CA1142237A - Appareils radioelectriques pour la collecte d'informations provenant d'une multiplicite de postes - Google Patents

Abstract

Demande de Brevet au CANADA n.degree. 327 560, déposée le 14 Mai 1979. Demandeur : Monsieur GEESEN and al. Appareillage pour l'acquisition et le traitement de signaux radio en provenance d'une pluralité de stations, dont les fréquences sont contenues dans une bande de fréquences prédéterminée. Les signaux reçus sont mélangés avec un signal de fréquence locale variable produit à l'aide d'un synthétiseur de fréquence. Celui-ci possède une entrée programmable qui reçoit des valeurs de commande qui se succèdent par degrés proches l'un de l'autre pour balayer rapidement la bande de fréquences d'entrée. Les signaux de sortie du mélangeur sont appliqués à au moins une voie de filtrage passe-bande et le niveau de signal à la sortie de cette voie est relevé avec une indication de la fréquence correspondante en vue de permettre la démodulation des signaux d'entrée.

Description

3~

L'invention concerne des appareils destinés a la collecte de messages émanant d'une multiplicité de postes et au traitement des-dits messages en vue d'en tirer les informations qu'ils contiennent.
De tels appareils trouvent utilisation dans une installation S de transmission qui comprend une multiplicité de balises réparties sur un territoire et emettant des messages en langage numerique par modulation de phase d'une onde porteuse, lesdits messages etant des-tinés à être captés par un appareil porte par un satellite se depla-çant au-dessus du territoire, soit pour la mise en memoire des mes-sages re,cus, soit pour leur retransmission.
Les messages emis par les diverses balises parviennent au satellite d'une manière aleatoire et la frequence de leur onde por~
teuse est inconnue, de sorte que l'appareil comprend des moyens de balayage en fréquence sur une bande de fréquences à l'intérieur de lS laquelle sont contenues les frequences des ondes porteuses emises ainsi que des dispositifs de traitement à boucle de phase pour assurer la demodulation du ou des messages retenus au cours du balayage ou analyse spectrale.
La presente invention vise divers perfectionnements à un tel appareil qui permettent d'aboutir a une realisation simple et econo-mique et d'une grande efficacite.
: A l'égard de l'analyse spectrale ou balayage du spectre, pour l'ajustement de l'appareil sur l'émission d'une balise, elle est caractérisée par l'application d'un synthetiseur de fréquences pro-grammable pour le balayage du spectre, intervenant dans une boucle fermée à oscillateur dont la fréquence est contrôlée par tension.
Alors que, jusqu'ici, on cherchait dans ce but à faire utili-sation des qualités d'un oscillateur à quartz, il a été constaté que l'erreur due à la variation du trainage du synthétiseur de fréquen-ces programmé était inférieure à celle qui résulte de la derive de l'oscillateur a quartz et de la recopie, cette derniére étant inévi-table pour la commande de l'oscillateur dans une boucle ouverte.
L'invention prévoit aussi des moyens pour maintenir à une va-leur constante le gain d'un recepteur qui trouvent une application avantageuse dans le cas d'un recepteur porte par un satellite desti-ne à collecter et traiter des signaux provenant d'une multiplicité
de balises réparties sur un territoire au-dessus duquel se déplace le satellite.

. .

'', ' ~ ' 1~ 37 L'invention pallie ici les phenomènes de vieillissement et trouve une utilisation intéressante dans le cas où les mesures de niveau ont une importance pour le traitement de messages.
Suivant un premier procédé, l'invention prévoit que les ni-veaux détermines par l'appareil de traitement que comprend l'appa-reillage du satellite soient transmis vers le sol et, en cas de va-riation du niveau moyen des signaux transmis, une télécommande Eait varier le gain du récepteur pour le maintenir à une valeur conser-vant à celui-ci la propriété d'amplifier avec le même gain tous les signaux qu'il re~oit, quelle que soit leur intensité.
Suivant un autre mode d'exécution, le satellite comprend un moyen pour engendrer un signal de référence de niveau constant, et l'appliquer à l'entrée du récepteur pour asservir le gain de celui-ci au signal correspondant résultant de l'amplification fournie par le récepteur.
Encore un autre mode d'exécution fait application du bruit thermique et, selon ce mode, le gain du récepteur est corrigé selon le niveau du bruit thermique amplifié.
L'invention prévoit à cet égard un stade de fonctionnement pendant lequel le récepteur traite un bruit thermique à l'exclusion d'un signal recu de l'extérieur.
: Selon encore un autre mode d'exécution, on utilise les infor-mations de niveau qui sont fournies par l'analyseur de spectre et lesdites information aont l'ob~et d'un traitement statistique en

