Dispositif de réception
La présente invention concerne un dispositif de réception se prtant pour les systèmes électriques du type utilisant un ou plusieurs index ambigus pour représenter un seul élément d'information.
Par index, on désigne une quantité ou un paramètre tel que, par exemple, le déplacement dans le temps d'une impulsion, ou la fré- quence ou la phase d'une onde qui représente l'amplitude d'un échantillon d'une fonction d'une onde électrique, l'information qui y est contenue devant tre transmise d'un transmetteur à un récepteur.
Par le termes ambigu , on indique qu'à toute valeur de l'index correspond plus d'une valeur de la fonction représentée.
On a décrit dans le brevet suisse N 319082 un système de communication électrique comprenant au transmetteur des moyens pour échantillonner périodiquement une onde électrique, des moyens pour obtenir à partir de chaque échantillon une pluralité d'index représentant chacun sur une échelle continue ledit échantillon, mais un au moins des index représentant ledit échantillon d'une manière ambiguë, et des moyens pour transmettre lesdits index par des signaux d'une nature telle que l'échantillon original puisse tre reconstitué à partir de ces signaux sans ambiguïté sur une échelle continue.
L'avantage de l'utilisation d'un ou plusieurs index ambigus pour améliorer le rapport signalbruit d'un système de communication dépend de l'utilisation d'une technique de réception convenable pour reconstituer chaque échantillon de l'onde électrique à partir des index correspondants reçus. Une telle technique est décrite dans le brevet suisse No 315756. Cette technique comporte la production de peignes ou de séries d'impulsions correspondant aux dif férents index et reproduisant l'échantillon par coïncidence dans le temps des impulsions des peignes.
Les systèmes de navigation sont sujets à des erreurs par suite de réflexions indésirables (appelées erreurs de site) qui ont le mme effet que le bruit dans les systèmes de communication. L'effet de telles erreurs peut, de la mme manière, tre grandement réduit en utilisant des indications de direction ambiguës qui sont analogues aux index ambigus dans les systèmes de communication. On a déjà décrit dans le brevet suisse No 314679 comment la technique du peigne d'impulsions peut tre appliquée à la réduction des erreurs de site.
Cette technique peut présenter des incon vénients quand les fréquences mises en oeuvre sont très élevées, du fait qu'avec les tubes à haute fréquence normalement utilisés, il peut tre difficile de produire des impulsions pour les peignes ayant une durée suffisamment courte.
Le but principal de l'invention est donc de prévoir une variante de la technique d'utilisation au récepteur des index ambigus qui fonctionne d'une manière satisfaisante aux très hautes fréquences.
Un autre but de l'invention est de prévoir un dispositif de réception qui soit plus simple à régler et à maintenir en état de fonctionnement convenable que le dispositif utilisant la technique du peigne d'impulsions.
Ces buts sont obtenus suivant l'invention en prévoyant un dispositif de réception pour recevoir en présence d'interférences indésirables au moins deux ondes primaires modulées ayant des fréquences différentes, chacune de ces ondes primaires étant modulée en accord avec le mme élément d'information et fournissant une représentation différente dudit élément d'information, une au moins des représentations étant ambiguë, ledit dispositif comprenant des moyens pour reproduire ledit élément d'information à partir desdites ondes primaires et étant caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent des moyens pour dériver desdites ondes primaires des ondes auxiliaires modulées correspondantes ayant la mme fré- quence, et ceci par multiplication de fréquence d'au moins l'une desdites ondes primaires,
et des moyens commandés par lesdites ondes auxiliaires pour éliminer pratiquement les interfé- rences.
Les fig. 1 et 2 du dessin montrent, à titre d'exemple, les schémas de bloc de deux formes d'exécution de l'objet de l'invention.
Les éléments de base sont représentés à la fig. 1. On supposera qu'un élément d'information est représenté par la phase (relative à une phase de référence) d'une onde donnée par y = a sin (wt +) dans laquelle w est la fré- quence angulaire et l'angle de phase (p ne varie pas à l'extérieur des limites jn, représentant ainsi l'élément d'information sans ambiguïté.
Suivant les principes indiqués dans le brevet No 319082, on produit, à partir de l'onde cidessus, deux ondes auxiliaires de fréquence mo) et nw où m et n sont des nombres entiers qui sont premiers entre eux. De préférence, m ou n ou leur différence est égal à 1. Ces deux ondes seront représentées par y = b sin (mo) t + map) et y = c sin (no) t + ncp). Si m ou n est plus grand que 1, la phase de l'onde auxiliaire correspondante peut varier à l'extérieur des limites n, de sorte qu'elle représente l'élément d'information d'une manière ambiguë.
