EP2304510A1 - Estimation of the impulse response of a system on the basis of binary observations - Google Patents

Estimation of the impulse response of a system on the basis of binary observations

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Publication number
EP2304510A1
EP2304510A1 EP08875639A EP08875639A EP2304510A1 EP 2304510 A1 EP2304510 A1 EP 2304510A1 EP 08875639 A EP08875639 A EP 08875639A EP 08875639 A EP08875639 A EP 08875639A EP 2304510 A1 EP2304510 A1 EP 2304510A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
output
impulse response
estimate
function
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08875639A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christophe Le Blanc
Eric Colinet
Jérôme JUILLARD
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP2304510A1 publication Critical patent/EP2304510A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • G05B17/02Systems involving the use of models or simulators of said systems electric

Definitions

  • Oscillation-Based Test Another method called “OBT” (OBT for "Oscillation-Based Test”), similar to the KLV method, consists in inserting the system that one wishes to identify and having a transfer function H, in a nonlinear loop comprising a Comparator 6.
  • the return gain (block referenced 7) is adjusted to observe oscillations preferably having a most sinusoidal shape possible. In this way, we can deduce using the hypothesis of the first harmonic, the parameters of the transfer function H using analytical relations, as for the KLV method.
  • the means for carrying out said estimate y k of the output of the system may furthermore comprise: second calculation means, intended to apply to the elements Jo,..., Ji,, J n hi calculated of said given criterion J, a function f predetermined passage according to the noise signal u k transmitted at the input of said system, and such that: with hi an impulse response element h of said system and hi an element of said impulse response estimate h of said system.
  • the impulse response estimation means may comprise: a chain of blocks respectively forming a first order delay function or having z "1 as a z transfer function, said chain being intended to receive said input signal u k , and to emit values u k , ... ut -1 , u k - n hi of the delayed noise signal respectively output of said blocks.
  • the first calculation means may comprise means forming an exclusive OR logic gate, for performing an exclusive OR logic operation between said output signal sk of said comparator taken at a time k and said noise signal (uk-i, with 0 ⁇ i ⁇ nh) delayed by i with respect to said given instant.
  • the device may further comprise: means for modifying the coefficient value ⁇ during said estimation of said impulse response.
  • the first calculation means may comprise means for applying said coefficient ⁇ in the form of at least one shift register and / or means for applying a ratio l / (l + ⁇ ) in the form of at least one register shift.
  • the first calculation means may comprise means making it possible to apply a ratio (1 / ⁇ ) in the form of at least one shift register.
  • the modification of the coefficient ⁇ can be carried out according to the evaluation of a second criterion Jt.
  • the calculation structure of the second criterion may be similar to that used to calculate the given criterion J.
  • means for evaluating said second criterion Jt comprising at least one exclusive OR logic gate to perform a logical operation OR exclusive between said output signal s k of said converter and an estimate s k of this signal,
  • the means for carrying out said estimation k may comprise convolution calculation means, provided for performing the calculation of a convolution between the estimated impulse response and the noise input signal.
  • FIGS. 3A-3B illustrate another example of a system identification method according to the prior art, called the MCL method.
  • FIG. 6 illustrates an example of an LSFR noise generator integrated into a device according to the invention.
  • FIG. 9 gives an example of LUT in a device according to the invention, for applying a function of transition between a cost function and a estimated impulse response estimation element.
  • FIGS. 10A-10B give examples of curves representative of predetermined passage functions respectively in the case of an input signal in the form of a Gaussian noise injected into a system to be identified, and in the case of a signal of FIG. input as a white noise.
  • FIG. 11 gives an example of an impulse response estimation calculation structure within a device according to the invention.
  • FIG. 12 gives an example of a convolution calculation structure between impulse response and an input signal of a system to be identified, integrated into an identification device according to the invention.
  • FIG. 13 illustrates an example of an impulse response estimation and output structure of a system, within a device according to the invention.
  • FIG. 14 gives a variant of a cost function calculation unit integrated into a device according to the invention and in particular to a structure for estimating the output of a system to be identified by means of an estimate of the response. impulse of this system.
  • FIG. 15 illustrates another example of an impulse response estimation structure of a system, within a device according to the invention.
  • FIG. 16 gives another variant of a cost function calculation unit integrated into a device according to the invention, and in particular to a structure for estimating the output of a system to be identified by means of an estimate of the impulse response of this system.
  • FIG. 17 illustrates another example of an impulse response estimation structure of a system within a device according to the invention.
  • FIG. 19 illustrates another example of a one-stage estimation structure, of impulse response of a system, within a device according to the invention.
  • FIG. 20 illustrates an exemplary device for implementing a system identification method according to the invention, comprising a feedback loop for modifying the precision or the speed of the estimation of an impulse response during of this estimate.
  • FIG. 21 illustrates an example of means for modulating a calculation coefficient ⁇ of a criterion J used for an impulse response estimation calculation in a method according to the invention.
  • Figure 22 illustrates an affine line representative of a relation connecting a criterion Jt and a coefficient ⁇ involved in the calculation of a cost function.
  • FIG. 23 gives examples of representative curves for estimating impulse responses, obtained respectively, using a first device according to the invention without a feedback loop, and with the aid of a second device according to FIG. invention having a feedback loop.
  • FIGS. 24 and 25 respectively illustrate an exemplary identification device according to the invention in which the system to be identified is a filter, as well as an exemplary impulse response curve of this identification device.
  • Figure 26 gives examples of impulse response estimation curves determined using a simulation performed using the matlab software and an experiment carried out using a program written in VHDL and implemented. on an FPGA target.
  • FIG. 27 illustrates an example of a system in the form of an active filter, on which an identification method according to the invention has been implemented.
  • FIGS. 28 and 29 give examples of estimation curves of impulse response and gain of the filter of FIG. 27, obtained using an identification device according to the invention.
  • Figure 30 gives an example of architecture for the implementation of an identification method according to the invention.
  • Such a method implements a treatment that will be called “BIMBO inline” (BIMBO for "Basic Identification Method using Binary Observations", “inline” meaning that the method uses an identification using binary signals called observations. and is performed in real time) and can be implemented for example using at least one digital signal processor (DSP), and / or at least one microprocessor and / or at least one circuit FPGA, and / or at least one computer.
  • DSP digital signal processor
  • FIG. 5 an equivalent block diagram of a device making it possible to implement such a method is given.
  • the identification includes an estimation of the output of the system, using an estimate of the impulse response of this system.
  • the system to be identified is a system that can be described by a transfer function.
  • a signal u is generated at the input of a system 100.
  • the signal u is preferably a discrete signal u k with k representing a moment in discrete time.
  • the signal u k may be a spectrally rich signal such as a noise signal, in particular a Gaussian noise or a white noise.
  • a digital-to-analog converter can be used to generate the excitation of the observed system, the noise sign being used in the identification process.
  • a 0-order blocker may be used to drive the observed system 100 and as the input signal of the present structure.
  • the input signal u k can be produced by a noise generator 110.
  • a noise generator similar to those used in cryptography and which implements an LFSR (LFSR) method for the Linear Feedback Shift Register. linear feedback ”) with a shift register can be used for example. With such a generator, some bits of a sequence undergo operations or transformations before being reinserted in a loop. Such a generator is intended to produce pseudo-random sequences.
  • the generator may for example be an LFSR type 32 noise generator corresponding to the following primitive polynomial: l + x + x 3 + x 30 .
  • the method comprises several steps of acquiring the input and output signals of the system 100 to be characterized or identified.
  • the means 130 may form an approximate parametric model of the unknown system 100.
  • the method makes it possible to converge the approximate model as close as possible to the actual system 100 observed.
  • Estimation calculations h of the impulse response of the real system are implemented by the means 130, the estimated impulse response to correspond to that of the observed system, when the parametric model converges to the real system.
  • the means 130 may be implemented for example using an FPGA. According to other possibilities, the means 130 can be implemented using a digital signal processor (DSP), and / or a microprocessor and / or a computer.
  • DSP digital signal processor
  • the calculations of the estimate h are made from the input signal u and the output signal s of the comparator 120, these signals u and s being injected at the input of the means 130. These signals s and u are also called “ observations ". In this case, the observations are in the form of binary signals.
  • the means 130 thus produce at the output an estimate y k of the output of the system 100, which is injected into a second comparator 140, for example in the form of a second 1-bit ADC, to apply the sign function to this estimate.
  • the signal S k S (y k ) with S () the sign function, can then be compared with the signal s k from the first comparator 120.
  • significant duration is meant here a period of at least 1000 times the sampling period, corresponding, for example, to a number N of observation samples of the order of 8,000 or 10,000.
  • the method according to the invention makes it possible to obtain an estimate y of the output of the system 100 observed by means of an estimate h of its impulse response.
  • impulse response of a system will be referred to as the time output of this system when it is stimulated by a pulse.
  • the impulse response can be considered as the response of the system to a Dirac pulse.
  • the estimate of the impulse response of the system 100 may be defined by a set of discrete elements H 1 .
  • an exemplary curve Ci representative of an impulse response of a discrete HR filter is given.
  • Yi 1 is an element of an impulse response and h t an element of an estimated impulse response.
  • the model implemented by the means 130 can be adjusted so as to correct the estimate y k produced and thereby maximize the similarities between the signal S k and its estimate.
  • This adjustment is carried out in particular by means of the calculation of a given criterion J carried out by the means 130.
  • the output s () of comparator 120 is used to calculate said cost function.
  • the criterion J has a value between 0 and 1 and is minimal in a zone of the parameters space of the parametric model which one will call "zone of acceptability" of the approximate parametric model.
  • the result Ji which is a cost function element, corresponds to a correlation coefficient or a correlation term between the output signal s and the input signal u of the system 100.
  • the cost function element J 1 is determined by an iterative calculation comprising a correlation term between the signal s and the signal u.
  • the cost function element calculation unit J 1 comprises means 202 forming an input multiplier from which an output signal s k taken at a time k and a delayed input signal Uk -1. of i are issued.
  • the unit 200 also comprises means 204 forming an adder at the output of the multiplier 202, as well as means 206 forming a filter. discrete delay of order 1, or a transfer function block in z equal to z "1 at the output of the adder.
  • the output of the block 206 is fed back to the input of the adder 204, while means 208 forming a divider by N (with N the number of samples or points of the iterative calculation on which the calculation is made) at the output of the adder 204.
  • a loopback is thus formed such that an element Ji (n + 1) calculated at a given instant depends on a previously calculated element Ji (n).
  • the unit 250 comprises means 252 forming an exclusive OR logic gate (XOR) at the input of which the output signal s k of the comparator 120 at a time k and the input signal u k-1 of the system 100 delayed by i, are issued.
  • XOR exclusive OR logic gate
  • Means 254 forming an adder are provided at the output of the XOR gate, while means 256 forming a first order delay filter or a transfer function block in z equal to z "1 are placed at the output of the XOR gate. adder 254, the output of the block 254 being fed back to the input of the adder 254.
  • the cost function element J 1 thus depends on a cost function element calculated at a previous instant. division by N (with N a number of samples) are also provided at the output of the unit 250 and deliver the result J 1 corresponding to a correlation coefficient between the signal s and the signal u delayed by i sampling periods. this result J 1 is then used to estimate the i "th element A 1 of the impulse response of the observed system.
  • can be chosen equal to 1.
  • the input signal u k of the system 100 at a time k is transmitted, delayed signals Uk-i, ..., Uk-i, ..., u n hi, are respectively output filters 240 1 , ... 240 1 , ..., 240 nh _ 1 .
  • FIG. 13 an example of a complete structure for delivering an estimate is shown.
  • the coefficient ⁇ is also chosen such that (1 + ⁇ ) is equal to a power of 2, so that the means 308 for applying the coefficient l / (l + ⁇ ) are means for effecting an offset bits of their binary input.
  • the means 308 may for example be in the form of a shift register. With respect to a unit such as those (referenced 200 and 250) described with reference to FIGS. 8A and 8B, this makes it possible to dispense with a divider and to simplify the implementation of the calculation.
  • the coefficient ⁇ is also chosen so that ⁇ is large in front of a (1 ⁇ ⁇ ).
  • ⁇ "large” before 1 we mean that ⁇ is greater than 2 10 .
  • J ' k (n + 1) (l * j k (n) + ⁇ * J' k (n)) / (l + ⁇ )
  • FIG. 16 another example of a calculation unit 350 for implementing the calculation of an element J '' k of another variant of cost function J '' is given.
  • This unit 350 comprises means 352 forming an exclusive OR logic gate (XOR) at the input of which an output s k of the comparator 120 is transmitted at a time k, and an input signal u k -i of the system 100.
  • XOR exclusive OR logic gate
  • the sum (1 + ⁇ ) of the coefficient ⁇ and the unit corresponds to a number N of calculation points.
  • the means 353a and 353b are also able to shift their binary input, each to apply the ratio 1 / ⁇ , which amounts to applying a shift of b bits to the right.
  • a variant of structure 430 for providing an estimate of y is shown.
  • This structure 430 differs from that previously described in connection with FIG. 14, by the calculation of the cost function, and comprises nh units 35Oo,..., 35O 1 ,..., 35O n hi evaluation of cost function elements J '' such as that (referenced 350) which has just been described with reference to FIG.
  • the first multiplexer means 362 are provided at the output of nh 350Q units ..., 35O 1, 350 n hi calculating the cost function J '' such as that (referenced 350) described in connection with Figure 16.
  • the first multiplexer means 362 Based on a selection signal sent by a control module 365, the first multiplexer means 362 outputs one of a plurality of their inputs.
  • Demultiplexer means 364 are provided at the output of the LUT 360.
  • the input of the second demultiplexer means 364 is transmitted to one of its outputs selected by a selection signal delivered by the control module 365.
  • the outputs of the demultiplexer means 364 respectively deliver elements h ⁇ , ... hi, hnh-1 of impulse response estimation.
  • the control module 365 is thus provided to transmit selection signals to the multiplexer means 362, and to the demultiplexer means 364, so as to ensure proper routing of the estimated impulse response values.
  • the structure 430 also includes the nh units 270o, 270i, ..., 27O 1 ,..., 27O n hi for carrying out the convolution operation leading to the estimate y.
  • the sampling frequency fs may be provided, such that fs> 2 * fc with fc is the cut-off frequency of the oscillator.
  • the number nh of stages is preferably small in front of ⁇ , the coefficient of the cost function calculation units.
  • is at least 28 times larger than nh and ⁇ can be between 2 10 and 20 .
  • FIG. 6 Another example of structure 630 intended to deliver an estimate is given in FIG.
  • a unit 550 for calculating the elements of a cost function J " is provided.
  • This stage differs from that (referenced 350) previously described in connection with FIG. 16, in that the means 356 forming a transfer function delay filter in z equal to z "1 , are replaced by a module 556 comprising means memory 557, means forming a multiplexer 558 connected to the memory, and means forming a demultiplexer 559 connected to the memory, the memory 557 is provided for storing values of elements I 'o, ... j'' lr ..., J'' nh _ ⁇ of cost function J''.
  • the multiplexer 558 and the demultiplexer 559 are controlled by signals transmitted by the control module 565.
  • an element of the cost function is sent to the input of the demultiplexer means 559, in order to be placed in the memory 557.
  • a LUT 560 provided to receive a cost function element J '' i and to output a corresponding impulse response element / zi. This element hi.
  • the impulse response may be transmitted to a multiplexer 580 connected to a memory 582 and stored in said memory 582.
  • the value of the coefficient ⁇ can be modified, possibly during the identification process.
  • the control block 680 can comprise means 683 forming an exclusive OR logic gate (XOR) at the input of which the signals sk and sk are emitted.
  • XOR exclusive OR logic gate
  • the stage 689 also comprises means 684 making it possible to apply a ratio (1 / ⁇ ), for example using at least one shift register, to the output of the XOR gate, as well as means 686 forming an adder at the output of the means 684, means 687 forming a first-order delay filter and transfer function z "1 at the output of the adder 686 and the output of which is reinjected at the input of means 685 making it possible to apply a ratio (1 / ⁇ ), by example using at least one shift register, the output of the means 685 and the filter 687 being emitted at the input of the adder 686.
  • the computing stage 689 implements the calculation of a second criterion Jt to estimate the error on s k with respect to Sk, with Jt such that:
  • the implementation of the BIMBO inline method can be carried out by a microcomputer comprising a calculation section with all the electronic components, software or other, necessary for the treatment.
  • the microcomputer includes in particular at least one programmable processor, and at least one memory for this treatment.
  • the identification method can be used in the context of BIST systems (BIST for "Built In Self Test”) that is to say having the ability to self-test. This makes it possible to avoid, during the test, the use of an important apparatus. It is in this case to apply the BIMBO inline method presented to a system and to compare the desired impulse responses and realized to conclude a good operation of the system.

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Abstract

The invention relates to a method of identifying an electronic or electromechanical system comprising the steps consisting in applying at least one noise signal (u) as input to said system, applying an output signal of said system to a one-bit analogue digital converter, acquiring a signal at the output of said converter, carrying out an estimation of the output of said system with the aid of means for performing an estimation (h) of the impulse response of said system, the estimation (h) of said impulse response comprising the iterative calculation of a plurality of nh elements (Jo, Ji, Jnh-1 ) of a given criterion (J) comprising respectively at least one term of correlation between said signal at the output of said converter and said noise signal.

Description

ESTIMATION DE LA REPONSE IMPULSIONNELLE D'UN SYSTEME À PARTIR D'OBSERVATIONS BINAIRES ESTIMATING THE IMPULSE RESPONSE OF A SYSTEM FROM BINARY OBSERVATIONS
DESCRIPTIONDESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA
L'invention est relative à l'identification de systèmes, en particulier de dispositifs électroniques par exemple tels que les filtres, ou de dispositifs électromécaniques par exemple sous forme de MEMS.The invention relates to the identification of systems, in particular electronic devices for example such as filters, or electromechanical devices, for example in the form of MEMS.