2~ vue de la comparaison avec des valeurs préalablement calculées ou résultant d'informations antérieures.
Une telle réalisation est particulièrement intéressante lors-que la gestion utilisée fournit les informations de niveau en valeur numérique.
L'invention vise les appareils faisant intervenir une boucle de phase, notamment pour la démodulation de signaux modulés en pha-se, et elle s'applique en particulier pour la démodulation de messa-ges pouvant avoir des fréquences réparties dans une bande de fré-quences qui peut être située dans la gamme des MHz ou des dizaines de MHz ou plus élevée et elle s'applique aux appareils comprenant au moins une boucle de phase pour le traitement d'un message qui est amenée dans une condition opératoire par détermination de la fré-quence d'une onde pure précédant la partie modulée du message.

,: ; ~ . . . ~ '.' La condition d'un bon calage en fréquence de la boucle, aussi dans sa condition preliminaire où elle s'accorde sur la fréquence porteuse de la modulation que dans sa condition où
elle participe à la demodulation a, jusqu'ici, et compte tenu des bandes de frequences allouees pour la collecte de donnees, amene à choisir pour composants d'une telle boucle de phase des composants à haute stabilite de fréquence, habitue]lement de nature piézo-électrique, que ces composants soient des oscillateurs et/ou des filtres.
Jusqu'à présent, en conséquence, une boucle de phase de collecte d'informations ou de données travaille dans une gamme de frequences où lesdits composants piezo-electriques sont operatoires, c'est-à-dire une gamme de frequences elevees.
Une boucle de phase de collecte de donnees est ainsi relativement coûteuse et cela en raison du fait qu'elle comporte des composants piezo-electriques.
La presente invention, dans cet aspect, est basee sur cette remarque qu'on peut obtenir une stabilite de frequence absolue aussi bonne avec des composants de stabilite de frequence relativement faible si ces composants travaillent dans une gamme de frequences basses.
Elle est alors caracterisee par l'application en tant qu'os-cillateur et filtre dans une boucle de phase de collecte de donnees d'un oscillateur habituel, non piezo-électrique, et d'un filtre de bande, egalement non piezo-electrique, les signaux appliques à la boucle de phase etant amenes par un changement de frequence dans une gamme de frequences peu elevees, de ~'ordre de la dizaine ou de la centaine de kHz.
On aboutit alors à des resultats aussi bons qu'avec l'utilisation de composants piézo-électriques.
L'invention est particulièrement avantageuse dans le cas ou l'appareil dont fait partie la ou les boucles de phase comprend un oscillateur ultrastable et elle prévoit alors d'utiliser ledit oscillateur ultrastable pour, si nécessaire, ramener les composants à faible stabilité relative de fréquence dans la condition où ils restent opératoires dans la boucle de phase.
Dans la descritpion qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels:
- la figure 1 est un schéma relatif à une forme de réalisa-, .
' ' ' .
~ , . , tion;
- la figure 2 est un schéma relatif à une autre ~orme de - realisation;
- la figure 3 est un schema relatif a une autre forme de réalisation;
- la figure 4 est un schéma relatif à une autre forme de réalisation;
- la figure 5 est un schema relatif à une autre forme de realisation;
- la figure 6 est un schema relatif à une autre forme de réalisation.
Un récepteur radioélectrique 201 (figure 1) destiné à fournir des signaux à un analyseur de spectre et à des dispositifs de traitement, a une entree 202 sur laquelle sont appliques les signaux captés par une antenne 203. Sa sortie 204 se divise en deux branches, l'une 205 qui constitue l'entrée d'un dispositif 206 de mesure de niveau et de fréquence des signaux recus, et l'autre 207 à partir de laquelle sont dérivées les voies 2081 ... 208 aboutissant à des dispositifs de traite-ment 2091 ... 209 .
La constitution du récepteur 201, dont la sortie est à fréquence unique, est particuli~erement simple.
On se réfère maintenant à la figure 2. Les signaux provenant d'un récepteur radioélectrique parviennent à une entrée 211, laquelle est appliquée par un circuit 212 à l'entrée 213 d'un mélangeur 214. La seconde entrée 215 dudit melangeur est reliée par un circuit 216 à
une boucle fermee 217 comprenant un oscillateur 2183 dont la fréquence est contrôlée par une tension appliquée à son entrée 219, ainsi qu'un filtre de bande 221, un diviseur de fréquence 222, programmable par degrés proches l'un de l'autre sous l'effet d'une commande de programm-ation 223 appliquee par un circuit 224. La boucle 217 comprend également un comparateur de phases 225 dont une entrée 226 fait partie de la boucle et dont une autre entree 227 applique au comparateur de phases 225 une fréquence ultrastable fournie par un oscillateur ultrastable 228 avec intervention d'un diviseur de frequence 229 lntroduisant un facteur de division fixe.
Le balayage en frequences est commandé par l'intervention du diviseur programmable 222.
La valeur de la frequence appliquee à l'entrée 215 du mélan-. :

