surface Scib is compared to the reference surface Sref. Indeed, the presence of a target 9 in the detection zone of the detector causes a variation of the level A of the received reception signal, which results in a variation of the correlation surface and therefore a difference between the target surface Scib and the reference surface S ref. One of the advantages of calculating using the correlation surface is to be able to integrate this level A variation on the different samples, so as to obtain a much more easily detectable difference between the correlation surfaces than between maximum values. of signals.
L'algorithme de prise de décision de la détection d'une cible est alors très simple: si l'écart entre la surface cible Scib et la surface référence Sréf est supérieur à une valeur de seuil Z prédéterminée, alors l'unité de traitement 10 décide qu'une cible 9 est détectée. Si la surface cible Scib diffère de la surface référence Sréf d'une valeur inférieure à la valeur du seuil Z, alors l'unité de traitement 10 décide qu'il n'y a pas de cible dans sa zone de détection. La sortie 11 du détecteur 1 est mise à jour par l'unité de traitement 10 en fonction de cette décision. Notons que l'écart peut être soit positif (Scib > Sréf), soit négatif (Scib < Sréf) en fonction de l'environnement et des conditions d'utilisation du détecteur. The decision algorithm for detecting a target is then very simple: if the difference between the target surface Scib and the reference surface Sref is greater than a predetermined threshold value Z, then the processing unit 10 decides that a target 9 is detected. If the target surface Scib differs from the reference surface Sref by a value less than the value of the threshold Z, then the processing unit 10 decides that there is no target in its detection zone. The output 11 of the detector 1 is updated by the processing unit 10 according to this decision. Note that the difference can be either positive (Scib> Sref) or negative (Scib <Sref) depending on the environment and the conditions of use of the detector.
Le seuil Z sert à obtenir une information fiable au niveau de la sortie 11. La valeur du seuil Z est mémorisée dans le détecteur et peut être déterminée de différentes manières, par exemple à partir de l'écart-type des différentes mesures ayant servi à calculer la surface référence Sref. De plus, la valeur de Z peut être réglable afin de pouvoir modifier la sensibilité du détecteur par rapport aux modifications de l'environnement (par exemple objets en mouvement dans le fond de scène). Des moyens de dialogue peuvent donc être envisagés dans le détecteur pour permettre à un opérateur de modifier la valeur de Z. Grâce à cette méthode, le détecteur 1 est capable de détecter des cibles 9 statiques et mobiles, y compris celles placées à très courte distance jusqu'à des distances de plusieurs mètres. The threshold Z serves to obtain reliable information at the output 11. The value of the threshold Z is stored in the detector and can be determined in different ways, for example from the standard deviation of the various measurements used to calculate the reference area Sref. In addition, the value of Z can be adjustable in order to be able to modify the sensitivity of the detector with respect to the modifications of the environment (for example objects moving in the background of the scene). Dialogue means can thus be envisaged in the detector to enable an operator to modify the value of Z. By this method, the detector 1 is able to detect static and mobile targets 9, including those placed at a very short distance. up to distances of several meters.
La propagation de l'onde des signaux hyperfréquences émis se faisant dans un environnement a priori inconnu, l'interférence entre l'onde du signal d'émission et l'onde réfléchie du signal de réception se traduit par l'apparition d'ondes stationnaires tout le long du chemin de propagation. La périodicité spatiale des ondes stationnaires est de 2J2, dans lequel X représente la longueur d'onde de la porteuse du signal d'émission. Tous les multiples de 2J2, le taux d'ondes stationnaires est maximum et l'énergie transmise à la cible diminue considérablement. On obtient alors des zones aveugles qui se traduisent par une très faible différence entre la surface cible Scib et la surface référence Sréf et donc un risque de non-détection dans les zones proches des multiples de X/2. As the propagation of the wave of the emitted microwave signals takes place in an environment which is a priori unknown, the interference between the wave of the emission signal and the reflected wave of the reception signal results in the appearance of standing waves. all along the path of propagation. The spatial frequency of the standing waves is 2J2, where X is the wavelength of the carrier of the transmit signal. All multiples of 2J2, the standing wave ratio is maximum and the energy transmitted to the target decreases considerably. Blind zones are then obtained which result in a very small difference between the target surface Scib and the reference surface Sref and therefore a risk of non-detection in the areas close to the multiples of X / 2.