L' invention concerne un dispositif et un procédé mettant en œuvre une estimation de la sortie d'un système par estimation de sa réponse impulsionnelle à temps discret.The invention relates to a device and a method implementing an estimate of the output of a system by estimating its discrete time impulse response.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURESTATE OF THE PRIOR ART
Dans les méthodes d'identification classiques de systèmes, des opérations de quantification peuvent être réalisées. Ces opérations sont généralement modélisées par un ajout de bruit blanc b à un signal y que l'on quantifie : yquantifie = J +^In conventional system identification methods, quantization operations can be performed. These operations are usually modeled by adding white noise b to a signal y that is quantized: yquantifie = J + ^
Ce bruit est d' autant plus faible que le nombre de bits sur lequel est effectuée la quantification est élevé. Ainsi, pour identifier un système à l'aide d'une méthode classique d'identification, il est préférable de disposer d'un convertisseur analogique numérique (CAN) ayant une résolution élevée. Dans ce cas, avec un faible nombre de mesures on peut s'affranchir du bruit de quantification.This noise is lower as the number of bits on which the quantization is performed is high. Thus, to identify a system using a conventional method of identification, it is preferable to have a high resolution analog-to-digital converter (ADC). In this case, with a small number of measurements it is possible to dispense with the quantization noise.
Dans l'hypothèse où l'on utilise un CAN de faible précision, un nombre important de points de mesure peut s'avérer nécessaire.In the case where a low precision CAN is used, a large number of measurement points may be necessary.
Une méthode d' identification classique très répandue, est la méthode dite « des moindres carrés ». Cette méthode consiste à réaliser un modèle paramétré θ[deal de la fonction de transfert du système et à minimiser l'écart quadratique entre des valeurs mesurées et des valeurs estimées en sortie du modèle Hθ , l'entrée e du système étant par ailleurs connue : hdeai = argmm H1 Xe)- y quan Mtifi, e \\A very common classical method of identification is the least squares method. This method consists in producing a parametric model θ [deal of the transfer function of the system and in minimizing the squared difference between measured values and estimated values at the output of the model H θ , the input e of the system being otherwise known : h dea i = argmm H 1 Xe) - y quan Mtifi, e \\
Dans le cas où le bruit de quantification est suffisamment faible, on peut assimiler le signal quantifié yquanafie au signal réel y . Dans ce cas, si le modèle Hθ est linéaire, on peut exprimer le modèle paramétré θιdeal de manière analytique. L'entrée e du système que l'on souhaite identifier est généralement un bruit blanc.In the case where the quantization noise is sufficiently weak, it is possible to assimilate the quantified signal y quanafie to the real signal y. In this case, if the model H θ is linear, the parametric model θ ιdeal can be expressed analytically. The input e of the system which one wishes to identify is generally a white noise.
La méthode des moindres carrés a pour inconvénient, notamment, qu'elle nécessite l'intégration d'un convertisseur CAN de haute résolution .The least squares method has the disadvantage, in particular, that it requires the integration of a high resolution CAN converter.
Dans une autre méthode, dite « KLV » (KLV pour « Kessler Landau Voda ») (figure 1), (bloc référencé 2) on réalise une identification de la fonction de transfert H d'un système placé dans une boucle de rétroaction 1 non linéaire, comportant un comparateur 3 à hystérésis ajustable. Ce comparateur permet de faire entrer le système 2 en oscillation. On peut déduire des informations sur le système de par l'allure de ces oscillations. Un CAN 1 bit 4 est prévu en sortie du système. On peut alors relier, à l'aide de relations analytiques, l'amplitude et la fréquence des oscillations naissant dans le système à la valeur de la réponse en fréquence du système. A chaque valeur d'hystérésis correspond un point de la courbe de réponse en fréquence.In another method, called "KLV" (KLV for "Kessler Landau Voda") (FIG. 1), (block referenced 2), an identification of the transfer function H of a system placed in a feedback loop 1 is carried out. linear, with a comparator 3 with adjustable hysteresis. This comparator makes it possible to bring the system 2 into oscillation. One can deduce information on the system by the pace of these oscillations. A 1-bit ADC 4 is provided at the output of the system. The amplitude and frequency of the oscillations arising in the system can then be related to the value of the frequency response of the system using analytical relations. Each hysteresis value corresponds to one point of the frequency response curve.
Une telle méthode présente plusieurs inconvénients. Tout d'abord, la validité des relations analytiques utilisées repose sur une approximation dite de la première harmonique du comparateur. Par ailleurs, une telle méthode nécessite une mesure précise de l'amplitude et de la phase des oscillations, la mesure d'amplitude requérant un CAN de haute résolution.Such a method has several disadvantages. First, the validity of the analytical relations used is based on an approximation known as the first harmonic of the comparator. Moreover, such a method requires a precise measurement of the amplitude and the phase of the oscillations, the amplitude measurement requiring a CAN of high resolution.
Une autre méthode dite « OBT » (OBT pour « Oscillation-Based Test ») , proche de la méthode KLV, consiste à insérer le système que l'on souhaite identifier et ayant une fonction de transfert H, dans une boucle non linéaire comportant un comparateur 6. On ajuste le gain de retour (bloc référencé 7) pour observer des oscillations ayant de préférence une forme la plus sinusoïdale possible. De cette manière, on peut déduire en utilisant l'hypothèse de la première harmonique, les paramètres de la fonction de transfert H à l'aide de relations analytiques, comme pour la méthode KLV.Another method called "OBT" (OBT for "Oscillation-Based Test"), similar to the KLV method, consists in inserting the system that one wishes to identify and having a transfer function H, in a nonlinear loop comprising a Comparator 6. The return gain (block referenced 7) is adjusted to observe oscillations preferably having a most sinusoidal shape possible. In this way, we can deduce using the hypothesis of the first harmonic, the parameters of the transfer function H using analytical relations, as for the KLV method.
Cette méthode a également pour inconvénient le fait qu'elle requiert une mesure précise de l'amplitude des oscillations à l'entrée du comparateur, c'est-à-dire un CAN 5 de haute résolution (figure 2) .This method also has the disadvantage that it requires an accurate measurement of the amplitude of oscillations at the input of the comparator, that is to say a CAN 5 high resolution (Figure 2).
Une méthode d' indentification dite « MCL » (MCL pour « Mesure de Cycle Limite ») permet quant à elle de déterminer avec précision la fréquence propre et l'amortissement d'un système du deuxième ordre à l'aide de deux mesures de fréquence (figures 3A et 3B) .An "MCL" (MCL for "Limit Cycle Measurement") identification method allows for precise determination of the natural frequency and damping of a second-order system using two frequency measurements. (Figures 3A and 3B).
Une première mesure est réalisée en plaçant le système à identifier de fonction de transfert H dans une boucle comportant un comparateur 9 et un dérivateur 8 (figure 3A) .A first measurement is made by placing the system to identify the transfer function H in a loop comprising a comparator 9 and a differentiator 8 (FIG. 3A).
Une seconde mesure est effectuée en remplaçant dans ladite boucle le dérivateur 8 par un intégrateur 10 (figure 3B) .A second measurement is performed by replacing in said loop the diverter 8 by an integrator 10 (Figure 3B).
On peut ainsi obtenir une relation entre la fréquence des oscillations mesurées en sortie du comparateur 6 et la valeur de la fréquence propre et de l'amortissement du système à identifier.It is thus possible to obtain a relationship between the frequency of the oscillations measured at the output of the comparator 6 and the value of the natural frequency and the damping of the system to be identified.
Cette méthode repose sur deux mesures numériques, la mesure de fréquence étant réalisée en comptant le nombre de commutations du comparateur pendant une durée donnée. Cette méthode comporte plusieurs inconvénients.This method is based on two digital measurements, the frequency measurement being performed by counting the number of switches of the comparator for a given duration. This method has several disadvantages.
Elle n'est applicable que pour des filtres intégrateurs ou dérivateurs analogiques ou sur échantillonnés. D'autre part, dans le cas d'une mise en œuvre à l'aide d'un circuit numérique, il est nécessaire de disposer d'un Convertisseur Numérique Analogique (CNA) de bonne résolution pour injecter dans le système la sortie de l'intégrateur. Dans la méthode dite « MCLC » (MLCL pour « Mesure de Cycles Limites Complexes ») , le système à identifier 12 est placé dans une boucle de rétroaction non-linéaire comportant un comparateur échantillonné 13 ayant une période d'échantillonnage Ts, un filtre numérique programmable numérique 14, ainsi qu'un CNA 15 (figure 4) .It is applicable only for integrating filters or analog or sampled differentiators. On the other hand, in the case of an implementation using a digital circuit, it is necessary to have a good resolution Digital Analog Converter (ADC) to inject the output of the system into the system. 'integrator. In the so-called "MCLC" method (MLCL for "Complex Limit Cycles Measurement"), the system to be identified 12 is placed in a nonlinear feedback loop comprising a sampled comparator 13 having a sampling period Ts, a digital filter programmable digital 14, and a DAC 15 (Figure 4).
Selon la valeur choisie pour les coefficients du filtre numérique, on peut observer des oscillations ou « cycles limites », binaires en sortie du comparateur 13. Ces cycles limites diffèrent de ceux observés en implémentant la méthode KLV ou la méthode MCL en ce qu' ils ont une période qui est multiple de la période d'échantillonnage Ts. Les instants de commutation du comparateur 13 correspondent à des instants d'échantillonnage. Ainsi, la mesure d'un cycle limite correspondant à un ensemble de coefficients du filtre programmable 14, est complètement numérique.Depending on the value chosen for the coefficients of the digital filter, binary oscillations or "limit cycles" may be observed at the output of comparator 13. These limit cycles differ from those observed by implementing the KLV method or the MCL method in that they have a period that is multiple of the sampling period Ts. The switching times of the comparator 13 correspond to sampling times. Thus, the measurement of a limit cycle corresponding to a set of coefficients of the programmable filter 14 is completely digital.
Cette méthode présente notamment pour inconvénient, celui d'avoir à générer des cycles limites longs pour la mettre en œuvre.This method has the particular disadvantage of having to generate long limit cycles to implement it.
Les méthodes KLV et MCL permettent d'établir, au prix d'une approximation, une relation entre des grandeurs mesurées et des paramètres que l'on cherche à déterminer.The KLV and MCL methods make it possible to establish, at the cost of an approximation, a relation between measured quantities and parameters that one seeks to determine.
Les méthodes KLV et OBT requièrent un CAN de résolution élevée, tandis que la méthode MCL requiert, quant à elle, un CNA de bonne résolution. Ces méthodes donnent des résultats insuffisants lorsque la fréquence d'échantillonnage est importante. La méthode MCLC a, quant à elle, des performances indépendantes de la fréquence d'échantillonnage, au prix d'un traitement plus lourd que celui effectué avec les autres méthodes. Par ailleurs, avec une telle méthode, une bonne précision requiert une génération de cycles limites longs, ce qui peut être problématique.The KLV and OBT methods require a high resolution ADC, while the MCL method requires a good DAC. These methods give insufficient results when sampling frequency is important. The MCLC method has performances independent of the sampling frequency, at the cost of a heavier treatment than that carried out with the other methods. Moreover, with such a method, good accuracy requires generation of long limit cycles, which can be problematic.
L'utilisation des méthodes d'identification en boucle fermée précitées pose particulièrement problème dans le cas où le système à identifier est un dispositif électromécanique sous forme d'un MEMS. Le risque est de ne pas pouvoir réaliser l'identification au bon point de fonctionnement, dans la mesure où l'excitation d'un MEMS sur un de ses modes à tendance à amplifier très rapidement des phénomènes non linéaires. Pour palier à cela, on peut ajouter une boucle de contrôle de l'amplitude (AGC) au système d'identification, ce qui peut nécessiter l'utilisation d'un CAN de haute précision.The use of the aforementioned closed-loop identification methods is particularly problematic in the case where the system to be identified is an electromechanical device in the form of a MEMS. The risk is not to be able to perform the identification at the right operating point, since the excitation of a MEMS on one of its modes tends to amplify very rapidly non-linear phenomena. To overcome this, an amplitude control loop (AGC) can be added to the identification system, which may require the use of a high precision ADC.
Les méthodes d' identification précitées ont pour inconvénient de requérir en sortie une conversion analogique-numérique de résolution importante, ce qui complexifie leur mise en œuvre et pose des problèmes de coût .The aforementioned identification methods have the disadvantage of requiring an output analog to digital conversion of significant resolution, which complicates their implementation and poses cost problems.
Il se pose le problème de trouver un nouveau procédé d' identification qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. EXPOSE DE L' INVENTIONThere is the problem of finding a new identification method which does not have the disadvantages mentioned above. SUMMARY OF THE INVENTION
La présente invention concerne tout d' abord un procédé d' identification de système comprenant les étapes consistant à :The present invention firstly relates to a method of system identification comprising the steps of:
- appliquer au moins un signal de bruit en entrée dudit système,to apply at least one noise signal at the input of said system,
- appliquer un signal yk de sortie dudit système à un convertisseur analogique-numérique, en particulier un convertisseur analogique-numérique 1-bit,applying an output signal y k of said system to an analog-digital converter, in particular a 1-bit analog-digital converter,
- acquérir un signal sk en sortie dudit convertisseur,acquiring a signal s k at the output of said converter,
- réaliser une estimation yk de la sortie dudit système à l'aide de moyens pour effectuer une estimation h de la réponse impulsionnelle dudit système, l'estimation h de ladite réponse impulsionnelle comprenant :performing an estimate y k of the output of said system using means for making an estimate h of the impulse response of said system, the estimate h of said impulse response comprising:
- le calcul itératif d'une pluralité de nh (avec nh un entier) éléments Jo,..., Ji, , Jnh-i d'un critère donné J comportant chacun : au moins un terme de corrélation entre ledit signal en sortie dudit convertisseur et ledit signal d'entrée.the iterative calculation of a plurality of nh (with nh an integer) elements Jo,..., Ji,, J n hi of a given criterion J each comprising: at least one correlation term between said output signal of said converter and said input signal.
Le signal sk en sortie est un signal de données binaires.The output signal s k is a binary data signal.
Le procédé suivant l'invention permet de réaliser une identification sans avoir à utiliser un CAN de résolution élevée.The method according to the invention makes it possible to carry out an identification without having to use a CAN of high resolution.
Le signal d'entrée peut être un signal de bruit . Le système est un dispositif ou un ensemble de dispositifs pouvant être décrit par une fonction de transfert .The input signal may be a noise signal. The system is a device or set of devices that can be described by a transfer function.
Le système peut être un dispositif électronique par exemple un filtre, ou un convertisseur sigma-delta, ou un canal de transmission de télécommunications, ou un convertisseur DC/DC.The system may be an electronic device, for example a filter, or a sigma-delta converter, or a telecommunications transmission channel, or a DC / DC converter.
Selon une autre possibilité, le système peut être un dispositif électromécanique, en particulier sous forme d'un MEMS.According to another possibility, the system may be an electromechanical device, in particular in the form of a MEMS.
Le critère donné J est également appelé « fonction de coût ».The given criterion J is also called "cost function".
L'estimation de la réponse impulsionnelle peut comprendre en outre : l'application auxdits éléments calculés dudit critère donné, d'une fonction f dite « de passage », ladite fonction f de passage étant prédéterminée en fonction dudit signal appliqué en entrée dudit système, et telle que : avec h± un élément de réponse impulsionnelle h dudit système et A1 un élément de ladite estimation h de réponse impulsionnelle dudit système parmi une pluralité de nh éléments de réponse impulsionnelle.The estimation of the impulse response may furthermore comprise: the application to said calculated elements of said given criterion of a so-called "passing" function, said passage function being predetermined as a function of said signal applied at the input of said system, and such that: with h ± an impulse response element h of said system and A 1 an element of said impulse response estimate h of said one of a plurality of nh impulse response elements.
L'estimation de la réponse impulsionnelle peut comprendre l'application aux éléments calculés du critère donné d'une fonction f de passage prédéterminée en fonction du signal de bruit appliqué en entrée du système, de manière à obtenir une pluralité d'éléments ho,..., hlr—, hnh-i de ladite estimation h de réponse impulsionnelle, lesdits éléments de ladite estimation étant tels que :The estimate of the impulse response may include applying to the calculated elements of the given criterion a predetermined passage function f as a function of the input noise signal of the system, so as to obtain a plurality of elements h 1. .., h lr -, hnh-i of said response estimate h impulse, said elements of said estimate being such that:
(ko,..., A1,..., (f (Jo) ,..., f(Jχ), , f(Jnh-l) ) .(ko, ..., A 1 , ..., (f (Jo), ..., f (Jχ),, f (Jnh-1)).
Selon une possibilité, le signal d'entrée est un signal de bruit gaussien.According to one possibility, the input signal is a Gaussian noise signal.
Dans ce cas, la fonction de passage suit une relation donnée déterminée en fonction de ce type de bruit.In this case, the passage function follows a given relationship determined according to this type of noise.
Dans un cas où le signal d'entrée est un signal de bruit gaussien, ladite fonction f de passage peut suivre la relation : f(J)= σ' sin ( (π /2) (2 J-I) ) , avec : σ' 2b 2h 2 où σb représente le bruit ambiant du système à identifier modélisé comme un bruit blancIn a case where the input signal is a Gaussian noise signal, said passage function f can follow the relation: f (J) = σ 'sin (( π / 2) (2 JI)), with: σ' 2 = σ b 2 + σ h 2 where σ b represents the ambient noise of the system to be identified modeled as a white noise
gaussien additif en sortie du système et <3h 2 =∑hf estGaussian additive at the output of the system and <3 h 2 = Σhf is
1=0 la somme quadratique des différents éléments de la réponse impulsionnelle.1 = 0 the quadratic sum of the different elements of the impulse response.
Selon une autre possibilité, le signal d'entrée peut être un signal de bruit blanc.Alternatively, the input signal may be a white noise signal.
Dans ce cas, la fonction de passage suit une relation donnée déterminée en fonction de ce type de bruit.In this case, the passage function follows a given relationship determined according to this type of noise.