Des dispositifs tout à fait similaires sont utilisés dans l'installation de navigation décrite dans le brevet suisse No 314679. Dans les deux brevets, les deux ondes auxiliaires sont utilisées pour reproduire l'élément d'information sans ambiguité, les effets indésirables provoqués par le bruit ou par les erreurs de site étant grandement réduits.
Dans le cas de la fig. 1, les deux ondes auxiliaires sont appliquées respectivement par deux conducteurs 1 et 2 aux filtres 3 et 4 prévus pour laisser passer les fréquences mw et nm respectivement. Les débits des filtres sont appliqués à un modulateur-changeur de fré- quence 5 de type classique, la bande latérale inférieure de fréquence (m-n) m étant filtrée par un filtre 6. En supposant que m-n = 1, l'onde originale de fréquence w sera filtrée par le filtre 6 et l'information qu'elle transporte peut tre obtenue à partir de sa phase sans ambiguité.
Toutefois, si l'on ne prend pas d'autre mesure, aucun avantage n'est obtenu par l'utili- sation des ondes auxiliaires du fait que l'onde de sortie de fréquence o) sera accompagnée d'une mme quantité de bruit ou d'erreur que si elle avait été transmise directement. Cette difficulté est surmontée de la manière suivante :
Le débit du filtre 3 est également appliqué à un générateur d'harmoniques 7 suivi par un filtre 8 qui filtre le nime harmonique dont la fréquence angulaire est m-nm. De mme, le débit du filtre 4 est appliqué à un second générateur d'harmoniques 9 suivi par un filtre 10 qui filtre le mième harmonique qui aura également une fréquence angulaire égale à m-nm.
Ces deux ondes sont appliquées à un détecteur différentiel 11 et, puisqu'elles sont de la mme fréquence, on obtiendra à la sortie du détecteur une tension unidirectionnelle dont l'amplitude et le signe sont déterminés par l'amplitude et le signe de la différence de phase entre les deux ondes. Par suite des effets du bruit ou des erreurs de site, la différence de phase variera constamment. En conséquence, les filtres 3 et 4 sont prévus avec des dispositifs de commande de phase 12 et 13 auxquels est appliqué la tension de sortie du détecteur différentiel dans un sens convenable pour réduire la différence de phase entre les deux ondes appliquées au dé- tecteur différentiel.
Les dispositifs de commande de phase 12 et 13 peuvent, par exemple, tre des tubes à réactance fonctionnant comme éléments réactifs ou comme partie d'éléments réactifs dans les réseaux de filtres.
De cette manière, les variations de phase provoquées par le bruit ou les erreurs de site sont pratiquement supprimées des ondes à la sortie des filtres 3 et 4 et elles peuvent tre combinées dans le modulateur 5 avec pratiquement le mme avantage que celui obtenu par l'utilisation de peignes d'impulsions comme dans les brevets cités plus haut.
On verra plus loin que, si l'on suppose que la variation de phase probable provoquée par le bruit ou les erreurs de site de chaque onde auxiliaire est d (p, la variation de phase probable à la sortie du filtre 6 est pratiquement égale à (m-n) dcp//2 nm.
Pour expliquer la réduction du bruit ou de l'erreur de site produite par le dispositif de la fig. 1, on supposera que les ondes appliquées aux filtres 3 et 4 sont données par
P = E sin (mo) t + mep + p) et
Q = E sin (n0tt + nqD + q)
Dans ces équations, (p est la phase relative qui indique sans ambiguïté l'amplitude de l'onde échantillonnée ou d'un autre élément d'information, qui est transporté avec ambiguïté par les phases relatives mT et ncp des ondes P et Q. Les quantités p et q représentent les variations de phase probables ou les erreurs des ondes, erreurs qu'on désire pratiquement élimi- ner.
En pratique, p et q sont tous deux égaux à d (p, mais il est préférable de les considérer comme distincts tout d'abord. Puisque p et q sont des erreurs probables, l'erreur probable équivalente à la combinaison de p et q sera pratiquement égale à dcp-1/2. Après multiplication de fréquence, les ondes P et Q appliquées au détecteur différentiel 11 apparaîtront telles que :
P, = E sin (mncot + mnT + np3 et
01 = E sin (mn (ot + mncp + mq)
La tension de commande à la sortie du dé- tecteur 11 sera proportionnelle à la différence entre les angles indiqués entre les parenthèses, c'est-à-dire proportionnelle à np-mq.
Si l'on suppose tout d'abord que la correction est appliquée à l'onde P seulement (c'est à-dire qu'on n'utilise pas le dispositif de commande de phase 13), la valeur de la correction appliquée à P sera (np-mq)/n = p-mq/n, de sorte que l'erreur finale de P sera mq/n.
L'erreur de phase de la bande latérale du modulateur 5 sera la différence entre l'erreur finale de P et l'erreur de Q qui est (m-n) q/n.