Pour éviter cet inconvénient d û à l'effet des o ndes stationnaires, l'invention propose de faire varier la fréquence porteuse et d'émettre au moins deux signaux d'émission à deux fréquences porteuses différentes pour chaque mesure de détection d'une cible. Selon le mode de réalisation présenté, les mesures sont faites en utilisant trois fréquences différentes dans la bande de fréquence ISM comprise entre 2,4 GHz et 2,48 GHz, par exemple une fréquence porteuse de base F2 = 2,45 GHz et deux fréquences annexes entourant cette fréquence de base F1 = 2,42 GHz et F3 = 2,47 GHz, proches de la valeur de la fréquence de base F2. Les modifications des fréquences porteuses sont facilement obtenues par l'unité de traitement 10 en modifiant la tension de commande de l'oscillateur VCO des moyens de génération 20. To avoid this inconvenience due to the effect of the stationary means, the invention proposes to vary the carrier frequency and to emit at least two transmission signals at two different carrier frequencies for each measurement of detection of a target. . According to the embodiment presented, the measurements are made using three different frequencies in the ISM frequency band between 2.4 GHz and 2.48 GHz, for example a basic carrier frequency F 2 = 2.45 GHz and two frequencies annexes surrounding this basic frequency F1 = 2.42 GHz and F3 = 2.47 GHz, close to the value of the base frequency F2. The modifications of the carrier frequencies are easily obtained by the processing unit 10 by modifying the control voltage of the oscillator VCO of the generation means 20.
Le mode de fonctionnement du détecteur est alors le suivant: en mode apprentissage les moyens de génération 20 émettent des signaux d'émission aux différentes fréquences F1, F2 et F3 de façon à calculer une surface référence Sréf F1, Sréf F2 et Sréf F3 distincte pour chaque fréquence. Ensuite, en mode normal, le détecteur calcule de la même façon plusieurs surfaces cibles Scib F1, Scib F2 et Scib F3 à l'aide de signaux d'émission émis sur les différentes fréquences F1, F2 et F3. La détection de présence d'une cible 9 est ensuite décidée par l'unité de traitement 10 dès que la détection existe pour au moins une des fréquences, c'est-à- dire dès que l'écart entre la surface cible Scib pour une des fréquences et la surface référence Sréf correspondant à cette même fréquence est supérieur à la valeur de seuil Z prédéterminée. Ce qui se traduit par les équations suivantes (dans lesquelles ABS(x) signifie valeur absolue de x) : ABS(Scib F1 - Sréf F1) Z OU ABS(Scib F2 - Sréf F2) Z OU ABS(Scib F3 - Sréf F3) Z Le nombre de fréquences différentes nécessaires peut être modifiable et dépend de l'usage e t d e I a p ortée d u d étecteur. Elle d épend a ussi d e l'architecture matérielle utilisée, en particulier des performances de l'antenne et du circulateur. Ainsi un balayage sur trois fréquences porteuses donne des résultats satisfaisants pour une portée du détecteur de 0 à 3 mètres mais, pour des portées plus courtes, l'utilisation de deux fréquences porteuses différentes peut s'avérer suffisant pour éviter des zones aveugles de non-détection. On peut ainsi optimiser le temps de réponse du détecteur en fonction de son utilisation. The mode of operation of the detector is thus as follows: in learning mode the generation means 20 emit transmission signals at the different frequencies F1, F2 and F3 so as to calculate a reference surface Sref F1, Sref F2 and Sref F3 distinct for each frequency. Then, in normal mode, the detector calculates in the same way several target surfaces Scib F1, Scib F2 and Scib F3 using emission signals transmitted on the different frequencies F1, F2 and F3. The detection of the presence of a target 9 is then decided by the processing unit 10 as soon as the detection exists for at least one of the frequencies, that is to say as soon as the difference between the target surface Scib for a frequencies and the reference surface S ref corresponding to this same frequency is greater than the predetermined threshold value Z. This results in the following equations (in which ABS (x) means absolute value of x): ABS (Scib F1 - Sref F1) Z OR ABS (Scib F2 - Sref F2) Z OR ABS (Scib F3 - Sref F3) Z The number of different frequencies required may be modifiable and depends on the use and availability of the detector. It depends on the hardware architecture used, in particular the performance of the antenna and the circulator. Thus a scan on three carrier frequencies gives satisfactory results for a range of the detector from 0 to 3 meters but, for shorter ranges, the use of two different carrier frequencies may be sufficient to avoid blind areas of no detection. It is thus possible to optimize the response time of the detector as a function of its use.
De plus, pour s'affranchir d es perturbations q ui pourraient p rovenir d'autres équipements utilisant cette même bande de fréquence ISM (équipements de type WIFI ou Bluetooth notamment), il est préférable de ne pas fonctionner toujours avec une seule fréquence porteuse fixe. C'est pourquoi, l'invention prévoit de pouvoir faire des sauts en fréquence aléatoires de la fréquence porteuse de base F2. Les deux fréquences annexes F1 et F3 seraient alors décalées de la même façon. In addition, to overcome any disturbances that may arise from other equipment using this same ISM frequency band (such as WIFI or Bluetooth type equipment), it is preferable not to always operate with a single fixed carrier frequency. . Therefore, the invention provides to be able to make random frequency jumps of the basic carrier frequency F2. The two additional frequencies F1 and F3 would then be shifted in the same way.
II est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer d'autres variantes et perfectionnements d e d était et de m ême e nvisager l'emploi d e moyens équivalents. It is understood that it is possible, without departing from the scope of the invention, to imagine other variants and improvements of the same and to envisage the use of equivalent means.
Claims (9)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2868542B1 (en) | 2006-05-26 |
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