Dans le cas où le signal d'entrée est un signal de bruit blanc binaire, ladite fonction f de passage peut suivre la relation :In the case where the input signal is a binary white noise signal, said transition function f may follow the relation:
f(J) f (J)
L'estimation h de la réponse impulsionnelle peut comprendre : - l'émission du signal d'entrée u du système à travers une chaine de blocs formant chacun une fonction de retard d' ordre 1 ou ayant chacun z"1 comme fonction de transfert en z,The estimate h of the impulse response may comprise: the transmission of the input signal u of the system through a chain of blocks each forming a delay function of order 1 or each having z "1 as a transfer function in z,
- l'acquisition de valeurs uk,..., Ut-1, Uk-nh-i du signal de bruit en sortie respectivement desdits blocs, lesdits éléments Jo,..., Ji, , Jnh-i dudit critère J étant calculés à l'aide des dites valeurs uk, ...Ut-1, uk-nh-i du signal de bruit en sortie respectivement desdits blocs .the acquisition of values u k , ..., ut -1 , Uk-nh-i of the output noise signal respectively of said blocks, said elements Jo,..., Ji,, j n hi of said criterion J being calculated using said values u k , ... ut -1 , u k - n hi of the output noise signal respectively of said blocks.
Le signal u est binaire dans le cas d'un bruit blanc binaire et sur plusieurs niveaux dans le cas du bruit gaussien.The signal u is binary in the case of a binary white noise and on several levels in the case of Gaussian noise.
Les valeurs uk,..., uk-i, uk_nh-i du signal de bruit u sont prises à différents instants k, k-1, ..., k- i, k-nh-1.The values u k , ..., u k -i, u k _ n hi of the noise signal u are taken at different times k, k-1, ..., k-i, k-nh-1.
Le calcul de ladite pluralité de nh éléments Jo, ..., Ji, ..., Jnh-i dudit critère donné J peut comprendre : l'application du signal sk en sortie dudit convertisseur pris à un instant donné k et d'un signal de bruit uk_i, avec (0 < i < nh) en entrée dudit système, retardé i fois par rapport à cet instant donné, à des moyens formant une porte logique OU exclusif .The calculation of said plurality of nh elements Jo,..., Ji,..., J n hi of said given criterion J can comprise: the application of the signal s k at the output of said converter taken at a given instant k and of a noise signal u k _i, with (0 <i <nh) at the input of said system, delayed i times with respect to this given instant, to means forming an exclusive OR logic gate.
Le calcul de ladite pluralité de nh éléments Jo,..., Ji, , Jnh-i dudit critère donné J peut comprendre :The calculation of said plurality of nh elements Jo,..., Ji,, J n hi of said given criterion J may comprise:
- l'addition d'un terme dépendant du résultat jk(n+l) de ladite application de ladite fonction OU exclusif et d'un terme de la fonction de coût calculée à l'instant k-1 précédent ledit instant donné .the addition of a term depending on the result jk (n + 1) of said application of said exclusive OR function and a term of the function of cost calculated at time k-1 preceding said given instant.
Selon une possibilité de mise en œuvre du procédé, l'acquisition du signal sk en sortie dudit convertisseur, peut être réalisée pour un nombre donné N d'échantillons, le calcul du critère donné J, étant dépendant d'au moins un coefficient λ prédéterminé, avec (λ)~ N, avec N un nombre donné d'échantillons.According to a possibility of implementing the method, the acquisition of the signal s k at the output of said converter can be performed for a given number N of samples, the calculation of the given criterion J being dependent on at least one coefficient λ predetermined, with (λ) ~ N, with N a given number of samples.
Le procédé peut comprendre une modification de la valeur dudit coefficient λ au cours de ladite estimation h de ladite réponse impulsionnelle.The method may comprise a modification of the value of said coefficient λ during said estimation h of said impulse response.
Faire varier le coefficient λ peut permettre de moduler la précision et la vitesse de 1' estimation .Variation of the coefficient λ can make it possible to modulate the precision and the speed of the estimation.
L'estimation 'k de la réponse comprend en outre : le calcul d'une convolution entre la réponse impulsionnelle estimée " et le signal d'entrée u de bruit .The estimate ' k of the response further comprises: calculating a convolution between the estimated impulse response' and the input signal u of noise.
Une comparaison du signal de sortie sk, et de l'estimation sk de ce signal de sortie peut être effectuée sur une période donnée pour déterminer si l'estimation réalisée est correcte.A comparison of the output signal sk, and the estimate s k of this output signal can be performed over a given period of time to determine whether the estimate made is correct.
La modification dudit coefficient λ peut être réalisée en fonction de l'évaluation d'un deuxième critère Jt dont le calcul est semblable à celui de la fonction de coût J et qui réalise la comparaison entre sk et 5 k-The modification of said coefficient λ can be carried out according to the evaluation of a second criterion Jt whose calculation is similar to that of the cost function J and which compares s k and 5 k -
Ainsi, la modification dudit coefficient λ peut être réalisée en fonction de l'évaluation d'un deuxième critère Jt, l'évaluation dudit deuxième critère Jt(n+1) à un instant n+1 donné étant effectuée par calcul itératif comportant au moins un terme d'opération logique OU exclusif XOR entre ledit signal de sortie sk dudit convertisseur et une estimation sk de ce signal, et d'un terme dépendant dudit deuxième critère Jt (n) calculé à un instant n précédent l'instant donné.Thus, the modification of said coefficient λ can be carried out according to the evaluation of a second criterion Jt, the evaluation of said second criterion Jt (n + 1) at a given time n + 1 being performed by iterative calculation comprising at least one XOR exclusive OR logic operation term between said output signal s k of said converter and an estimate s k of this signal, and a term dependent on said second criterion Jt (n) calculated at an instant n preceding the given instant.
La modification du coefficient λ, peut être réalisée en fonction de l'évaluation dudit deuxième critère Jt et du résultat de l'application d'une deuxième fonction ft prédéterminée audit deuxième critère Jt.The modification of the coefficient λ can be carried out as a function of the evaluation of said second criterion Jt and of the result of the application of a second function ft predetermined to said second criterion Jt.
La deuxième fonction ft peut être une fonction affine, telle que : ft(Jt)= λ= CC*Jt + β (avec α > 0 et β >0) Les coefficients CC et β peuvent être choisis par exemple de sorte que :The second function ft can be an affine function, such that: ft (Jt) = λ = CC * Jt + β (with α> 0 and β> 0) The coefficients CC and β can be chosen for example so that:
• λ tend vers N lorsque Jt tend vers 0• λ tends to N when Jt tends to 0
• λ tend vers 26 lorsque Jt tend vers 1• λ tends to 2 6 when Jt tends to 1
La précision de l'identification dépend très peu de la fréquence de l'échantillonnage et présente une bonne robustesse au bruit de mesure.The accuracy of the identification depends very little on the sampling frequency and has good robustness to the measurement noise.
A précision d' identification donnée, le procédé suivant l'invention nécessite moins de points de mesure que les méthodes d' identification suivant l'art antérieur.Given the given identification accuracy, the method according to the invention requires fewer measurement points than the identification methods according to the prior art.
Le procédé suivant l'invention ne repose pas sur une approximation, qu'il s'agisse d'une approximation de type « bruit blanc » ou « première harmonique », mais sur la minimisation d'un critère qui, sans approximation, dépend de l'opération de quantification sur 1 bit réalisée par le convertisseur analogique-numérique .The method according to the invention does not rely on an approximation, whether it is a "white noise" or "first harmonic" type approximation, but on the minimization of a criterion which, without approximation, depends on the operation of 1-bit quantization performed by the analog-to-digital converter.
Dans le cas où le système à identifier est un MEMS ou un circuit électronique intégré, le procédé d' identification présente pour avantages par rapport aux procédés suivant l'art antérieur : qu'elle peut être mise en œuvre à l'aide d'un CAN 1 bit échantillonné, ce qui permet un gain de place et de coût par rapport aux méthodes nécessitant l'utilisation de CAN de résolution élevée, qu'elle peut fonctionner en boucle ouverte et ne perturbe pas le point de fonctionnement du système, que les mesures sont effectuées près du système à identifier, un convertisseur analogique numérique un bit nécessitant peu de ressources et de surface pour être implémenté, ce qui minimise le bruit de mesure.In the case where the system to be identified is a MEMS or an integrated electronic circuit, the method of identification has advantages over the methods according to the prior art: that it can be implemented using a Can 1 bit sampled, which saves space and cost compared to methods requiring the use of high resolution ADC, can operate in open loop and does not disrupt the operating point of the system, that the Measurements are made near the system to be identified, a one-bit digital analog converter requiring few resources and area to be implemented, which minimizes measurement noise.
L' invention concerne également un dispositif d' identification de système électronique ou électromécanique, prévu pour mettre en œuvre un procédé d'identification tel que défini plus haut.The invention also relates to an electronic or electromechanical system identification device, designed to implement an identification method as defined above.
L' invention concerne également un dispositif d' identification de système électronique ou électromécanique, comprenant :The invention also relates to an electronic or electromechanical system identification device comprising:
- des moyens pour générer un signal u de bruit, destinés à générer un signal de bruit en entrée dudit système,means for generating a signal u of noise, intended to generate a noise signal at the input of said system,
- un convertisseur analogique-numérique un bit, auquel un signal yk de sortie du système est destiné à être appliqué, - des moyens pour réaliser une estimation yk de la sortie du système, à l'aide d'une estimation h de la réponse impulsionnelle dudit système comprenant :- an analog-digital converter one bit, to which a signal y k of output of the system is to be applied, means for producing an estimate y k of the output of the system, using an estimate h of the impulse response of said system comprising:
- des premiers moyens de calcul: pour effectuer un calcul itératif d'une pluralité de nhfirst calculation means: to perform an iterative calculation of a plurality of nh
(avec nh un entier) éléments Jo,..., Ji, , Jnh-i d'un critère donné J comportant au moins un terme de corrélation entre ledit signal en sortie dudit convertisseur et ledit signal de bruit.(with nh an integer) elements Jo, ..., Ji,, J n hi of a given criterion J comprising at least one correlation term between said output signal of said converter and said noise signal.
Un convertisseur numérique analogique peut être prévu pour générer un signal d'excitation analogique du système.A digital to analog converter may be provided to generate an analog excitation signal of the system.
Les moyens pour réaliser ladite estimation yk de la sortie du système peuvent comprendre en outre : des deuxièmes moyens de calcul, prévus pour appliquer aux éléments Jo,..., Ji, , Jnh-i calculés dudit critère donné J, une fonction f de passage prédéterminée en fonction du signal uk de bruit émis en entrée dudit système, et telle que : avec hi un élément de réponse impulsionnelle h dudit système et hi un élément de ladite estimation h de réponse impulsionnelle dudit système .The means for carrying out said estimate y k of the output of the system may furthermore comprise: second calculation means, intended to apply to the elements Jo,..., Ji,, J n hi calculated of said given criterion J, a function f predetermined passage according to the noise signal u k transmitted at the input of said system, and such that: with hi an impulse response element h of said system and hi an element of said impulse response estimate h of said system.
Les deuxièmes moyens de calcul peuvent comprendre une LUT ou plusieurs LUT.The second calculation means may comprise one LUT or several LUTs.
La fonction f de passage peut être appliquée à l'aide d'une LUT, reliée en entrée, à des moyens multiplexeurs, et en sortie, à des moyens démultiplexeurs .The function f of passage can be applied using a LUT, connected as input, to multiplexer means, and output, to demultiplexer means.
Selon une possibilité de mise en œuvre, le signal de bruit uk peut être un signal de bruit blanc.According to one possible implementation, the noise signal uk may be a white noise signal.
Les moyens pour générer ledit signal uk de bruit, peuvent comprendre un générateur de séquence aléatoire LFSR.The means for generating said noise signal uk may include a LFSR random sequence generator.
Dans le cas où le signal d'entrée uk du système est un signal de bruit blanc, ladite fonction f de passage peut suivre la relation :In the case where the input signal uk of the system is a white noise signal, said function f of passage can follow the relation:
f (J) f (J)
Les moyens d'estimation de réponse impulsionnelle peuvent comprendre : une chaine de blocs formant respectivement une fonction de retard d' ordre 1 ou ayant z"1 comme fonction de transfert en z, ladite chaine étant destinée à recevoir ledit signal d'entrée uk, et à émettre des valeurs uk, ...Ut-1, uk-nh-i du signal de bruit retardé en sortie respectivement desdits blocs.The impulse response estimation means may comprise: a chain of blocks respectively forming a first order delay function or having z "1 as a z transfer function, said chain being intended to receive said input signal u k , and to emit values u k , ... ut -1 , u k - n hi of the delayed noise signal respectively output of said blocks.
Les premiers moyens de calcul peuvent comprendre des moyens formant une porte logique OU exclusif, pour effectuer une opération logique OU exclusif entre ledit signal de sortie sk dudit comparateur pris à un instant k et ledit signal de bruit (uk-i, avec 0 < i < nh) retardé de i par rapport audit instant donné.The first calculation means may comprise means forming an exclusive OR logic gate, for performing an exclusive OR logic operation between said output signal sk of said comparator taken at a time k and said noise signal (uk-i, with 0 <i <nh) delayed by i with respect to said given instant.
Les premiers moyens de calcul peuvent comprendre des moyens additionneurs, pour additionner le résultat de ladite opération logique à un terme dépendant d'un élément dudit critère donné calculé précédemment . L'acquisition du signal sk en sortie dudit convertisseur, peut être réalisée pour un nombre donné N d'échantillons, le calcul du critère donné J par les premiers moyens de calcul, étant dépendant d'au moins un coefficient λ prédéterminé, 1+λ étant égal audit nombre donné N.The first calculation means may comprise adding means for adding the result of said logical operation to a term dependent on an element of said given criterion calculated previously. The acquisition of the signal s k at the output of said converter can be carried out for a given number N of samples, the calculation of the criterion given by the first calculation means being dependent on at least one predetermined λ coefficient, 1+ λ being equal to said given number N.
Le dispositif peut comprendre en outre : des moyens pour modifier la valeur coefficient λ au cours de ladite estimation " de ladite réponse impulsionnelle .The device may further comprise: means for modifying the coefficient value λ during said estimation of said impulse response.
Les premiers moyens de calculs peuvent comprendre des moyens permettant d'appliquer ledit coefficient λ sous forme d'au moins un registre à décalage et/ou des moyens pour appliquer un rapport l/(l+λ) sous forme d'au moins un registre à décalage .The first calculation means may comprise means for applying said coefficient λ in the form of at least one shift register and / or means for applying a ratio l / (l + λ) in the form of at least one register shift.
Selon une autre possibilité, les premiers moyens de calculs peuvent comprendre des moyens permettant d'appliquer un rapport (1/λ) sous forme d'au moins un registre à décalage.According to another possibility, the first calculation means may comprise means making it possible to apply a ratio (1 / λ) in the form of at least one shift register.
La modification du coefficient λ peut être réalisée en fonction de l'évaluation d'un deuxième critère Jt. La structure de calcul du deuxième critère peut être semblable à celle permettant d'effectuer le calcul du critère donné J.The modification of the coefficient λ can be carried out according to the evaluation of a second criterion Jt. The calculation structure of the second criterion may be similar to that used to calculate the given criterion J.
Le dispositif d' identification peut comprendre en outre :The identification device may further include:
- des moyens pour évaluer ledit deuxième critère Jt comportant au moins une porte logique OU exclusif pour effectuer une opération logique OU exclusif entre ledit signal de sortie sk dudit convertisseur et une estimation sk de ce signal,means for evaluating said second criterion Jt comprising at least one exclusive OR logic gate to perform a logical operation OR exclusive between said output signal s k of said converter and an estimate s k of this signal,
- des moyens additionneurs, pour additionner le résultat de ladite opération logique entre ledit signal de sortie sk dudit convertisseur et une estimation sk de ce signal, à un terme dépendant d'un élément dudit deuxième critère calculé précédemment .adder means, for adding the result of said logic operation between said output signal s k of said converter and an estimate s k of said signal, to a term dependent on an element of said second criterion calculated previously.
La modification du coefficient λ peut être réalisée en fonction de l'évaluation dudit deuxième critère Jt, par exemple en suivant la relation suivante : λ = α*Jt + β (avec α >0 et β>0)The modification of the coefficient λ can be carried out according to the evaluation of said second criterion Jt, for example by following the following relation: λ = α * Jt + β (with α> 0 and β> 0)
• Avec λ qui tend vers N lorsque Jt tend vers 0• With λ that tends to N when Jt tends to 0
• λ qui tend par exemple vers 26 lorsque Jt tend vers 1• λ which tends for example to 2 6 when Jt tends to 1
Les moyens pour réaliser ladite estimation ^k peuvent comprendre des moyens de calcul de convolution, prévus pour effectuer le calcul d'une convolution entre la réponse impulsionnelle estimée " et le signal d'entrée de bruit.The means for carrying out said estimation k may comprise convolution calculation means, provided for performing the calculation of a convolution between the estimated impulse response and the noise input signal.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :The present invention will be better understood on reading the description of exemplary embodiments given, purely by way of indication and in no way limiting, with reference to the appended drawings in which:
La figure 1 donne un exemple de dispositif pour la mise en œuvre d'une méthode d'identification de système suivant l'art antérieur, appelée méthode KLV.Figure 1 gives an example of a device for implementing a method system identification according to the prior art, called KLV method.
La figure 2 représente un exemple de dispositif pour la mise en œuvre d'une méthode d'identification de système suivant l'art antérieur, appelée méthode OBT.FIG. 2 represents an exemplary device for implementing a system identification method according to the prior art, called the OBT method.
Les figures 3A-3B illustrent un autre exemple de méthode d' identification de système suivant l'art antérieur, appelée méthode MCL.FIGS. 3A-3B illustrate another example of a system identification method according to the prior art, called the MCL method.
La figure 4 illustre un autre exemple de méthode d'identification de système suivant l'art antérieur, appelée méthode MCLC.FIG. 4 illustrates another example of a system identification method according to the prior art, called the MCLC method.
La figure 5 illustre un exemple de dispositif pour la mise en œuvre d'un procédé d'identification de système suivant l'invention.FIG. 5 illustrates an exemplary device for implementing a system identification method according to the invention.
La figure 6 illustre un exemple de générateur de bruit LSFR intégré à un dispositif suivant l'invention.FIG. 6 illustrates an example of an LSFR noise generator integrated into a device according to the invention.
La figure 7 donne un exemple de courbe représentative d'une réponse impulsionnelle d'un filtre HR.FIG. 7 gives an exemplary curve representative of an impulse response of an HR filter.
Les figures 8A-8B donnent des exemples d'unités de calcul de fonction de coût intégrées à un dispositif suivant l'invention et en particulier à une structure pour estimer la sortie d'un système à identifier à l'aide d'une estimation de la réponse impulsionnelle de ce système.FIGS. 8A-8B give examples of cost function calculation units integrated in a device according to the invention and in particular to a structure for estimating the output of a system to be identified using an estimation of the impulse response of this system.