3~7 geur 214 ne depend pas des conditions de vieillissement d'un oscil-]ateur, puisque la précision est celle de l'oscillateur ultrastable 228, laquelle est conservee precisément par l'asservissement fourni par la boucle fermée 217.
La sortie 231 du mélangeur 214 se divise suivant un certain nombre de voies 2321 ... 232 dans chacune desquelles est dispose, à la suite d'un amplificateur 233, un filtre 234, le nombre de voies, donc le nombre de filtres dépendant de la largeur de bande de fréquences balayée par le synthétiseur comparée à la largeur totale du spectre à balayer.
Chaque filtre 234 est suivi d'un détecteur 235 suivi d'un filtre 236 et les voies 232 sont échantillonées par un commutateur 237 d'un multiplexeur 238 commandé par un circuit 230 provenant d'un séquenceur 239 relié par un circuit 240 à l'oscillateur ultrastable 228. Le circuit 241 relié au commutateur 237 forme l'entrée d'un convertisseur analogique/
numérique 242 dont la sortie 243 est appliquée par un circuit 244 à une unité de commande 245 reliée également au séquenceur 239 par un circuit 246.
A la sortie 247 de l'unité de commande 245 sont présents en succession des couples de valeurs de niveau N et de fréquence F qui constituent l'information recherchée par le balayage du spectre.
Ces informations peuvent être utilisees pour l'ajustement en fréquence, à tout instant, d'un dispositif 248 de traitement des si-gnaux provenant de l'entrée 211 et qui sont achemines, par un circuit 249, et qui ont la même fréquence que les signaux appliqués à l'entrée 213 de l'analyseur spectral.
On a constaté que, en remplacant l'oscillateur peézo elec~rique du type VCXO, nécessitant une commande provenant d'un convertisseur numérique/analogique et faisant partie d'une boucle ouverte, par un synthétiseur de frequences intervenant sur le mélangeur par l~intermé
diaire d'une boucle fermée comprenant un oscillateur du type VCO, c'est-à-dire non piézo-électrique, comme on vient de la décrire, on pouvait, toutes choses égales d'ailleurs, augmenter considérablement la vitesse de balayage, dans un rapport pouvant aller de 1 à 4.
Il est également possible d'assurer ainsi le balayage d'une plage de fréquences plus large en faisant appel à un synthétiseur de fréquences et non pas à un oscillateur local à boucle ouverte, comme ~s , : , :
,:

classique jusqu'ici.
Dans l'appareil de mesure de niveau et de fréquence montre sur la figure 3, les signaux captes par l'antenne 251 sont appliqués a l'entrée 252 d'un récepteur 253. La sortie 254 du récepteur est reliée à l'entrée 255 d'un appareil d'analyse spectrale 256 dont la sortie 257 est reliée à l'entrée 258 d'une unité de commande 259. Celle-ci fournit a sa sortie 261 une information de niveau et à sa sortie 262 une information de fréquence. Une dérivation 263 de la sortie 254 du récepteur 253 se divise suivant un certain nombre de voies 2641 ... 264 dont chacune aboutit à
l'entrée 265 d'un dispositif de traitement 266 et les sorties 2671 267 desdits dispositifs aboutissent a un dispositif de regroupement des informations ou multiplexeur 268. La sortie 269 dudit dispositif est reliée à l'entrée 271 d'un dispositif de calcul 272 qui delivre à sa sortie 273 un "niveau moyen attribué" ou NA qui correspond à la moyenne de n messages traités. La valeur moyenne est transférée dans une mémoi-re ou registre tampon 274 et la valeur moyenne des n messages suivants est calculée. La valeur mise en mémoire est comparée, dans un compara-teur 275, à une valeur moyenne de référence de niveaux attribués fournie par un dispositif 276. Le résultat de la comparaison, présent à la sortie 277 du comparateur 275, est traité par un convertisseur numérique/
analogique 278 et, après amplification dans un amplificateur 279, est introduit à l'entrée 281 du récepteur 253 de contrôle du gain de ce récepteur.
L'invention prévoit également, en plus du convertisseur 278 et de l'amplificateur 279, un dispositif sommateur 282 permettant, par l'application sur son entrée 283 d'une tension de polarisation, l'exécution de tests.
On se réfère maintenant à la figure 4. Le signal d'entrée d'une boucle de phase faisant partie d'un dispositif de traitement de signaux modulés en phase est appliqué a l'entrée 301 d'un premier mélangeur 302 faisant partie de la boucle de phase 300. La fréquence du signal appliqué à l'entrée 301 est relativement faible.
Dans le cas de signaux de fréquence élevée captés par un récepteur, ledit récepteur comprend un changeur de fréquence pour amener le signal appliqué à l'entrée 301 à une valeur de l'ordre de la dizaine ou de la centaine de kHz.
La boucle de phase 300 comprend un amplificateur 303, un ~-r ,~
.

.

filtre 304, qui est un filtre du type RC, c'est-à-dire à résistance et condensateur, un limiteur 305, un comparateur de phases 306, au-quel est appliquée sur une entree 307 une frequence de référence, qui peut être fournie par un oscillateur ultrastable que comprend l'appareil. La boucle 300 se poursuit par un filtre de boucle 308 et un commutateur 309 est interposé entre la sortie 311 du comparateur 306 et l'entrée 312 du filtre de boucle 308. La boucle comprend un oscillateur à contrôle par tension 313, en principe d'un type non pié~o-électrique, dont la sortie 314 est reliée à la seconde entrée 315 du premier mélangeur 302 par un circuit 316 qui comprend un troisième mélangeur 317. Sur l'entrée 318 de ce dernier est appliquée la sortie 319 d'un synthétiseur de fréquences 321 relié par un circuit 322 à une unité de commande et à l'entrée 323 duquel est appliquée une fréquence de référence provenant de l'oscillateur ultrastable.
Un circuit de dérivation 324 peut être rendu opératoire par le commutateur 309 pour former une boucle 325 comprenant non seulement le filtre de boucle 308 et l'oscillateur 313, mais également un comparateur 326 dont l'entrée 327 est reliée à la sortie 314 de l'oscillateur 313 et la sortie 328 reliée, par l'intermédiaire d'un amplificateur 329, à l'entrée 312 du filtre de boucle 300 lorsque le communtateur 309 est dans la position montrée en trait pointillé.
Lorsque le commutateur 309 est dans la position montrée en trait plein, la boucle de phase 300 est propre à assurer l'acquisition en phases et la démodulation, le message transporté par le signal appliqué
à l'entrée 301 étant disponible sur la sortie 331 de la boucle.
Lorsque le commutateur 30~ est amené dans la position montrée en trait pointillé, la fréquence de référence appliquée a l'entrée 332 du comparateur 326 remet, s'il y a lieu, l'oscillateur 313 dans la conditlon qui correspond au fonctionnement ultérieur de la boucle de phase 300.
On se réfere maintenant a la figure 5. Dans cette forme de réalisation, apparentée a celle qu'on vient de decrire, l'oscilla-teur 335, faisant partie d'une boucle de phase 336, joue également le rôle d'oscillateur du synthétiseur de fréquences 321 (figure 4). Il fait partie non seulement de la boucle de phase 336 mais également d'une boucle 337 comprenant un diviseur programmable 338, dont ~7 ~ .