De mme, si la correction est appliquée à l'onde
Q seulement, l'erreur finale de Q sera np/m et l'erreur de phase de la bande latérale sera (m-n) p/m. Dans le cas préféré dans lequel m-n = 1, on verra que l'erreur probable de la bande latérale est réduite m on n fois, suivant que l'onde P ou l'onde Q est corrigée.
Lorsque les deux ondes sont corrigées, la proportion de correction peut tre distribuée entre elles de n'importe quelle manière en choisissant les pentes relatives de commande des dispositifs 12 et 13. Si, par exemple, ces dispositifs-sont choisis de manière à avoir une pente égale de commande, environ la moitié de la correction sera appliquée à chaque onde.
Dans ce cas, la correction appliquée à l'onde P sera p/2-mq/2n et l'erreur finale sera p/2 + mq/2n. De mme, l'erreur finale de l'onde Q sera q/2 + np/2m. L'erreur de la bande latérale de sortie sera la différence de ces deux erreurs, c'est-à-dire (m-n) (mq + np)/2m n. Cette erreur se situe entre (m-n) (q + p)/2m et (m-n) (q + p)/2n et puisque, comme il a déjà été expliqué plus haut, q + p = dq) 2, l'erreur est comprise entre (m-n) dqVm/'2'et (m-n) d/mi/TT.
L'erreur probable après correction sera pratiquement égale à la moyenne géométrique de ces valeurs qui est (m-n) d/g 2 m n, la valeur donnée plus haut. Dans le cas préféré, dans lequel m-n = 1, ceci est réduit à dq-./1/2 mn.
Dans certains cas, il est intéressant de choisir n = 1, alors que m-est un nombre entier assez grand, tel que 10. Le circuit peut alors tre simplifié en supprimant les éléments 7 et 8 (puisqu'aucune multiplication de fréquence mo3 n'est nécessaire dans ce cas). De mme, les éléments 5 et 6 ne sont pas nécessaires du fait que l'onde de fréquence w à la sortie du filtre 4 contient l'information sans ambiguïté et peut tre utilisée directement. Dans ce cas pratiquement, toute la réduction de bruit est obtenue en corrigeant l'onde Q seulement au moyen du dispositif de commande de phase 13. A partir de ce qui a été expliqué plus haut, on verra que l'er- reur finale probable de l'onde Q sera dans ce cas p/m = d (p/m.
Si m = 10, par exemple, aucun avantage appréciable ne peut tre obtenu en corrigeant également la phase de l'onde P, de sorte que la dépense du dispositif 12 serait à peine justifiée. Si m et n sont grands et presque égaux (m-n = 1), l'erreur probable d (p/ 8 2 mn obtenue en corrigeant de façon égale les deux ondes est presque égale à d (p/m 8 2, ce qui est un perfectionnement d'environ 3 dé- cibels sur ce qu'il est possible d'obtenir quand une seule onde est corrigée. Ceci sera en général suffisant pour justifier la correction des deux ondes.
La fig. 1 comprend également des éléments supplémentaires qui indiquent la manière suivant laquelle la présente invention peut tre appliquée à un arrangement de réception pour une des formes d'exécution du système à index ambigu décrit dans le brevet suisse No 315756.
Dans cette forme d'exécution, une onde vocale est échantillonnée à des intervalles de 100 microsecondes et, pour chaque échantillon, on transmet deux paquets d'ondes de courte durée dont les fréquences respectives sont de 500 et 450 kc/s, les déplacements de phase des paquets donnant deux représentations différentes et ambiguës de l'amplitude de l'échantillon.
A l'extrémité de réception, les paquets d'ondes de 500 et 450 kc/s, correspondant aux échantillons successifs de l'onde vocale sont séparés et appliqués respectivement aux filtres 3 et 4, fig. 1. Ainsi o) = 50 kc/s, m = 10 et n = 9.
Les paquets d'ondes à 50 kc/s obtenus à la sortie du filtre 6 sont appliqués par deux circuits parallèles à un circuit discriminateur de phase 14, un des circuits comprenant un réseau retardateur 15 introduisant un retard de 100 microsecondes. On verra que, par ce moyen, le paquet d'ondes correspondant à chaque échantil- lon de l'onde vocale et également celui correspondant à l'échantillon précédent, sont simultanément appliqués au discriminateur 14 qui est du type donnant une impulsion de sortie dont l'amplitude est proportionnelle à la différence de phase de chaque paire de paquets d'ondes.
Les impulsions de sortie ainsi obtenues sont appiquées à un filtre passe-bas qui donne la dé- rivée de l'onde vocale. Pour obtenir l'onde vocale elle-mme, les signaux de sortie du filtre 16 sont appliqués à un réseau intégrateur 17.