La figure 9 donne un exemple de LUT dans un dispositif suivant l'invention, pour appliquer une fonction de passage entre une fonction de coût et un élément d'estimation de réponse impulsionnelle estimée .FIG. 9 gives an example of LUT in a device according to the invention, for applying a function of transition between a cost function and a estimated impulse response estimation element.
Les figures 10A-10B donnent des exemples de courbes représentatives de fonctions de passage prédéterminées respectivement dans les cas d'un signal d'entrée sous forme d'un bruit gaussien injecté à un système à identifier, et dans le cas d'un signal d'entrée sous forme d'un bruit blanc.FIGS. 10A-10B give examples of curves representative of predetermined passage functions respectively in the case of an input signal in the form of a Gaussian noise injected into a system to be identified, and in the case of a signal of FIG. input as a white noise.
La figure 11 donne un exemple de structure de calcul d'estimation de réponse impulsionnelle au sein d'un dispositif suivant 1' invention .FIG. 11 gives an example of an impulse response estimation calculation structure within a device according to the invention.
La figure 12 donne un exemple de structure de calcul de convolution entre réponse impulsionnelle et un signal d'entrée d'un système à identifier, intégrée à un dispositif d' identification suivant l'invention.FIG. 12 gives an example of a convolution calculation structure between impulse response and an input signal of a system to be identified, integrated into an identification device according to the invention.
La figure 13 illustre un exemple de structure d'estimation de réponse impulsionnelle et de sortie d'un système, au sein d'un dispositif suivant l'invention.FIG. 13 illustrates an example of an impulse response estimation and output structure of a system, within a device according to the invention.
La figure 14 donne une variante d'unité de calcul de fonction de coût intégrée à un dispositif suivant l'invention et en particulier à une structure pour estimer la sortie d'un système à identifier à l'aide d'une estimation de la réponse impulsionnelle de ce système.FIG. 14 gives a variant of a cost function calculation unit integrated into a device according to the invention and in particular to a structure for estimating the output of a system to be identified by means of an estimate of the response. impulse of this system.
La figure 15 illustre un autre exemple de structure d'estimation de réponse impulsionnelle d'un système, au sein d'un dispositif suivant l'invention. La figure 16 donne une autre variante d'unité de calcul de fonction de coût intégrée à un dispositif suivant l'invention, et en particulier à une structure pour estimer la sortie d'un système à identifier à l'aide d'une estimation de la réponse impulsionnelle de ce système.FIG. 15 illustrates another example of an impulse response estimation structure of a system, within a device according to the invention. FIG. 16 gives another variant of a cost function calculation unit integrated into a device according to the invention, and in particular to a structure for estimating the output of a system to be identified by means of an estimate of the impulse response of this system.
La figure 17 illustre un autre exemple de structure d'estimation de réponse impulsionnelle d'un système au sein d'un dispositif suivant l'invention.FIG. 17 illustrates another example of an impulse response estimation structure of a system within a device according to the invention.
La figure 18 illustre un autre exemple de structure d'estimation à une LUT de réponse impulsionnelle d'un système, au sein d'un dispositif suivant l'invention.FIG. 18 illustrates another exemplary structure for estimating an impulse response LUT of a system, in a device according to the invention.
La figure 19 illustre un autre exemple de structure d'estimation à un étage, de réponse impulsionnelle d'un système, au sein d'un dispositif suivant l'invention.FIG. 19 illustrates another example of a one-stage estimation structure, of impulse response of a system, within a device according to the invention.
La figure 20 illustre un exemple de dispositif pour la mise en œuvre d'un procédé d'identification de système suivant l'invention, comportant une boucle de rétroaction pour modifier la précision ou la rapidité de l'estimation d'une réponse impulsionnelle au cours de cette estimation.FIG. 20 illustrates an exemplary device for implementing a system identification method according to the invention, comprising a feedback loop for modifying the precision or the speed of the estimation of an impulse response during of this estimate.
La figure 21 illustre un exemple de moyens pour moduler un coefficient λ de calcul d'un critère J utilisé pour un calcul d'estimation de réponse impulsionnelle dans un procédé suivant 1' invention .FIG. 21 illustrates an example of means for modulating a calculation coefficient λ of a criterion J used for an impulse response estimation calculation in a method according to the invention.
La figure 22 illustre une droite affine représentative d'une relation reliant un critère Jt et un coefficient λ intervenant dans le calcul d'une fonction de coût.Figure 22 illustrates an affine line representative of a relation connecting a criterion Jt and a coefficient λ involved in the calculation of a cost function.
La figure 23 donne des exemples de courbes représentatives d'estimation de réponses impulsionnelles, obtenues respectivement, à l'aide d'un premier dispositif suivant l'invention sans boucle de rétroaction, et à l'aide d'un deuxième dispositif suivant l'invention doté d'une boucle de rétroaction .FIG. 23 gives examples of representative curves for estimating impulse responses, obtained respectively, using a first device according to the invention without a feedback loop, and with the aid of a second device according to FIG. invention having a feedback loop.
Les figures 24 et 25 illustrent respectivement un exemple de dispositif d'identification suivant l'invention dans lequel le système à identifier est un filtre, ainsi qu'un exemple de courbe de réponse impulsionnelle de ce dispositif d'identification.FIGS. 24 and 25 respectively illustrate an exemplary identification device according to the invention in which the system to be identified is a filter, as well as an exemplary impulse response curve of this identification device.
La figure 26 donne des exemples de courbes d'estimation de réponse impulsionnelle déterminées à l'aide d'une simulation réalisée à l'aide du logiciel matlab et d'une expérimentation réalisée à l'aide d'un programme écrit en VHDL et implémenté sur une cible FPGA.Figure 26 gives examples of impulse response estimation curves determined using a simulation performed using the matlab software and an experiment carried out using a program written in VHDL and implemented. on an FPGA target.
La figure 27 illustre un exemple de système sous forme d'un filtre actif, sur lequel un procédé d'identification suivant l'invention a été mis en œuvre.FIG. 27 illustrates an example of a system in the form of an active filter, on which an identification method according to the invention has been implemented.
Les figures 28 et 29 donnent des exemples de courbes d'estimation de réponse impulsionnelle et de gain du filtre de la figure 27, obtenues à l'aide d'un dispositif d'identification suivant l'invention. La figure 30 donne un exemple d'architecture pour la mise en œuvre d'un procédé d'identification suivant l'invention.FIGS. 28 and 29 give examples of estimation curves of impulse response and gain of the filter of FIG. 27, obtained using an identification device according to the invention. Figure 30 gives an example of architecture for the implementation of an identification method according to the invention.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles .The different parts shown in the figures are not necessarily in a uniform scale, to make the figures more readable.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
Un exemple de procédé suivant l'invention, d' identification de système et un dispositif pour mettre en œuvre un tel procédé, vont à présent être donnés .An exemplary method according to the invention, of system identification and a device for implementing such a method, will now be given.
Un tel procédé met en œuvre un traitement que l'on appellera « BIMBO inline » (BIMBO pour « Basic Identification Method using Binary Observations », « inline » signifiant que la méthode met en œuvre une identification à l'aide de signaux binaires appelés observations et est réalisée en temps réel) et peut être mise en œuvre par exemple à l'aide d'au moins un processeur de signal numérique (DSP), et/ou d'au moins un microprocesseur et/ou d'au moins un circuit FPGA, et/ou d'au moins un ordinateur.Such a method implements a treatment that will be called "BIMBO inline" (BIMBO for "Basic Identification Method using Binary Observations", "inline" meaning that the method uses an identification using binary signals called observations. and is performed in real time) and can be implemented for example using at least one digital signal processor (DSP), and / or at least one microprocessor and / or at least one circuit FPGA, and / or at least one computer.
Sur la figure 5, un schéma-bloc équivalent d'un dispositif permettant de mettre en œuvre un tel procédé est donné.In FIG. 5, an equivalent block diagram of a device making it possible to implement such a method is given.
L' identification comprend une estimation de la sortie du système, à l'aide d'une estimation de la réponse impulsionnelle de ce système. Le système à identifier, est un système susceptible d'être décrit par une fonction de transfert .The identification includes an estimation of the output of the system, using an estimate of the impulse response of this system. The system to be identified is a system that can be described by a transfer function.
Le système à identifier peut être par exemple un dispositif électronique tel qu'un filtre, un convertisseur sigma delta, un convertisseur DC/DC, ou un canal de transmission de télécommunications.The system to be identified may be for example an electronic device such as a filter, a sigma delta converter, a DC / DC converter, or a telecommunications transmission channel.
Le système à identifier peut être par exemple un dispositif électromécanique, par exemple sous forme d'un MEMS.The system to be identified may for example be an electromechanical device, for example in the form of a MEMS.
Tout d'abord, un signal u est généré en entrée d'un système 100.First, a signal u is generated at the input of a system 100.
Le signal u est de préférence un signal discret uk avec k représentant un instant en temps discret. Le signal uk peut être un signal spectralement riche tel qu'un signal de bruit, en particulier un bruit gaussien ou un bruit blanc.The signal u is preferably a discrete signal u k with k representing a moment in discrete time. The signal u k may be a spectrally rich signal such as a noise signal, in particular a Gaussian noise or a white noise.
Dans le cas où le signal u est un bruit blanc gaussien, un convertisseur numérique analogique peut être utilisé afin de générer l'excitation du système observé, le signe du bruit étant exploité dans le procédé d'identification.In the case where the signal u is Gaussian white noise, a digital-to-analog converter can be used to generate the excitation of the observed system, the noise sign being used in the identification process.
Dans le cas d'un bruit blanc binaire, un bloqueur d'ordre 0 peut être utilisé pour exciter le système 100 observé et comme signal d'entrée de la présente structure.In the case of binary white noise, a 0-order blocker may be used to drive the observed system 100 and as the input signal of the present structure.
Le signal d'entrée uk peut être produit par un générateur de bruit 110. Un générateur de bruit semblable à ceux utilisés en cryptographie et qui met en œuvre une méthode LFSR (LFSR pour « Linear Feedback Shift Register » ou « registre à décalage avec rétroaction linéaire ») avec un registre à décalage peut être par exemple utilisé. Avec un tel générateur, certains bits d'une séquence subissent des opérations ou transformations avant d'être réinsérés dans une boucle. Un tel générateur est prévu pour produire des séquences pseudo-aléatoires. Le générateur peut être par exemple un générateur de bruit de type LFSR d'ordre 32 correspondant au polynôme primitif suivant : l + x + x3+x30.The input signal u k can be produced by a noise generator 110. A noise generator similar to those used in cryptography and which implements an LFSR (LFSR) method for the Linear Feedback Shift Register. linear feedback ") with a shift register can be used for example. With such a generator, some bits of a sequence undergo operations or transformations before being reinserted in a loop. Such a generator is intended to produce pseudo-random sequences. The generator may for example be an LFSR type 32 noise generator corresponding to the following primitive polynomial: l + x + x 3 + x 30 .
Un exemple de générateur LFSR est donné sur la figure 6. Ce générateur est formé d'une série de blocs 111, 112, 113, 114 ayant respectivement pour fonctions de transfert en z égales à z"1, z~2, z~28, z"1. Le générateur comprend également un premier additionneur 115, entre le premier bloc 111 et le deuxième bloc 112, un deuxième additionneur 116 entre le deuxième bloc 112 et le troisième bloc 113, un troisième additionneur 117 entre le troisième bloc 113 et le quatrième bloc 114, la sortie du quatrième bloc 114 étant réinjectée en entrée de chacun des additionneurs 115, 116, 117.An example of an LFSR generator is given in FIG. 6. This generator is formed of a series of blocks 111, 112, 113, 114 respectively having transfer functions in z equal to z "1 , z ~ 2 , z ~ 28 , z "1 . The generator also comprises a first adder 115, between the first block 111 and the second block 112, a second adder 116 between the second block 112 and the third block 113, a third adder 117 between the third block 113 and the fourth block 114, the output of the fourth block 114 being fed back to the input of each of the adders 115, 116, 117.
Le procédé comprend plusieurs étapes d'acquisition des signaux d'entrée et de sortie du système 100 à caractériser ou à identifier.The method comprises several steps of acquiring the input and output signals of the system 100 to be characterized or identified.
Le signal de réponse yk est ensuite injecté dans des moyens formant un comparateur 120 en sortie duquel un signal de sortie discret échantillonné sk est émis. Le comparateur 120 peut être un CAN-I bit. Ce comparateur 120 peut être prévu pour appliquer une fonction signe S() . Une telle fonction signe S() permet de réaliser le traitement suivant : o = sign(x) et x>0 on a alors o = 0The response signal y k is then injected into means forming a comparator 120 at the output of which a sampled discrete output signal s k is transmitted. The comparator 120 may be a CAN-I bit. This comparator 120 may be provided for applying a sign function S (). Such a sign function S () makes it possible to carry out the following processing: o = sign (x) and x> 0 we have o = 0
S î • o = sign(x) et x(0 on a alors o = 1S i • o = sign (x) and x (0 then o = 1
On cherche à produire une estimation yk de la sortie du système 100, à l'aide de moyens 130 sous forme d'un bloc de traitement ou d'un module de traitement destiné à mettre en œuvre la méthode BIMBO_inline.It is sought to produce an estimate y k of the output of the system 100, using means 130 in the form of a processing block or a processing module for implementing the BIMBO_inline method.
Les moyens 130 peuvent former un modèle paramétrique approché du système 100 inconnu. Le procédé permet de faire converger le modèle approché au plus près du système 100 réel observé.The means 130 may form an approximate parametric model of the unknown system 100. The method makes it possible to converge the approximate model as close as possible to the actual system 100 observed.
Des calculs d'estimation h de la réponse impulsionnelle du système réel sont mis en œuvre par les moyens 130, la réponse impulsionnelle estimée devant correspondre à celle du système observé, lorsque le modèle paramétrique converge vers le système réel. Les moyens 130 peuvent être mis en œuvre par exemple à l'aide d'un FPGA. Selon d'autres possibilités, les moyens 130 peuvent être mis en œuvre à l'aide d'un processeur de signal numérique (DSP), et/ou d'un microprocesseur et/ou d'un ordinateur.Estimation calculations h of the impulse response of the real system are implemented by the means 130, the estimated impulse response to correspond to that of the observed system, when the parametric model converges to the real system. The means 130 may be implemented for example using an FPGA. According to other possibilities, the means 130 can be implemented using a digital signal processor (DSP), and / or a microprocessor and / or a computer.
Les calculs de l'estimation h sont réalisés à partir du signal d'entrée u et du signal s de sortie du comparateur 120, ces signaux u et s étant injectés en entrée des moyens 130. On nomme également ces signaux s et u des « observations ». Dans le cas présent, les observations sont sous forme de signaux binaires .The calculations of the estimate h are made from the input signal u and the output signal s of the comparator 120, these signals u and s being injected at the input of the means 130. These signals s and u are also called " observations ". In this case, the observations are in the form of binary signals.
Les moyens 130, produisent ainsi en sortie une estimation yk de la sortie du système 100, qui est injectée dans un deuxième comparateur 140, par exemple sous forme d'un deuxième CAN 1-bit, pour appliquer la fonction signe à cette estimation. Le signal Sk=S(yk) avec S () la fonction signe, pourra ensuite être comparé au signal sk issu du premier comparateur 120.The means 130 thus produce at the output an estimate y k of the output of the system 100, which is injected into a second comparator 140, for example in the form of a second 1-bit ADC, to apply the sign function to this estimate. The signal S k = S (y k ) with S () the sign function, can then be compared with the signal s k from the first comparator 120.
On peut considérer que l'estimation de yk réalisée est satisfaisante lorsque s et s sont égaux sur une durée importante. On entend ici par durée « importante », une période d'au moins 1000 fois la période d'échantillonnage, correspondant par exemple à un nombre N d'échantillons d'observations de l'ordre de 8000 ou 10000.It can be considered that the estimate of y k achieved is satisfactory when s and s are equal over a significant period of time. By "significant" duration is meant here a period of at least 1000 times the sampling period, corresponding, for example, to a number N of observation samples of the order of 8,000 or 10,000.
Le procédé suivant l'invention, permet d'obtenir une estimation y de la sortie du système 100 observé à l'aide d'une estimation h de sa réponse impulsionnelle .The method according to the invention makes it possible to obtain an estimate y of the output of the system 100 observed by means of an estimate h of its impulse response.
On appellera tout au long de la présente description, « réponse impulsionnelle d'un système », la sortie temporelle de ce système lorsque celui-ci est stimulé par une impulsion. On peut considérer dans le cas d'un signal discret, la réponse impulsionnelle comme la réponse du système à une impulsion de type Dirac. L'estimation de la réponse impulsionnelle du système 100 peut être définie par un ensemble d'éléments discrets H1.Throughout the present description, the term "impulse response of a system" will be referred to as the time output of this system when it is stimulated by a pulse. In the case of a discrete signal, the impulse response can be considered as the response of the system to a Dirac pulse. The estimate of the impulse response of the system 100 may be defined by a set of discrete elements H 1 .
Sur la figure 7, un exemple de courbe Ci représentative d'une réponse impulsionnelle d'un filtre HR discret est donné. Sur cette figure un nombre nh d'éléments de la réponse impulsionnelle est tel que nh = 50. On peut décrire l'ensemble des nh éléments d'une réponse impulsionnelle via un ensemble de points In FIG. 7, an exemplary curve Ci representative of an impulse response of a discrete HR filter is given. In this figure, a number nh of elements of the impulse response is such that nh = 50. We can describe the set of nh elements an impulse response via a set of points
Le traitement réalisé par les moyens 130 vise à obtenir la relation suivante :The treatment carried out by the means 130 aims to obtain the following relation:
(VVV...ΛJ=VÎ)Λ'4'...Λj(VVV ... ΛJ = VÎ) Λ'4 ... Λj
Avec Yi1 est un élément d'une réponse impulsionnelle et ht un élément d'une réponse impulsionnelle estimée.With Yi 1 is an element of an impulse response and h t an element of an estimated impulse response.