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l'entrée 339 est reliée à l'unité de commande et dont la sortie 341 est reliée à l'entrée 342 d'un comparateur de phases 343, sur la seconde entrée 344 duquel est appliquée une fréquence de référence issue de l'oscillateur ultrastable. La boucle 337 comprend en outre une mémoire 346 reliée à la sortie 345 du comparateur de phases 343 par un commut-ateur 347 actionné, comme schématisé en 348, à partir de l'unité de commande La sortie 349 de la mémoire 346 est reliée à l'entrée 351 d'un sommateur 352 interposé entre le filtre de boucle 308 et l'oscillateur 335.
Lorsque le commutateur 347 est dans la position montrée en trait plein, la boucle de phase fonctionne de la même manière que la boucle de phase de la forme de réalisation précédente, pour faire appara;tre à la sortie 331 les informations portées par le message.
Lorsque le commutateur 347 est dans la position montrée en trait pointillé, la mémoire 346 emmagasine la valeur de tension qui dans la condition suivante, où le commutateur 247 est ramené dans la position montrée en trait plein, est propre à remettre la boucle de phase 336 dans sa condition opératoire.
Dans cette forme de réalisation, un oscillateur autonome pour le synthétiseur de fréquences est évité.
On se référe maintenant à la figure 6. Dans cette forme de réalisation, l'entrée 361 d'un mélangeur 362 recoit un signal qui peut etre a fréquence élevée quelconque fournie par un récepteur du type habituel dans un appareil prévu pour la collecte et le traitement sur un satellite d'info.rmations provenant d'une multiplicité de balises.
Une transposition de fréquence est assurée par le mélangeur 362 qui recoit sur sa seconde entrée 363 la sortie d'un synthétiseur de fréquences 364 commandé par son entrée 36S a partir de l'unité de commande. Une fréquence de référence est appliquée a une seconde entrée 366 et provient d'un oscillateur ultrastable. Apres traversee d'un filtre 367, le signal a fréquence transposee, présent sur la sortie 368 dudit filtre, est acheminé vers une boucle de phase 369 qui peut être du type montré sur la figure 4 ou du type montré sur la figure 5.
Cette réalisation permet d'utiliser les montages montrés sur les figures 4 et 5 lorsque la bande dans laqu~lle se trouvent les signaux est large, l'utilisation d'un synthétiseur permettant d'obtenir en sortie une bande de fréquences plus étroite.

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Claims (6)

1. Appareillage pour l'acquisition de signaux radio reçus de manière aléatoire à des fréquences respectives, inconnues, réparties dans une bande de fréquences d'entrée prédéterminée, comprenant un récepteur de signaux radio, un synthétiseur de fréquence possédant une entrée programmable propre à recevoir des valeurs de commande qui se succèdent par degrés proches l'un de l'autre pour produire un signal de balayage rapide à
sa sortie dont la fréquence évolue dans une plage correspondant à la bande de fréquences d'entrée, des moyens pour mélanger les signaux issus du récepteur avec les signaux de sortie du synthé-tiseur, au moins une voie de filtrage passe-bande à la sortie desdits moyens de mélange, et des moyens pour relever des valeurs successives du niveau de signal à la sortie de ladite voie de filtrage avec l'indication de fréquence correspondante.

2. Appareillage selon la revendication 1, comprenant une pluralité de telles voies de filtrage étagées en fréquence et montées en parallèle à la sortie desdits moyens mélangeurs.

3. Appareillage selon la revendication 2, comprenant des moyens pour relever séquentiellement les valeurs de niveau aux sorties desdites voies de filtrage.

4. Appareillage selon la revendication 1 dans lequel lesdites valeurs de niveau et de fréquence sont utilisées pour l'ajustement en fréquence d'un dispositif de traitement des signaux reçus.

5. Appareillage selon la revendication 4, comprenant plusieurs dispositifs de traitement de signaux reçus en parallèle.

6. Appareillage selon l'une des revendications 1, 4 ou 5, monté à bord d'un satellite pour l'acquisition de signaux en provenance de balises.