Dans ce cas, les paquets d'ondes à la fré- quence de 50 kc/s à la sortie du filtre 6 transportent l'information sans ambiguïté (à savoir l'amplitude de l'échantillon correspondant de l'onde vocale) et le bruit qui a été recueilli pendant la transmission est pratiquement supprimé par l'action des dispositifs de commande de phase 12 et 13.
La fig. 2 montre une application de l'inven- tion à un récepteur de radionavigation. Ce récepteur est du type décrit dans le brevet No 314679 et est prévu pour tre porté par un avion ou un autre mobile pour indiquer la direction d'un poste de radioguidage.
Le poste de radioguidage donne trois ondes indicatrices, à savoir : une onde de fréquence Fi + fol rayonnée sous la forme d'un champ en forme de cardioïde à un seul lobe qui tourne uniformément à une basse fréquence f, une onde de fréquence FO + F2 rayonnée sous la forme d'un champ symétrique en forme de marguerite à m lobes qui tourne également uniformément à la fréquence basse f, et une troisième onde de fréquence FO modulée en amplitude par une fréquence F3 qui est modulée en fréquence à la fréquence f. La troisième onde est rayonnée uniformément dans toutes les directions et les deux bandes latérales et la fréquence porteuse
FO sont transmises. L'onde de fréquence f est utilisée au récepteur comme phase-étalon ou phase de référence.
Les fréquences FI, F2 et F3 doivent tre petites comparées à FO, et grandes comparées à f. L'indication de direction peut tre obtenue sans ambiguïté à partir de l'ensemble à un seul lobe, mais avec une précision faible par suite de l'erreur de site, et avec une précision élevée, mais d'une manière ambiguë, à partir de l'en- semble à plusieurs lobes. Par une combinaison appropriée, des indications obtenues à partir des deux types de lobes, on peut obtenir une indication très précise sans ambiguïté.
Dans un exemple pratique de réalisation, les fréquences Fl, F2, F3 et f peuvent, par exemple, tre égales à 3000,4000,5000 et 50 c/s respectivement et m peut tre choisi égal à 8.
On suppose dans la fig. 2 que ces valeurs particulières sont utilisées.
Les trois ondes d'indication sont reçues sur une antenne 18 connectée à un récepteur radioélectrique classique 19 dans lequel l'onde porteuse FO de la troisième onde est utilisée pour démoduler toutes les ondes, de sorte qu'on obtient des ondes démodulées dont les fréquences sont égales à 3000,4000 et 5000 c/s, qui sont respectivement filtrées par les filtres 20,21 et 22 connectés au conducteur de sortie 23 du récepteur 19. On comprendra que les ondes à 3000 et à 5000 c/s sont modulées à 50 hertz par seconde, tandis que l'onde à 4000 c/s obtenue à partir de l'ensemble à 8 lobes est modulée à 400 hertz par seconde.
Les filtres 20 et 21 sont suivis par les dé- tecteurs 24 et 25 et les filtres 27 et 26 pour filtrer respectivement les ondes à 50 c/s et à 400 c/s. Ces deux ondes seront modulées en phase en accord avec la direction du poste de radioguidage, la modulation de l'onde à 400 c/s étant ambiguë.
Le filtre 22 est suivi par un discriminateur de fréquence 28 qui reconstitue l'onde de référence à 50 c/s qui est filtrée par un filtre 29.
La différence de phase des ondes de fréquence f aux sorties des filtres 27 et 29 donne alors la direction du poste de radioguidage et est déterminée par un indicateur 30 qui peut tre du type dynamométrique et auquel les signaux de sortie des filtres 27 et 29 sont appliqués. Pour supprimer pratiquement l'erreur de site affectant l'ensemble à un seul lobe, on utilise l'indi- cation ambiguë de l'ensemble à 8 lobes. Une manière d'y parvenir est la suivante :
La sortie du filtre 27 est connectée à un multiplicateur de fréquence 31 qui multiplie la fréquence par 8. Ce multiplicateur peut, par exemple, comprendre un générateur harmonique (qui n'est pas représenté) suivi par un filtre (qui n'est pas représenté) qui filtre la fréquence de 400 hertz par seconde.
Les sorties du filtre 26 et du multiplicateur 31 sont appliquées à un détecteur différentiel 32 dont le voltage de sortie est utilisé pour commander un tube à réactance 33 ou un autre dispositif de commande de phase connecté à ou faisant partie du filtre 27, comme il a été décrit en relation avec la fig. 1. De cette manière, les effets de l'erreur de site sont pratiquement éliminés de l'onde à 50 c/s à la sortie du filtre 27 suivant les principes exposés en relation avec la fig.-1.
On remarquera que la fig. 2 est un cas dans lequel n = 1 et m = 8 et qu'en conséquence on n'obtient pas d'avantage supplémentaire en appliquant un dispositif de correction de phase au filtre 26.