Une erreur entre le signal y et l'estimation y de ce signal est appelée erreur de prédiction. A un instant n, l'erreur de prédiction ε peut être définie comme suit : ε(n) = y(n)-y(n)An error between the y signal and the y estimate of this signal is called the prediction error. At a time n, the prediction error ε can be defined as follows: ε (n) = y (n) -y (n)
Par itérations successives, le modèle mis en œuvre par les moyens 130 peut être ajusté de façon à corriger l'estimation yk produite et à maximiser ainsi les similitudes entre le signal Sk et son estimationBy successive iterations, the model implemented by the means 130 can be adjusted so as to correct the estimate y k produced and thereby maximize the similarities between the signal S k and its estimate.
Sk =s(yk )S k = s ( y k )
Cet ajustement est effectué notamment à l'aide du calcul d'un critère donné J effectué par les moyens 130. Ce critère J que l'on appellera également « fonction de coût » dépend d'un ensemble d'observations acquises jusqu'à un instant n, avec : j(n)= giM... X4K0)... $(n)>n)This adjustment is carried out in particular by means of the calculation of a given criterion J carried out by the means 130. This criterion J, which will also be called "cost function", depends on a set of observations acquired up to a given time. instant n, with: j ( n ) = giM ... X4K 0 ) ... $ (n)> n)
Dans le cas présent, la sortie s() du comparateur 120 est exploitée afin d'effectuer le calcul de ladite fonction de coût. La fonction de coût peut donc également s'écrire : J(Xi) = g(s(0)_ _ _ s(4 <0)_ _ _ $p),n)In the present case, the output s () of comparator 120 is used to calculate said cost function. The cost function can therefore also be written: J (Xi) = g (s (0) _ _ _ s (4 <0) _ _ _ $ p), n)
Pour permettre d' évaluer une réponse impulsionnelle, une fonction de coût répondant à la formule générale suivante peut être mise en œuvre : To evaluate an impulse response, a cost function of the following general formula can be implemented:
Le critère J a une valeur comprise entre 0 et 1 et est minimal dans une zone de l'espace des paramètres du modèle paramétrique que l'on appellera « zone d'acceptabilité » du modèle paramétrique approché .The criterion J has a value between 0 and 1 and is minimal in a zone of the parameters space of the parametric model which one will call "zone of acceptability" of the approximate parametric model.
Deux exemples différents de calculs de fonction de coût J, comportant un terme de comparaison entre le signal de sortie s et le signal de sortie estimé s , vont à présents être donnés.Two different examples of cost function calculations J, including a comparison term between the output signal s and the estimated output signal s, will now be given.
Selon une première possibilité, on peut avoir S (yk) e [-1;1] avec S() la fonction signe. Dans ce cas, lorsque : yk > 0 => S(yk) = 1 yk < 0 => S (yk) = -1According to a first possibility, we can have S (y k ) e [-1; 1] with S () the sign function. In this case, when: y k > 0 => S (y k ) = 1 y k <0 => S (y k ) = -1
Les signaux s et Sk étant codés sur un bit, On a donc la relation suivante : On note dans ce cas : Since the signals s and Sk are coded on one bit, we thus have the following relation: We note in this case:
Avec : J T = l l r CsuWith: JT = ll r Csu
2 2 Un premier exemple d'unité 200 (figure 8A) intégrée aux moyens 130, peut être prévu pour mettre en œuvre le calcul itératif d'un élément Ji de fonction de coût suivant cette première possibilité. Les moyens 130 avec un modèle à réponse impulsionnelle unitaire, de sorte que le calcul de Ji comporte un terme de corrélation entre le signal sk en sortie dudit convertisseur et le signal de bruit : 2 2 A first example of unit 200 (FIG. 8A) integrated with the means 130 may be provided for implementing the iterative calculation of a cost function element Ji according to this first possibility. The means 130 with a unit impulse response model, so that the calculation of Ji comprises a correlation term between the signal s k output of said converter and the noise signal:
Avec Ji un élément de la fonction de coût, et N un nombre de points de calcul ou d'observations, du traitement effectué. Ce résultat J1 sera ensuite utilisé pour déterminer un i-ème élément Zz1 d'estimation de la réponse impulsionnelle du système observé. Le résultat Ji qui est un élément de fonction de coût correspond à un coefficient de corrélation ou à un terme de corrélation entre le signal de sortie s et le signal d'entrée u du système 100. L'élément J1 de fonction de coût est déterminé par un calcul itératif comportant un terme de corrélation entre le signal s et le signal u.With Ji an element of the cost function, and N a number of calculation points or observations, of the treatment performed. This result J 1 will then be used to determine an i-th element Zz 1 for estimating the impulse response of the observed system. The result Ji, which is a cost function element, corresponds to a correlation coefficient or a correlation term between the output signal s and the input signal u of the system 100. The cost function element J 1 is determined by an iterative calculation comprising a correlation term between the signal s and the signal u.
Dans cet exemple, l'unité 200 de calcul d'élément J1 de fonction de coût comprend des moyens 202 formant un multiplicateur en entrée duquel un signal de sortie sk pris à un instant k et un signal d'entrée Uk-1 retardé de i sont émis.In this example, the cost function element calculation unit J 1 comprises means 202 forming an input multiplier from which an output signal s k taken at a time k and a delayed input signal Uk -1. of i are issued.
L'unité 200 comprend également des moyens 204 formant un additionneur en sortie du multiplicateur 202, ainsi que des moyens 206 formant un filtre à retard discret d'ordre 1, ou un bloc de fonction de transfert en z égal à z"1 en sortie de l'additionneur.The unit 200 also comprises means 204 forming an adder at the output of the multiplier 202, as well as means 206 forming a filter. discrete delay of order 1, or a transfer function block in z equal to z "1 at the output of the adder.
La sortie du bloc 206 est réinjectée en entrée de l'additionneur 204, tandis que des moyens 208 formant un diviseur par N (avec N le nombre d'échantillons ou de points du calcul itératif sur lequel on effectue le calcul) en sortie de l'additionneur 204. Un rebouclage est ainsi formé de sorte qu'un élément Ji(n+1) calculé à un instant donné dépend d'un élément Ji (n) calculé précédemment.The output of the block 206 is fed back to the input of the adder 204, while means 208 forming a divider by N (with N the number of samples or points of the iterative calculation on which the calculation is made) at the output of the adder 204. A loopback is thus formed such that an element Ji (n + 1) calculated at a given instant depends on a previously calculated element Ji (n).
En sortie des moyens 208, on obtient Csu une corrélation entre sk et s k :At the output of the means 208, we obtain Csu a correlation between sk and s k:
Csu=—Y s,s, N^f k k Csu = -Y s, s, N ^ f kk
Selon une deuxième possibilité de calcul de la fonction de coût, on peut avoir S (yk) e [ 0 ; 1 ]According to a second possibility of calculating the cost function, we can have S (y k ) e [0; 1]
Dans ce cas, lorsque : yk > 0 => S (yk) = 0 yk < 0 => S(yk) = 1In this case, when: y k > 0 => S (y k ) = 0 y k <0 => S (y k ) = 1
Or les signaux s et s peuvent être codés en binaire et sont susceptibles d'adopter un état Λ0' ou un état Λl' .However, the signals s and s can be coded in binary and are capable of adopting a state Λ 0 'or a state Λ l'.
On peut mettre en œuvre le calcul suivant :We can implement the following calculation:
J = —∑(sk-Sk)2=—∑xor(sk>Sk) J = -Σ ( s k- S k) 2 = -Σ xor ( s k> S k)
Un deuxième exemple d'unité 250 pour le calcul d'un élément Ji de la fonction de coût J suivant cette deuxième possibilité, est donné sur la figure 8B. Cette unité 250 peut être prévue pour mettre en œuvre le calcul suivant : A second example of unit 250 for calculating an element Ji of the cost function J according to this second possibility is given in FIG. 8B. This unit 250 may be provided to implement the following calculation:
Avec Ji un élément de la fonction de coût, et N un nombre d'échantillons. L'élément J1 de fonction de coût est ainsi déterminé par un calcul itératif comportant un terme de corrélation entre le signal s et le signal de bruit u.With Ji an element of the cost function, and N a number of samples. The cost function element J 1 is thus determined by an iterative calculation comprising a correlation term between the signal s and the noise signal u.
L'unité 250 comprend des moyens 252 formant une porte logique OU exclusif (XOR) en entrée duquel le signal sk de sortie du comparateur 120 à un instant k et le signal uk-i d'entrée du système 100 retardé de i, sont émis.The unit 250 comprises means 252 forming an exclusive OR logic gate (XOR) at the input of which the output signal s k of the comparator 120 at a time k and the input signal u k-1 of the system 100 delayed by i, are issued.
Des moyens 254 formant un additionneur sont prévus en sortie de la porte XOR, tandis que des moyens 256 formant un filtre à retard d'ordre 1 ou un bloc de fonction de transfert en z égal à z"1 sont placés en sortie de l'additionneur 254, la sortie du bloc 254 étant réinjectée en entrée de l'additionneur 254. L'élément J1 de fonction de coût dépend ainsi d'un élément de fonction de coût calculé à un instant précédent. Des moyens 258 destinés à réaliser une division par N (avec N un nombre d'échantillons) sont également prévus en sortie de l'unité 250 et délivrent le résultat J1 correspondant à un coefficient de corrélation entre le signal s et le signal u retardé de i périodes d'échantillonnage. Ce résultat J1 est ensuite utilisé pour l'estimation du i"eme élément A1 de la réponse impulsionnelle du système observé.Means 254 forming an adder are provided at the output of the XOR gate, while means 256 forming a first order delay filter or a transfer function block in z equal to z "1 are placed at the output of the XOR gate. adder 254, the output of the block 254 being fed back to the input of the adder 254. The cost function element J 1 thus depends on a cost function element calculated at a previous instant. division by N (with N a number of samples) are also provided at the output of the unit 250 and deliver the result J 1 corresponding to a correlation coefficient between the signal s and the signal u delayed by i sampling periods. this result J 1 is then used to estimate the i "th element A 1 of the impulse response of the observed system.
On définit δ comme un produit terme à terme d'éléments de la réponse impulsionnelle (h0, ..., hlr...r hnh_i) du système observé et d'estimations (ho, ..., A1, ,We define δ as a term term product of the impulse response elements (h 0 , ..., h lr ... r h nh _i) of the observed system and estimates (ho, ..., A 1 ,,
Ânh) d'éléments des réponses impulsionnelles. nh ) elements of impulse responses.
Une fonction f dite « de passage » liant laA so-called "passing" function linking the
fonction de coût J à δ, avec δ = (hi un élément de réponse impulsionnelle du système et hi un élément d'estimation de réponse impulsionnelle du système) est également implémentée et utilisée par les moyens 130.cost function J at δ, with δ = (hi a system impulse response element and hi an impulse response estimation element of the system) is also implemented and used by means 130.
La fonction de passage f est une fonction choisie, de manière à permettre de passer du calcul d'un élément J1 de la fonction de coût à une valeur d'un élément hi de l'estimation de réponse impulsionnelle, de sorte que f (J1)= hi. La fonction de passage f est déterminée en fonction du signal d'entrée injecté dans le système 100.The function of passage f is a function chosen, so as to make it possible to go from the computation of an element J 1 of the cost function to a value of an element hi of the impulse response estimation, so that f ( J 1 ) = hi. The passage function f is determined as a function of the input signal injected into the system 100.
La fonction de passage f peut être réalisée à l'aide d'au moins une unité de stockage appelée LUTThe passage function f can be performed using at least one storage unit called LUT
(LUT pour « Look Up Table ») et qui fait correspondre à une valeur d'élément Ji de fonction de coût J, une valeur f (Ji) d'élément hi d'estimation de réponse impulsionnelle. Un exemple de LUT 260 est donné sur la figure 9. La LUT 260 est caractérisée notamment par sa taille et par un pas Δ. Les données de réponse impulsionnelle sont stockées avec un pas Δ dans la LUT, de sorte que seulement certaines valeurs d' images de la fonction de passage sont accessibles : les valeurs f(0), f(Δ), f(2*Δ), .... La LUT 260 donne ainsi des valeurs en sortie correspondant chacune à une plage de valeurs de fonction de coût J. Selon un exemple, dans le cas où le signal d'entrée u est un bruit gaussien, la fonction f de passage d'un élément de fonction de coût à un élément de réponse impulsionnelle, peut répondre à la loi suivante : (LUT for "Look Up Table"), which maps a value of J of cost function J to a value f (Ji) of element hi of impulse response estimation. An example of LUT 260 is given in FIG. 9. The LUT 260 is characterized in particular by its size and by a pitch Δ. The impulse response data are stored with a step Δ in the LUT, so that only certain values of images of the passage function are accessible: the values f (0), f (Δ), f (2 * Δ) The LUT 260 thus gives output values each corresponding to a range of cost function values J. According to one example, in the case where the input signal u is a Gaussian noise, the function f of passing from a cost function element to an impulse response element can respond to the following law:
Avec J la fonction de coût et σ'2b 2h 2 où σb représente le bruit ambiant du système à identifier modélisé comme un bruit blanc gaussien additif enWith J the cost function and σ ' 2 = σ b 2 + σ h 2 where σ b represents the ambient noise of the system to be identified modeled as an additive Gaussian white noise in
sortie du système et &l =∑h? la somme quadratique des ι=o différents éléments de la réponse impulsionnelle.out of the system and & l = Σh? the quadratic sum of the ι = o different elements of the impulse response.
Par défaut on peut choisir σ'=l. On peut alors identifier la réponse impulsionnelle du système au gain près .By default we can choose σ '= l. We can then identify the impulse response of the system to the near gain.
Sur la figure 1OA, un exemple de courbe Cio représentative d'une fonction f de passage entre le critère J et la réponse impulsionnelle est donné dans un cas, où le signal d'entrée u du système 100 à identifier est émis sous forme d'un bruit Gaussien.In FIG. 10A, an example of a curve Cio representative of a function f of passage between the criterion J and the impulse response is given in one case, where the input signal u of the system 100 to be identified is transmitted in the form of a Gaussian noise.
Selon un autre exemple, dans le cas où le signal d'entrée u est un bruit blanc, la fonction de passage f de la fonction de coût à la réponse impulsionnelle, peut répondre à la loi suivante :According to another example, in the case where the input signal u is a white noise, the function of passage f of the cost function to the impulse response can respond to the following law:
Csu = —Y t sksk Csu = -Y t s k s k
N 'NOT '
On a ains i We have
Par défaut, σ peut être choisi égal à 1.By default, σ can be chosen equal to 1.
Sur la figure 1OB, un autre exemple de courbe C20 représentative d'une fonction de passage f entre le critère J et la réponse impulsionnelle, est donnée dans le cas où le signal d'entrée du système 100 à identifier est un bruit blanc.In FIG. 1B, another example of a curve C20 representative of a passage function f between the criterion J and the impulse response is given in the case where the input signal of the system 100 to be identified is a white noise.
Sur la figure 11, un exemple de module intégré aux moyens 130 et doté de nh étages pour effectuer un calcul de nh (avec nh un entier supérieur à 1) éléments d'une estimation h de la réponse impulsionnelle du système 100, est donné.In FIG. 11, an example of module integrated in the means 130 and having nh stages for performing a calculation of nh (with nh an integer greater than 1) elements of an estimate h of the impulse response of the system 100, is given.
Ce module comporte tout d' abord une pluralité de nh-1 blocs formant une chaine de filtres à retard discrets d'ordre 1 : 240i,..., 24O1,..., 240nh-i ayant chacun une fonction de transfert en z égale à : z"1.This module firstly comprises a plurality of nh - 1 blocks forming a chain of discrete delay filters of order 1: 240i,..., 24O 1 ,..., 240 n hi each having a transfer function. z equals: z "1 .
En entrée de la série de filtres à retard, le signal uk d'entrée du système 100 à un instant k est émis, des signaux retardés Uk-i,..., Uk-i,..., unh-i, sont obtenus en sortie respectivement des filtres 2401,...2401,...,240nh_1.At the input of the series of delay filters, the input signal u k of the system 100 at a time k is transmitted, delayed signals Uk-i, ..., Uk-i, ..., u n hi, are respectively output filters 240 1 , ... 240 1 , ..., 240 nh _ 1 .
Une pluralité de nh unités 25Oo, ..., 25O1, ..., 250nh-i de calcul d'éléments Jo,..., J1,..., Jnh-i de la fonction de coût J semblables à l'unité 250 décrite précédemment en liaison avec la figure 9B, sont également prévues. Les unités 25Oo, ..., 25O1, ..., 25Onh-i de calcul d'élément de fonction de coût reçoivent chacune en entrée le signal de sortie sk du comparateur 120 à un instant k et respectivement les signaux uk,..., uk-i, Uk-i,..., unh-i correspondant à des valeurs de signal d'entrée retardé du système 100.A plurality of nh units 25Oo,..., 25O 1 ,..., 250 n hi of calculation of elements Jo,..., J 1 ,..., Jnh-i of the cost function J similar to unit 250 previously described in connection with Figure 9B, are also provided. The 25OO units, ..., 25O 1, ..., 25O n hi calculating cost function element each receive as input the output signal s k from the comparator 120 at a time k and k, respectively, the signals u , ..., u k -i, Uk-i, ..., u n hi corresponding to delayed input signal values of the system 100.
La structure comporte également une pluralité de nh moyens 26Oo, 260i, ..., 26O1, ..., 26Onh-i pour appliquer la fonction f () de passage. La fonction de passage peut être celle dont la loi a été donnée plus haut, dans le cas où l'entrée u est un signal de bruit blanc. Les moyens 26Oo, 260i, ..., 26O1, ..., 26Onh-i peuvent être sous forme de nh LUTs du type de celle décrite en liaison avec la figure 10, et recevant respectivement en entrée des éléments de fonctions de coûts Jo, Ji, ..., J1, ..., Jnh-i et délivrant en sortie des éléments ho, , ..., hιf..., hnh-i d'estimation de réponse impulsionnelle .The structure also comprises a plurality of nh means 26Oo, 260i, ..., 26O 1 ,..., 26O n hi for applying the f () function. The passage function may be the one whose law has been given above, in the case where the input u is a white noise signal. The means 26Oo, 260i,..., 26O 1 ,..., 26O n hi may be in the form of nh LUTs of the type of that described with reference to FIG. 10, and receiving, respectively, input elements of cost functions. Jo, Ji, ..., J 1 , ..., Jnh-i and outputting elements ho, , ..., h ιf ..., h n hi impulse response estimation.
A partir de l'estimation de réponse impulsionnelle, on peut obtenir une estimation y de la sortie y du système 100. Pour cela, le calcul suivant est mis en œuvre par les moyens 130 : From the impulse response estimate, it is possible to obtain an estimate y of the output y of the system 100. For this, the following calculation is implemented by the means 130:
Une opération de convolution entre l'estimation h de la réponse impulsionnelle et l'entrée binaire u du système observé 100, est effectuée.A convolution operation between the estimate h of the impulse response and the binary input u of the observed system 100 is performed.
Sur la figure 12, un exemple de module 270 intégré aux moyens 130 et permettant d'effectuer cette opération de convolution est donné. Ce module comporte une pluralité de nh étages 270Q, 270i, ..., 27O1, ..., 270nh- i recevant respectivement en entrée des signaux uk, uk-i, ..., Uk-i, •••, Uk-nh+i d'entrée du système à différents instants k, k-1,..., k-i,..., k-nh+1, et des éléments ho, , ..., hιf..., hnh-i d'estimation de réponse impulsionnelle .In FIG. 12, an example of module 270 integrated in the means 130 and making it possible to carry out this convolution operation is given. This module comprises a plurality of nh stages 270Q, 270i, ..., 27O 1 , ..., 270 n h- i respectively receiving at input signals u k , u k -i, ..., Uk-i, •••, Uk-nh + i of input of the system at different times k, k-1, ..., ki, ..., k-nh + 1, and elements ho ,, ..., h ιf ..., hnh-i of impulse response estimation.
Chaque étage du module 270 comporte des moyens de multiplication 271 des deux entrées de l'étage ainsi que des moyens 273 pour additionner la sortie des moyens 271 de multiplication à une sortie d'un étage précédent, autrement dit, pour additionner le résultat de ladite multiplication au résultat d'un étage précédent. Le module 270 pour effectuer l'opération de convolution délivre en sortie l'estimation y de la sortie y du système 100.Each stage of the module 270 comprises multiplying means 271 of the two inputs of the stage as well as means 273 for adding the output of the multiplication means 271 to an output of a preceding stage, in other words, to add the result of said multiplication to the result of a previous stage. The module 270 for carrying out the convolution operation outputs the estimate y of the output y of the system 100.
Sur la figure 13, un exemple de structure complète pour délivrer une estimation y est représenté .In FIG. 13, an example of a complete structure for delivering an estimate is shown.
Cette structure 230 comporte nh étages 231o, 231i, ..., 23I1, ..., 231nh-i le nombre d'étages nh pouvant être prévu notamment en fonction de la complexité du système 100 à identifier. Les éléments non nuls de la réponse impulsionnelle du système sont estimés. Si on note no le nombre d'éléments non nuls de la réponse impulsionnelle, n0 et nh sont tels que nh > n0.This structure 230 comprises nh stages 231o, 231i, ..., 23I 1 , ..., 231 n hi the number of stages nh can be provided in particular according to the complexity of the system 100 to identify. The non-zero elements of the impulse response of the system are estimated. If we denote by no the number of non-zero elements of the impulse response, n 0 and nh are such that nh> n 0 .
Cette structure 230 comporte un filtre d'ordre 0 ou un bloc de fonction de transfert en z : z~°, ainsi qu'une pluralité de nh-1 blocs 240i, ..., 240nh-i, ayant comme fonction de transfert en z : z"1 ou formant respectivement un filtre à retard d'ordre 1, ces blocs étant agencés en série ou selon une chaine de blocs . La structure 230 comporte également nh unités 25Oo, ..., 250nh-i d'évaluation d'éléments Jo, ..., Jnh-i de fonction de coût, nh unités 26Oo, ..., 260nh-i LUTs pour appliquer la fonction de passage f et obtenir des éléments d'estimation ho,..., hnh-i de réponse impulsionnelle, ainsi que nh unités 27Oo, ..., 27O1, ..., 270nh-i pour effectuer l'opération de convolution et produire l'estimation y.This structure 230 comprises a filter of order 0 or a transfer function block in z: z ~ °, as well as a plurality of nh-1 blocks 240i,..., 240 n hi, having the function of transfer in z: z "1 or respectively forming a first order delay filter, these blocks being arranged in series or in a chain of blocks. The structure 230 also includes nh 25OO units, ..., 250 n hi evaluation Jo elements, ..., J n hi cost function, nh 26Oo units, ..., 260 n hi LUTs to implement the function of passage f and to obtain estimation elements ho,..., h n hi of impulse response, as well as nh units 27 Oo,..., 270 1 ,..., 270 n hi to perform the operation of convolution and produce the estimate y.
Sur la figure 14, un autre exemple d'unité de calcul 300 d'élément de fonction de coût permettant de mettre en œuvre le calcul d'un élément d'une variante de fonction de coût J' , différente de la fonction de coût J décrite précédemment, est donné. L'élément de fonction de coût est déterminé par un calcul itératif comportant un terme de corrélation entre le signal de sortie du système et le signal d'entrée du système.In FIG. 14, another example of a cost function element calculation unit 300 making it possible to implement the calculation of an element of a cost function variant J 'that is different from the cost function J previously described, is given. The cost function element is determined by an iterative calculation including a correlation term between the system output signal and the system input signal.
L'unité 300 comprend des moyens 302 formant une porte logique OU exclusif (XOR) en entrée duquel est émis une sortie sk du comparateur 120 prise à un instant k, et une entrée uk-i du système retardé de i échantillons .The unit 300 comprises means 302 forming an exclusive OR logic gate (XOR) at the input of which is emitted an output s k of the comparator 120 taken at a time k, and an input u k-1 of the delayed system of i samples.
L'unité 300 comprend des moyens 304 formant un additionneur en sortie de la porte XOR, des moyens 306 formant un filtre à retard d'ordre 1 en sortie de l'additionneur 304 et dont la sortie est réinjectée en entrée de moyens 303 pour appliquer un coefficient λ, la sortie des moyens 303 pour appliquer le coefficient λ étant émise en entrée de l'additionneur 304. La sortie de l'additionneur est émise en entrée de moyens 308 pour réaliser une division par (1+λ) . En sortie des moyens 308, on obtient un élément de ladite deuxième fonction de coût J' .The unit 300 comprises means 304 forming an adder at the output of the XOR gate, means 306 forming a first order delay filter at the output of the adder 304 and the output of which is reinjected at the input of means 303 for applying a coefficient λ, the output of the means 303 for applying the coefficient λ being emitted at the input of the adder 304. The output of the adder is transmitted at the input of means 308 for dividing by (1 + λ). In output of the means 308, an element of said second cost function J 'is obtained.
La somme (1+λ) correspond à un nombre N d'échantillons ou de points de calcul ou d' observations .The sum (1 + λ) corresponds to a number N of samples or computation points or observations.
Dans cet exemple, le coefficient λ est également choisi de sorte que (1+λ) est égal à une puissance de 2, de sorte que les moyens 308 pour appliquer le coefficient l/(l+λ) sont des moyens pour effectuer un décalage de bits de leur entrée binaire. Les moyens 308 peuvent être par exemple sous forme d'un registre à décalage. Par rapport à une unité telle que celles (référencées 200 et 250) décrites en liaison avec les figures 8A et 8B, cela permet de s'affranchir d'un diviseur et de simplifier la mise en œuvre du calcul .In this example, the coefficient λ is also chosen such that (1 + λ) is equal to a power of 2, so that the means 308 for applying the coefficient l / (l + λ) are means for effecting an offset bits of their binary input. The means 308 may for example be in the form of a shift register. With respect to a unit such as those (referenced 200 and 250) described with reference to FIGS. 8A and 8B, this makes it possible to dispense with a divider and to simplify the implementation of the calculation.
Le coefficient λ est également choisi de sorte que λ est grand devant un (1 << λ) . Par λ « grand » devant 1 on entend que λ est supérieur à 210.The coefficient λ is also chosen so that λ is large in front of a (1 << λ). By λ "large" before 1 we mean that λ is greater than 2 10 .
Le coefficient λ peut être modulable, éventuellement modulable au cours du procédé d' identification.The coefficient λ can be flexible, possibly modulable during the identification process.
La variante de fonction de coût J' implémentée par l'unité 300, peut suivre la relation suivante :The cost function variant J 'implemented by the unit 300 can follow the following relation:
J'k(n+l) = (l*jk(n)+ λ*J'k(n))/(l+λ)J ' k (n + 1) = (l * j k (n) + λ * J' k (n)) / (l + λ)
avec jk(n) la sortie des moyens 302 formant une porte logique XOR, λ le coefficient dont la somme avec l ' uni té correspond à un nombre N de points de calcul ou d' échanti l lons .with jk (n) the output of means 302 forming a logic gate XOR, λ the coefficient whose sum with the unit corresponds to a number N of computation points or samples.
,, ι Λ _ j(n) + λj(n - l)+ λ2j(n - 2) + ... + λN-1j(n - N + l),, ι Λ _ j (n) + λj (n - 1) + λ 2 j (n - 2) + ... + λ N - 1 j (n - N + 1)
J [n + [) - i + λ J [n + [) - i + λ
Lorsque λ est choisi tel que κ<λ, on a J' (n)≈J(n), la fonction de coût J étant sensiblement égale à la variante J' de fonction de coût.When λ is chosen such that κ <λ, we have J '(n) ≈J (n), the cost function J being substantially equal to the variant J' of cost function.
Sur la figure 15, une variante de structure 330 prévue pour délivrer une estimation de y est représentée. Cette structure 330 diffère de celle précédemment décrite en liaison avec la figure 13, de par le calcul de la fonction de coût, et comporte nh unités 3OOo, ..., 30O1, ..., 300nh-i d'évaluation d'éléments de fonction de coût J' tel que celle (référencée 300) qui vient d'être décrite en liaison avec la figure 14.In Fig. 15, a variant of structure 330 provided for outputting an estimate of y is shown. This structure 330 differs from that previously described in connection with FIG. 13, by the calculation of the cost function, and comprises nh units 3OOo,..., 30O 1 ,..., 300 n h of evaluation of cost function elements J 'such as that (referenced 300) which has just been described with reference to FIG. 14.
Sur la figure 16, un autre exemple d'unité 350 de calcul, permettant de mettre en œuvre le calcul d'un élément J' ' k d'une autre variante de fonction de coût J'', est donné.In FIG. 16, another example of a calculation unit 350 for implementing the calculation of an element J '' k of another variant of cost function J '' is given.
Cette unité 350 comprend des moyens 352 formant une porte logique OU exclusif (XOR) en entrée de laquelle est émis une sortie sk du comparateur 120 à un instant k, et un signal uk-i d'entrée du système 100.This unit 350 comprises means 352 forming an exclusive OR logic gate (XOR) at the input of which an output s k of the comparator 120 is transmitted at a time k, and an input signal u k -i of the system 100.
L'unité 350 comprend également des moyens 353a permettant d'appliquer un rapport (1/λ), à la sortie pk(n) de la porte XOR, ainsi que des moyens 354 formant un additionneur en sortie des moyens 353a, des moyens 356 formant un filtre à retard d'ordre 1 en sortie de l'additionneur 354 et dont la sortie est réinjectée en entrée de moyens 353b permettant d'appliquer un rapport (1/λ), la sortie des moyens 353b et du filtre 356 étant émises en entrée de l'additionneur 354. En sortie de l'additionneur 354, on obtient un élément de ladite deuxième variante de fonction de coût J' ' .The unit 350 also comprises means 353a making it possible to apply a ratio (1 / λ) to the output pk (n) of the gate XOR, as well as means 354 forming an adder at the output of the means 353a, means 356 forming a first-order delay filter at the output of the adder 354 and the output of which is reinjected at the input of means 353b making it possible to apply a ratio (1 / λ), the output of the means 353b and the filter 356 being emitted at the input of the adder 354. At the output of the adder 354, an element of said second variant of cost function J "is obtained.
La somme (1+λ) du coefficient λ et de l'unité correspond à un nombre N de points de calcul.The sum (1 + λ) of the coefficient λ and the unit corresponds to a number N of calculation points.
Dans cet exemple, le coefficient λ est choisi égal à une puissance de 2 : λ=2Ab.In this example, the coefficient λ is chosen equal to a power of 2: λ = 2 A b.
Les moyens 353a et 353b sont également aptes à effectuer un décalage de leur entrée binaire, chacun pour appliquer le rapport 1/λ, ce qui revient à appliquer un décalage de b bits vers la droite.The means 353a and 353b are also able to shift their binary input, each to apply the ratio 1 / λ, which amounts to applying a shift of b bits to the right.
Par rapport à la structure 300 décrite en liaison avec la figure 15, cela permet de s'affranchir de multiplicateurs.With respect to the structure 300 described in connection with FIG. 15, this makes it possible to dispense with multipliers.
Cette autre variante d'unité de calcul 350 est implémentée avec un coefficient λ choisi de sorte que λ grand devant 1 (1 << λ) . Par λ « grand », on entend que λ est supérieur à au moins 210 .This other variant of calculation unit 350 is implemented with a coefficient λ chosen so that λ large in front of 1 (1 << λ). By λ "large" is meant that λ is greater than at least 2 10 .
k 1+ λ 1+ λ 1+ λ En considérant le développement limité d'ordre 2, on a la relation suivante : k 1+ λ 1+ λ 1+ λ Considering the limited development of order 2, we have the following relation:
Lorsque λ est choisi tel que κ<λ, on a J'' (n)≈J(n), la fonction de coût J étant sensiblement égale à la variante J'' de fonction de coût.When λ is chosen such that κ <λ, we have J '' (n) ≈J (n), the cost function J being substantially equal to the cost function variant J ''.
Sur la figure 17, une variante de structure 430 prévue pour délivrer une estimation de y est représentée. Cette structure 430 diffère de celle précédemment décrite en liaison avec la figure 14, de par le calcul de la fonction de coût, et comporte nh unités 35Oo, ..., 35O1, ..., 35Onh-i d'évaluation d'éléments de fonction de coût J'' tel que celle (référencée 350) qui vient d'être décrite en liaison avec la figure 16.In Fig. 17, a variant of structure 430 for providing an estimate of y is shown. This structure 430 differs from that previously described in connection with FIG. 14, by the calculation of the cost function, and comprises nh units 35Oo,..., 35O 1 ,..., 35O n hi evaluation of cost function elements J '' such as that (referenced 350) which has just been described with reference to FIG.
Un autre exemple de structure 530 prévue pour délivrer une estimation y de la sortie du système 100, est donné sur la figure 18. Dans cet exemple, les moyens pour appliquer une fonction f de passage d'un élément Ji de fonction de coût à un élément /z i de réponse impulsionnelle, diffèrent de ceux des structures 230, 330 décrites précédemment en liaison avec les figures 13 et 15. Dans cet exemple, le nombre de LUT est fortement réduit par rapport à celui des structures 230 et 330. On passe de nh LUTs, i.e. d'une LUT par étage, à une seule LUT pour les nh étages de la structure .Another example of structure 530 intended to deliver an estimate y of the output of the system 100 is given in FIG. 18. In this example, the means for applying a function f for passing a cost function element Ji to a element / zi impulse response, differ from those structures 230, 330 previously described in connection with Figures 13 and 15. In this example, the number of LUT is greatly reduced compared to that of structures 230 and 330. We go from nh LUTs, ie from one LUT per floor, to a single LUT for the nh floors of the structure.
Pour cela, des premiers moyens multiplexeurs 362 sont prévus en sortie des nh unités 350Q, ..., 35O1, 350nh-i de calcul de la fonction de coût J'' telles que celle (référencée 350) décrite en liaison avec la figure 16.For this, the first multiplexer means 362 are provided at the output of nh 350Q units ..., 35O 1, 350 n hi calculating the cost function J '' such as that (referenced 350) described in connection with Figure 16.
En fonction d'un signal de sélection émis par un module de commande 365, les premiers moyens multiplexeurs 362 émettent en sortie une entrée sélectionnée parmi la pluralité de leurs entrées.Based on a selection signal sent by a control module 365, the first multiplexer means 362 outputs one of a plurality of their inputs.
En sortie des premiers moyens multiplexeurs 362, se trouve des moyens 360 par exemple sous forme d'une LUT, pour appliquer la fonction f de passage.At the output of the first multiplexer means 362, there are means 360, for example in the form of a LUT, for applying the function f of the passage.
Des moyens démultiplexeurs 364 sont prévus en sortie de la LUT 360. L'entrée des deuxièmes moyens démultiplexeurs 364 est émise vers une de ses sorties sélectionnées par un signal de sélection délivré par le module de commande 365. Les sorties des moyens démultiplexeurs 364 délivrent respectivement des éléments hθ,... hi, hnh-1 d'estimation de réponse impulsionnelle .Demultiplexer means 364 are provided at the output of the LUT 360. The input of the second demultiplexer means 364 is transmitted to one of its outputs selected by a selection signal delivered by the control module 365. The outputs of the demultiplexer means 364 respectively deliver elements hθ, ... hi, hnh-1 of impulse response estimation.
Le module de commande 365 est ainsi prévu pour émettre des signaux de sélection vers les moyens multiplexeurs 362, et vers les moyens démultiplexeurs 364, ce de manière à assurer un bon aiguillage des valeurs estimées de réponse impulsionnelle.The control module 365 is thus provided to transmit selection signals to the multiplexer means 362, and to the demultiplexer means 364, so as to ensure proper routing of the estimated impulse response values.
La structure 430 comporte également les nh unités 27Oo, 270i, ..., 27O1, ..., 27Onh-i pour effectuer l'opération de convolution menant à l'estimation y.The structure 430 also includes the nh units 270o, 270i, ..., 27O 1 ,..., 27O n hi for carrying out the convolution operation leading to the estimate y.
Le fonctionnement de l'une ou l'autre des structures 230, 330, 430, 530 a été présenté jusqu'ici avec un nombre d'étages nh donné. Ce nombre nh correspond à un nombre d'éléments de la réponse impulsionnelle que l'on cherche à identifier, et peut être modifié ou adapté. Le nombre d'éléments nh de la réponse impulsionnelle que l'on identifie peut être choisi en fonction de la complexité du système 100 et de la fréquence d'échantillonnage fs . Le nombre nh d'éléments à identifier est supérieur au nombre d'éléments non nuls nO de la réponse impulsionnelle du système observé : de sorte que nh>nθ . Ce nombre nh dépend de caractéristiques du système 100, telles que l'amortissement, et de la fréquence d'échantillonnage fs . Plus le sur échantillonnage est important plus le nombre d'étages nh sera prévu grand pour un amortissement donné. Le choix du nombre nh est effectué de manière à respecter le théorème de Shannon . Dans le cas par exemple, où le système à identifier est un oscillateur électrique, on peut prévoit la fréquence d'échantillonnage fs, telle que fs > 2*fc avec fc est la fréquence de coupure de l'oscillateur.The operation of one or other of the structures 230, 330, 430, 530 has heretofore been presented with a given number of stages nh. This number nh corresponds to a number of elements of the impulse response that one seeks to identify, and can be modified or adapted. The number of elements nh of the impulse response that can be identified can be chosen according to the complexity of the system 100 and the sampling frequency fs. The number nh of elements to be identified is greater than the number of non-zero elements n0 of the impulse response of the observed system: so that nh> nθ. This number nh depends on system characteristics 100, such as damping, and the sampling frequency fs. The higher the oversampling, the higher the number of stages nh will be expected for a given damping. The choice of the number nh is done in a way that respects Shannon's theorem. In the case for example, where the system to be identified is an electric oscillator, the sampling frequency fs may be provided, such that fs> 2 * fc with fc is the cut-off frequency of the oscillator.
Le nombre nh d'étages est de préférence petit devant λ, coefficient des unités de calculs de fonction de coût. On peut considérer par exemple que λ est au moins 28 fois plus grand que nh et que λ peut prendre des valeurs entre 210 et 220.The number nh of stages is preferably small in front of λ, the coefficient of the cost function calculation units. For example, λ is at least 28 times larger than nh and λ can be between 2 10 and 20 .
Un autre exemple de structure 630 prévue pour délivrer une estimation y est donné sur la figure 19.Another example of structure 630 intended to deliver an estimate is given in FIG.
Dans cette structure 630, une parallélisation des nh étages a été effectuée, de sorte que la structure 630 comporte un étage.In this structure 630, a parallelization of the nh stages has been performed, so that the structure 630 has a stage.
Pour cela, en sortie des filtres à retard 240i, ..., 240nh-i, sont prévus des moyens de multiplexage 545 commandés par un signal de commande émis par un module de commande 565.For this, at the output of the 240i, ..., 240 n hi delay filters, multiplexing means are provided. 545 controlled by a control signal from a control module 565.
En sortie des moyens de multiplexage 545, une unité 550 de calcul des éléments d'une fonction de coût J'' est prévu. Cet étage diffère de celui (référencé 350) décrit précédemment en liaison avec la figure 16, en ce que les moyens 356 formant un filtre à retard de fonction de transfert en z égale à z"1, sont remplacés par un module 556 comportant des moyens formant une mémoire 557, des moyens formant un multiplexeur 558 relié à la mémoire, et des moyens formant un démultiplexeur 559 relié à la mémoire. La mémoire 557 est prévue pour stocker des valeurs d'éléments J''o, ...j''lr..., J''nh_χ de fonction de coût J' ' .At the output of the multiplexing means 545, a unit 550 for calculating the elements of a cost function J "is provided. This stage differs from that (referenced 350) previously described in connection with FIG. 16, in that the means 356 forming a transfer function delay filter in z equal to z "1 , are replaced by a module 556 comprising means memory 557, means forming a multiplexer 558 connected to the memory, and means forming a demultiplexer 559 connected to the memory, the memory 557 is provided for storing values of elements I 'o, ... j'' lr ..., J'' nh _χ of cost function J''.
En vue du calcul d'un élément J'' (n+1) de la fonction de coût, un élément de fonction de coût antérieur ou calculé précédemment J' ' (n) est extrait de la mémoire 557 et émis en sortie du multiplexeur 558 afin d'être injecté en entrée d'un additionneur et de moyens pour appliquer un rapport (1/λ) .For the purpose of calculating an element J '' (n + 1) of the cost function, a previously or previously calculated cost function element J '' (n) is extracted from the memory 557 and output from the multiplexer 558 to be inputted to an adder and means for applying a ratio (1 / λ).
Le multiplexeur 558 et le démultiplexeur 559 sont commandés par des signaux émis par le module de commande 565.The multiplexer 558 and the demultiplexer 559 are controlled by signals transmitted by the control module 565.
Une fois calculé, un élément de la fonction de coût est émis en entrée des moyens démultiplexeurs 559, en vue d'être placé dans la mémoire 557.Once calculated, an element of the cost function is sent to the input of the demultiplexer means 559, in order to be placed in the memory 557.
En sortie de l'étage de calcul de J'', est placée une LUT 560 prévue pour recevoir un élément J' ' i de fonction de coût et produire en sortie un élément /z i de réponse impulsionnelle correspondant. Cet élément hi. de réponse impulsionnelle peut être éventuellement émis vers un multiplexeur 580 relié à une mémoire 582, puis stocké dans ladite mémoire 582.At the output of the computing stage of J '', there is placed a LUT 560 provided to receive a cost function element J '' i and to output a corresponding impulse response element / zi. This element hi. The impulse response may be transmitted to a multiplexer 580 connected to a memory 582 and stored in said memory 582.
Un module 570 de calcul de convolution est également prévu en sortie de la LUT 560. Ce module 570 comprend des moyens 571 formant un multiplicateur pour multiplier la sortie de la LUT 560 délivrant un élément d'estimation hi de réponse impulsionnelle, à la sortie des moyens multiplexeurs 545 délivrant un signal u d'entrée du système parmi les signaux Uk, ..., Uk-i, ..., unh-i • Des moyens formant un additionneur 572 sont prévus pour effectuer une addition de la sortie du multiplicateur et d'un multiplexeur 574. La sortie de l'additionneur est réinjectée en entrée du multiplexeur 574 après avoir traversé un filtre à retard 575. Le multiplexeur 574 est également commandé par le bloc de commande 565.A convolution calculation module 570 is also provided at the output of the LUT 560. This module 570 comprises means 571 forming a multiplier for multiplying the output of the LUT 560 delivering an impulse response estimating element hi, at the output of the multiplexer means 545 supplying a system input signal u among the signals Uk,..., Uk-i,... u n hi • adder forming means 572 are provided for effecting an addition of the output of the multiplier and a multiplexer 574. The output of the adder is fed back to the input of the multiplexer 574 after passing through a delay filter 575. The multiplexer 574 is also controlled by the control block 565.
En sortie de l'additionneur on obtient une estimation y .At the output of the adder, an estimate y is obtained.
La valeur du coefficient λ peut être modifiée, éventuellement lors du procédé d' identification.The value of the coefficient λ can be modified, possibly during the identification process.
Le choix d'un coefficient λ faible par exemple inférieur à 28, permet de donner un poids important aux nouveaux échantillons, et d'obtenir un traitement dans lequel la rapidité est privilégiée sur la précision.The choice of a low λ coefficient, for example less than 28 , makes it possible to give significant weight to new samples, and to obtain a treatment in which speed is preferred over accuracy.
Le choix d'un coefficient λ élevé (avec b > 215) , permet de privilégier la précision sur la rapidité . On peut donc faire évoluer le paramètre λ au cours du traitement d' identification, en fonction de l'état d'avancement de l'estimation de la réponse impulsionnelle .The choice of a high λ coefficient (with b> 2 15 ) makes it possible to favor precision over speed. It is therefore possible to change the parameter λ during the identification process, as a function of the progress of the estimation of the impulse response.
Un autre exemple de dispositif pour la mise en œuvre d'un procédé d'identification suivant l'invention est donné sur la figure 20.Another example of a device for implementing an identification method according to the invention is given in FIG.
Avec un tel dispositif, on fait évoluer, au cours du traitement réalisé, le coefficient λ intervenant dans le calcul de la fonction de coût J.With such a device, the coefficient λ involved in the calculation of the cost function J is changed during processing.
Une rétroaction ou un rebouclage est mis en œuvre au niveau d'une structure 730 recevant le signal d'entrée u du système et le signal s de sortie du comparateur 120 et prévue pour délivrer une estimation de y. La structure 730 peut être l'une de celles 330, 430, 530, 630 décrites précédemment, avec en sortie un bloc 680 de contrôle.Feedback or feedback is implemented at a structure 730 receiving the input signal u from the system and the output signal of the comparator 120 and provided to provide an estimate of y. The structure 730 may be one of those 330, 430, 530, 630 described above, with a control block 680 output.
Le bloc 680 de contrôle peut comprendre une unité 689 de calcul comportant des composants semblables à ceux de l'unité de calcul décrite en liaison avec la figure 16. Le bloc 680 reçoit en entrée le signal s de sortie du comparateur 120 à un instant k, et de l'estimation sk sortant du comparateur 140.The control block 680 may comprise a calculation unit 689 comprising components similar to those of the calculation unit described with reference to FIG. 16. The block 680 receives as input the output signal of the comparator 120 at a time k , and the estimate sk coming out of the comparator 140.
Le bloc 680 de contrôle peut comprendre des moyens 683 formant une porte logique OU exclusif (XOR) en entrée duquel les signaux sk et sk sont émis.The control block 680 can comprise means 683 forming an exclusive OR logic gate (XOR) at the input of which the signals sk and sk are emitted.
L'étage 689 comprend également des moyens 684 permettant d'appliquer un rapport (1/λ), par exemple à l'aide d'au moins un registre à décalage, à la sortie de la porte XOR, ainsi que des moyens 686 formant un additionneur en sortie des moyens 684, des moyens 687 formant un filtre à retard d'ordre 1 et de fonction de transfert z"1 en sortie de l'additionneur 686 et dont la sortie est réinjectée en entrée de moyens 685 permettant d'appliquer un rapport (1/λ), par exemple à l'aide d'au moins un registre à décalage, la sortie des moyens 685 et du filtre 687 étant émises en entrée de l'additionneur 686.The stage 689 also comprises means 684 making it possible to apply a ratio (1 / λ), for example using at least one shift register, to the output of the XOR gate, as well as means 686 forming an adder at the output of the means 684, means 687 forming a first-order delay filter and transfer function z "1 at the output of the adder 686 and the output of which is reinjected at the input of means 685 making it possible to apply a ratio (1 / λ), by example using at least one shift register, the output of the means 685 and the filter 687 being emitted at the input of the adder 686.
Ainsi, l'étage de calcul 689 met en œuvre le calcul d'un deuxième critère Jt pour estimer l'erreur sur sk par rapport à Sk, avec Jt tel que :Thus, the computing stage 689 implements the calculation of a second criterion Jt to estimate the error on s k with respect to Sk, with Jt such that:
Jt{k)≈—VX0R{s{k),s{k)) (N : le nombre deJt {k) ≈-VX0R {s {k), s {k)) (N: the number of
points de calcul égal à 1+λ)calculation points equal to 1 + λ)
On contrôle la valeur du coefficient λ, en fonction de la valeur obtenue de Jt . Une fonction ft est ensuite appliquée afin de déterminer une loi de commande telle que : The value of the coefficient λ is controlled as a function of the value obtained from J t . A function f t is then applied to determine a control law such that:
Dans la cas de la figure 16, on a λ=2 b. La modification de λ revient à une modification de b, on peut donc trouver une fonction ft telle que : In the case of Figure 16, we have λ = 2 b . The modification of λ returns to a modification of b, one can thus find a function ft such that:
La fonction ft peut être appliquée par l'intermédiaire d'une LUT 688.The function f t can be applied via a LUT 688.
Selon une variante, le pilotage du coefficient λ peut être réalisé à partir de la fonction Jt, tout en s' affranchissant de l'utilisation d'une LUT 680.According to one variant, the control of the coefficient λ can be performed from the function J t , while dispensing with the use of a LUT 680.
On peut mettre en œuvre une relation linéaire entre le paramètre λ et Jt . La figure 21 présente un exemple de moyens 780 pour appliquer une commande linéaire, correspondant à l'équation : λ = α*Jt + β où β≠O pour éviter le cas λ=0. On peut alors remplacer la LUT par ces moyens 780 qui comportent des moyens 781 de multiplication et des moyens additionneurs 782.We can implement a linear relation between the parameter λ and J t . FIG. 21 shows an example of means 780 for applying a linear command, corresponding to the equation: λ = α * Jt + β where β ≠ O to avoid the case λ = 0. It is then possible to replace the LUT by these means 780 which include means 781 for multiplication and adding means 782.
Sur la figure 22, un exemple de droite Cioo représentative d'une commande linéaire du coefficient λ est donné.In FIG. 22, an example of a line C10 representative of a linear control of the coefficient λ is given.
La figure 23, montre l'apport de la rétroaction et du bloc 630 de contrôle. Sur cette figure, une première courbe C200 est représentative de l'évolution de l'estimation de la réponse impulsionnelle réalisée sans rétroaction. Une deuxième courbe C202 est quant à elle représentative de l'évolution de l'estimation de la réponse impulsionnelle réalisée avec une boucle de rétroaction munie du bloc de contrôle 680.Figure 23 shows the contribution of the feedback and control block 630. In this figure, a first curve C200 is representative of the evolution of the estimate of the impulse response performed without feedback. A second curve C202 is representative of the evolution of the estimate of the impulse response performed with a feedback loop provided with the control block 680.
Un autre exemple de dispositif suivant l'invention est donné sur la figure 24.Another example of a device according to the invention is given in FIG.
Ce dispositif comprend un générateur de bruit 110, par exemple un générateur de signal pseudoaléatoire de type LFSR d'ordre de 32, qui peut délivrer par exemple un signal d'amplitude comprise entre 0 et 3 volts. En sortie du générateur 110, un circuit 802 à décalage de niveau (« level shifter » selon la terminologie anglo-saxonne) est prévu et peut délivrer un signal par exemple compris entre - 0.5 volts et 0.5 volts. Le dispositif comprend également un premier circuit tampon 810 en entrée d'un système 1000 à identifier, et un deuxième circuit tampon 820 en sortie du système 1000. Un comparateur 120 est prévu en sortie du deuxième circuit tampon 820 et délivre le signal s à des moyens 830, par exemple l'une des structures 130, 230, 330 décrites précédemment, pour estimer la sortie du système 1000. Les moyens 830 reçoivent également un signal de bruit u en provenance du générateur. Les moyens 830 peuvent être implémentés par exemple à l'aide d'un FPGA.This device comprises a noise generator 110, for example a pseudo-random type LFSR signal generator of 32 order, which can deliver for example an amplitude signal between 0 and 3 volts. At the output of the generator 110, a level shifter 802 circuit ("level shifter" according to the English terminology) is provided and can deliver a signal for example between -0.5 volts and 0.5 volts. The device also comprises a first buffer circuit 810 at the input of a system 1000 to identify, and a second buffer circuit 820 at the output of the system 1000. A comparator 120 is provided at the output of the second buffer circuit 820 and delivers the signal s to means 830, for example one of the structures 130, 230, 330 previously described. , to estimate the output of the system 1000. The means 830 also receive a noise signal u from the generator. The means 830 can be implemented for example using an FPGA.
Dans cet exemple, le système 1000 peut être un filtre RLC d'ordre 2 résonnant, dont la fonction de transfert H suit la relation suivante : kIn this example, the system 1000 may be a resonant second-order RLC filter whose transfer function H follows the following relationship:
La fréquence de résonance du filtre peut être de l'ordre 1500 Hz, tandis que la fréquence fs d'échantillonnage choisie est 5 kHz. Un tel système 1000 peut avoir une réponse impulsionnelle de la forme de la courbe C3oo-The resonant frequency of the filter may be of the order of 1500 Hz, while the sampling frequency fs chosen is 5 kHz. Such a system 1000 may have an impulse response of the shape of the curve C3oo-
Un exemple de programme mis en œuvre à l'aide de l'outil Matlab, pour la mise en œuvre d'une estimation de réponse impulsionnelle suivant l'invention est donné en annexe. Ce programme comporte une fonction, ayant pour entrées le signal d'entrée u et le signal de sortie s, le nombre d'étages nh, la valeur de coefficient λ et le nombre de points nb_pts de calcul en paramètres. Cette fonction retourne une donnée hhat, correspondant à l'estimation h de la réponse impulsionnelle h du système observé.An example of a program implemented using the Matlab tool, for the implementation of an impulse response estimate following the invention is given in the appendix. This program comprises a function, whose inputs are the input signal u and the output signal s, the number of stages nh, the coefficient value λ and the number of points nb_pts of calculation in parameters. This function returns a hhat datum, corresponding to the estimate h of the impulse response h of the observed system.
La mise en œuvre du procédé BIMBO inline peut être effectuée par un micro-ordinateur comportant une section de calcul avec tous les composants électroniques, logiciels ou autres, nécessaires au traitement. Ainsi, par exemple, le micro-ordinateur comporte notamment au moins un processeur programmable, ainsi qu'au moins une mémoire en vue de ce traitement.The implementation of the BIMBO inline method can be carried out by a microcomputer comprising a calculation section with all the electronic components, software or other, necessary for the treatment. Thus, for example, the microcomputer includes in particular at least one programmable processor, and at least one memory for this treatment.
Le processeur peut être, par exemple, un microprocesseur, un DSP, ou un processeur d'unité centrale. La mémoire peut être, par exemple, un disque dur, une mémoire morte ROM, un disque optique compact, une mémoire vive dynamique DRAM ou tout autre type de mémoire RAM, un élément de stockage magnétique ou optique, des registres ou d'autres mémoires volatiles et/ou non volatiles.The processor may be, for example, a microprocessor, a DSP, or a CPU processor. The memory may be, for example, a hard disk, a ROM, a compact optical disk, a DRAM dynamic random access memory or any other type of RAM, a magnetic or optical storage element, registers or other memories volatile and / or non-volatile.
Un programme, permettant de mettre en œuvre le procédé selon l'invention peut être résidant ou être enregistré sur un support (par exemple: disquette ou un CD ROM ou un DVD ROM ou un disque dur amovible ou un support magnétique) susceptible d'être lu par un système informatique ou par le microordinateur.A program for implementing the method according to the invention may be resident or be recorded on a medium (for example: floppy disk or a CD ROM or a DVD ROM or a removable hard disk or a magnetic medium) likely to be read by a computer system or by the microcomputer.
Selon une possibilité, l'algorithme BIMBO_inline et le générateur de bruit peuvent être mis en œuvre à l'aide d'un FPGA, les autres éléments en particulier le CAN 1-bit pouvant être sous forme de composants discrets.According to one possibility, the algorithm BIMBO_inline and the noise generator can be implemented using an FPGA, the other elements in particularly the 1-bit ADC can be in the form of discrete components.
Le procédé d' identification peut être utilisé dans le cadre de systèmes BIST (BIST pour « Built In Self Test ») c'est-à-dire ayant la capacité de s' auto-tester . Cela permet d'éviter, lors du test, une utilisation d'un appareillage important. Il s'agit dans ce cas d'appliquer le procédé BIMBO inline présenté à un système et de comparer les réponses impulsionnelles souhaitées et réalisées pour conclure à un bon fonctionnement du système.The identification method can be used in the context of BIST systems (BIST for "Built In Self Test") that is to say having the ability to self-test. This makes it possible to avoid, during the test, the use of an important apparatus. It is in this case to apply the BIMBO inline method presented to a system and to compare the desired impulse responses and realized to conclude a good operation of the system.
Le procédé d' identification peut être utilisé pour réaliser effectuer un auto-calibrage d'un système, en particulier un système électromécanique. Lors de son fonctionnement. On peut considérer qu'un tel système évolue dans le temps. Le procédé suivant l'invention permet alors d'estimer ces évolutions, à l'aide d'estimations de la réponse impulsionnelle du système, et d'adapter le système de commande en fonction de celles-ci.The identification method can be used to perform self-calibration of a system, in particular an electromechanical system. During its operation. Such a system can be considered to evolve over time. The method according to the invention then makes it possible to estimate these evolutions, by means of estimations of the impulse response of the system, and to adapt the control system according to these.
L'estimation de réponse impulsionnelle peut être complétée par une identification de fonction de transfert .The impulse response estimate may be supplemented by a transfer function identification.
Le procédé suivant l'invention a été testé sur un filtre actif universel UAF42 de la société Texas Instrument (UAF pour « Universal Active Filter ») et tel que représenté sur la figure 28, avec une fréquence d'échantillonnage par exemple de l'ordre de 15 kHz, et des valeurs de résistances RFl = RF2 = 220 kΩ, RG= 22 kΩ, RQ = 10 kΩ. De telles valeurs correspondent à un facteur de qualité Q = 1.2, et une fréquence propre fo de l'ordre de 730 Hz.The method according to the invention was tested on a universal active filter UAF42 from Texas Instrument (UAF for "Universal Active Filter") and as shown in FIG. 28, with a sampling frequency, for example, of the order of 15 kHz, and resistance values RF1 = RF2 = 220 kΩ, RG = 22 kΩ, RQ = 10 kΩ. Such values correspond to a quality factor Q = 1.2, and an eigenfrequency fo of the order of 730 Hz.
Les figures 28 et 29, donnent des courbes d'estimation d'amplitude C400 et de gain C500 du filtre obtenues avec 100 coefficients de réponse impulsionnelle après que 4000 échantillons en sortie d'un dispositif par exemple tel que décrit en liaison avec la figure 13, aient été obtenus.FIGS. 28 and 29 give amplitude estimation curves C400 and gain C500 of the filter obtained with 100 impulse response coefficients after 4000 samples at the output of a device for example as described with reference to FIG. 13 , have been obtained.
A titre de comparaison, des courbes expérimentales d'amplitude C402 et de gain C502 sont données .For comparison, experimental curves of amplitude C402 and gain C502 are given.
Sur la figure 30 un autre exemple de dispositif suivant l'invention est donné. Ce dispositif est doté de moyens 830, par exemple l'une des structures 130, 230, 330 décrites précédemment, pour mettre en œuvre le procédé BIMBO inline et réaliser une estimation yk de la sortie d'un système 1000, qui délivre un signal sk. Les moyens 830 reçoivent également un signal de bruit u en provenance du générateur .In Figure 30 another example of device according to the invention is given. This device is provided with means 830, for example one of the structures 130, 230, 330 described above, for implementing the BIMBO inline method and making an estimate y k of the output of a system 1000, which delivers a signal s k . The means 830 also receive a noise signal u from the generator.
L'algorithme BIMBO_inline présenté reçoit les signaux u et s issus respectivement du générateur de bruit et du comparateur (convertisseur analogique numérique) et fournit une estimation yk du signal yk à partir de l'estimation de la réponse impulsionnelle. Cette estimation de la sortie du système observé est utilisée par un algorithme d'adaptation paramétrique.The presented BIMBO_inline algorithm receives the u and s signals coming respectively from the noise generator and the comparator (digital analog converter) and provides an estimate y k of the signal y k from the estimate of the impulse response. This estimate of the output of the observed system is used by a parametric adaptation algorithm.
Les moyens 900 et 810 réalisent un algorithme d'adaptation paramétrique et utilisent la sortie yk du système. On considère donc que yk = yk. Le bloc 810 contient le modèle approché du système observé. Ce modèle approché est un modèle de type HR (modélisation sous la forme d'une fonction de transfert numérateur/dénominateur à Réponse Impulsionnelle Infinie) . Ce modèle est réévalué à chaque période d'échantillonnage par le bloc 900 qui comprend l'algorithme d'adaptation paramétrique en lui- même, par exemple l'algorithme des moindres carrés. A chaque période d'échantillonnage, le modèle approché fournit une estimation yk de yk . L'algorithme d' adaption paramétrique va fournir une nouvelle estimation du modèle approché dont la sortie en minimisant l'erreur entre yk et yk . The means 900 and 810 perform a parametric adaptation algorithm and use the output y k of the system. We therefore consider that y k = y k . Block 810 contains the approximate model of the observed system. This approximate model is a model of the HR type (modeling in the form of a numerator / denominator transfer function with Infinite Impulse Response). This model is re-evaluated at each sampling period by the block 900 which includes the parametric adaptation algorithm itself, for example the least squares algorithm. At each sampling period, the approximate model provides an estimate y k of y k . The parametric adaptation algorithm will provide a new estimate of the approximate model whose output minimizes the error between y k and y k .
ANNEXEANNEX
function [hhat] = verif_bimbo_inline (u, s, nh, nb_pts, a, b)function [hhat] = verif_bimbo_inline (u, s, nh, nb_pts, a, b)
% initialisation u_ligne_retard=zeros (nh, 1) ;% initialization u_ligne_retard = zeros (nh, 1);
Csu=0.5*ones (nh, 1) ;Csu = 0.5 * ones (nh, 1);
% boucle de traitement for k=l:nb_pts u_ligne_retard= [u (k) ; u_ligne_retard (1 : end-1) ] ;% processing loop for k = l: nb_pts u_backline = [u (k); u_ligne_retard (1: end-1)];
J=a/b*xor (s (k) , u_ligne_retard) +J-a/b*J;J = a / b * xor (s (k), u_ligne_retard) + J-a / b * J;
% estimation de h hhat=sqrt (2) *erfinv (-2*J+l) . /sqrt (l+2*erfinv (- 2*J+1) .Λ2) ;% estimate of h hhat = sqrt (2) * erfinv (-2 * D + 1). / sqrt (l + 2 * erfinv (- 2 * J + 1). Λ 2);
% estimation de y ( recadrage de u (0, 1) => (1, -1] yhat= (-2*u_ligne_retard'+l) *hhat; end; % estimate of y (cropping of u (0, 1) => (1, -1) yhat = (-2 * u_ligne_retard '+ l) * hhat; end;

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'identification de système (100) électronique ou électromécanique, comprenant :An electronic or electromechanical system identification device (100), comprising:
- des moyens (110) pour générer un signal (uk) de bruit, prévus pour générer un signal de bruit en entrée dudit système (100),means (110) for generating a noise signal (u k ), for generating an input noise signal of said system (100),
- un convertisseur analogique-numérique (120), auquel un signal (yk) de sortie du système (100) est destiné à être appliqué,an analog-to-digital converter (120) to which an output signal (y k ) of the system (100) is to be applied,
- des moyens (130, 230, 330, 430, 530) pour réaliser une estimation (h) de la réponse impulsionnelle dudit système (100) comprenant :means (130, 230, 330, 430, 530) for making an estimate (h) of the impulse response of said system (100) comprising:
- des premiers moyens de calcul (25Oo,first calculation means (25Oo,
25O1,..., 25O1,..., 250nh-i, 35O0, 35O1,..., 35O1,..., 35Onh-i) : pour effectuer un calcul itératif d'une pluralité de nh (avec nh un nombre entier) éléments (Jo,..., J1, , Jnh-i) d'un critère donné J, chaque élément comportant au moins un terme de corrélation entre ledit signal en sortie dudit convertisseur et ledit signal de bruit.25O 1 , ..., 25O 1 , ..., 250nh-1, 35O 0 , 35O 1 , ..., 35O 1 , ..., 35O nh -i): to perform an iterative calculation of a plurality of nh (with nh an integer) elements (Jo, ..., J 1 ,, J n hi) of a given criterion J, each element comprising at least one correlation term between said output signal of said converter and said noise signal.
2. Dispositif selon la revendication 1, comprenant en outre : des moyens pour réaliser une estimation (yk) de la sortie dudit système (100) à l'aide de ladite estimation de la réponse impulsionnelle dudit système (100) .The apparatus of claim 1, further comprising: means for performing an estimate (y k ) of the output of said system (100) using said estimate of the impulse response of said system (100).
3. Dispositif selon la revendication 2, les moyens (130) pour réaliser ladite estimation (yk) de la sortie du système (100), comprenant en outre : des deuxièmes moyens de calcul (26Oo, 26O1, ..., 26O1, ..., 26Onh- i,) : pour appliquer aux éléments (Jo,..., Ji, , Jnh-i) calculés dudit critère donné J, une fonction f de passage prédéterminée en fonction du signal (uk) de bruit émis en entrée dudit système, et telle que : avec hi un élément de réponse impulsionnelle h dudit système et hi un élément de ladite estimation h de réponse impulsionnelle dudit système .3. Device according to claim 2, the means (130) for making said estimate (y k ) of the output of the system (100), further comprising: second calculation means (26Oo, 26O 1 , ..., 26O 1 , ..., 26O n h- i,): to apply to the elements (Jo, ..., Ji,, J n hi) calculated of said given criterion J, a predetermined passage function f as a function of the noise signal (u k ) transmitted at the input of said system, and such that: with hi an impulse response element h of said system and hi an element of said impulse response estimate h of said system.
4. Dispositif selon l'une des revendications 3, dans lequel ledit signal d'entrée (uk) du système est un signal de bruit blanc binaire, ladite fonction f de passage suivant la relation : 4. Device according to one of claims 3, wherein said input signal (uk) of the system is a binary white noise signal, said function f of passage according to the relation:
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les moyens (130,230,330,430,530) comprennent : une chaine de blocs (240i, ..., 240nh-i) formant respectivement une fonction de retard d' ordre 1 ou ayant z"1 comme fonction de transfert en z, ladite chaine étant destinée à recevoir ledit signal d'entrée (uk) , et à émettre des valeurs (Uk, ...Uk-i, Uk-nh-i) du signal de bruit retardé en sortie respectivement desdits blocs (240i, ..., 240nh-i) •5. Device according to one of claims 1 to 4, wherein the means (130,230,330,430,530) comprises: a chain of blocks (240i, ..., 240 n hi) respectively forming a delay function of order 1 or having z 1 as a z-transfer function, said chain being adapted to receive said input signal (u k ), and to output values (Uk, ... Uk-i, Uk-nh-i) of the noise signal delayed respectively output of said blocks (240i, ..., 240 n hi) •
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel lesdits premiers moyens de calcul comprennent : - des moyens (302,352) formant une porte logique OU exclusif, pour effectuer une opération logique OU exclusif entre ledit signal de sortie (sk) dudit comparateur pris à un instant k et ledit signal de bruit (uk-i, avec 0 < i < nh) retardé de i par rapport audit instant donné.6. Device according to one of claims 1 to 5, wherein said first calculation means comprise: means (302,352) forming an exclusive OR logic gate, for performing an exclusive OR logic operation between said output signal (sk) of said comparator taken at a time k and said noise signal (u k -i, with 0 <i <nh) delayed by i with respect to said given instant.
- des moyens additionneurs (304, 354), pour additionner le résultat de ladite opération logique à un terme dépendant d'un élément dudit critère donné calculé précédemment.adder means (304, 354) for adding the result of said logical operation to a term dependent on an element of said given criterion calculated previously.
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel l'acquisition du signal (sk) en sortie dudit convertisseur, est réalisée pour un nombre donné (N) d'échantillons, le calcul du critère donné J par les premiers moyens de calcul, étant dépendant d' au moins un coefficient prédéterminé λ, avec λ sensiblement égal audit nombre donné (N) d' échantillons .7. Device according to one of claims 1 to 6, wherein the acquisition of the signal (sk) output of said converter, is performed for a given number (N) of samples, the calculation of the criterion given J by the first computing means, being dependent on at least one predetermined coefficient λ, with λ substantially equal to said given number (N) of samples.
8. Dispositif selon la revendication 7, comprenant en outre : des moyens (680) pour modifier les valeurs dudit coefficient λ au cours de ladite estimation (") de ladite réponse impulsionnelle.The apparatus of claim 7, further comprising: means (680) for modifying the values of said coefficient λ during said estimate (") of said impulse response.
9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, les premiers moyens de calculs comprenant des moyens permettant d'appliquer ledit coefficient λ sous forme d'au moins un registre à décalage et/ou des moyens pour appliquer un rapport l/(l+λ) sous forme d'au moins un registre à décalage.9. Device according to claim 7 or 8, the first calculation means comprising means for applying said coefficient λ in the form of at least one shift register and / or means for applying a ratio l / (l + λ) in the form of at least one shift register.
10. Dispositif selon la revendication 9, les premiers moyens de calculs comprenant des moyens permettant d'appliquer un rapport 1/λ, sous forme d'au moins un registre à décalage.10. Device according to claim 9, the first calculation means comprising means for applying a ratio 1 / λ in the form of at least one shift register.
11. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, dans lequel ladite modification du coefficient λ est réalisée en fonction de l'évaluation d'un deuxième critère Jt, le dispositif comprenant en outre :11. Device according to one of claims 8 to 10, wherein said modification of the coefficient λ is performed according to the evaluation of a second criterion Jt, the device further comprising:
- des moyens pour évaluer ledit deuxième critère Jt comportant au moins une porte logique OU exclusif (XOR) pour effectuer une opération logique OU exclusif (XOR) entre ledit signal de sortie (sk) dudit convertisseur et une estimation (sk) de ce signal, des moyens additionneurs (686), pour additionner le résultat de ladite opération logique entre ledit signal de sortie (sk) dudit convertisseur et une estimation (s k) de ce signal, à un terme dépendant d'un élément dudit deuxième critère calculé précédemment .means for evaluating said second criterion Jt comprising at least one exclusive OR logic gate (XOR) to perform an exclusive OR (XOR) logic operation between said output signal (sk) of said converter and an estimate ( s k) of this signal , adding means (686), for adding the result of said logic operation between said output signal (sk) of said converter and an estimate ( s k) of this signal, to a term dependent on an element of said second criterion calculated previously .
12. Dispositif selon la revendication 11, la modification du coefficient λ, étant réalisée en fonction de l'évaluation dudit deuxième critère Jt, suivant la relation suivante : λ = α*Jt + β (avec α >0 et β>0) . 12. Device according to claim 11, the modification of the coefficient λ, being performed according to the evaluation of said second criterion Jt, according to the following relationship: λ = α * Jt + β (with α> 0 and β> 0).
13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, les moyens (130, 230, 330, 430,13. Device according to one of claims 1 to 12, the means (130, 230, 330, 430,
530) pour réaliser ladite estimation ('k) comprenant des moyens de calcul de convolution, prévus pour effectuer le calcul d'une convolution entre la réponse impulsionnelle estimée (") et le signal d'entrée (u) de bruit .530) for performing said estimation (' k ) comprising convolution computing means, provided for performing the calculation of a convolution between the estimated impulse response (") and the noise input signal (u).
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, ledit convertisseur analogique- numérique étant un CAN 1-bit.14. Device according to one of claims 1 to 13, said analog-digital converter being a 1-bit ADC.
15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, ledit système étant un filtre électronique ou un MEMS.15. Device according to one of claims 1 to 14, said system being an electronic filter or MEMS.
16. Procédé d'identification de système (100, 1000) électronique ou électromécanique comprenant les étapes consistant à :An electronic or electromechanical system identification method (100, 1000) comprising the steps of:
- appliquer au moins un signal de bruit (u) en entrée dudit système,applying at least one noise signal (u) at the input of said system,
- appliquer un signal (yk) de sortie dudit système à un convertisseur analogique-numérique un bit (120),applying an output signal (y k ) of said system to a one-bit analog-to-digital converter (120),
- réaliser une estimation (yk) de la sortie dudit système (100) à l'aide de moyens pour effectuer une estimation (h) de la réponse impulsionnelle dudit système (100), l'estimation (h) de ladite réponse impulsionnelle comprenant : le calcul itératif d'une pluralité de nh (nh étant un entier) éléments (Jo,..., Ji, , Jnh-i) d'un critère donné J, chaque élément comportant au moins un terme de corrélation entre ledit signal en sortie dudit convertisseur et ledit signal de bruit.performing an estimate (y k ) of the output of said system (100) using means for making an estimate (h) of the impulse response of said system (100), the estimate (h) of said impulse response comprising : the iterative computation of a plurality of nh (nh being an integer) elements (Jo, ..., Ji,, J n hi) of a given criterion J, each element comprising at least one correlation term between said output signal of said converter and said noise signal.
17. Procédé selon la revendication 16, comprenant en outre : une estimation (yk) de la sortie dudit système (100) à l'aide de ladite estimation de la réponse impulsionnelle dudit système (100) .The method of claim 16, further comprising: estimating (y k ) the output of said system (100) using said estimate of the impulse response of said system (100).
18. Procédé selon la revendication 16 ou18. The method of claim 16 or
17, l'estimation (h) de la réponse impulsionnelle comprenant en outre : l'application aux dits éléments (Ji) calculés du critère (J) d'une fonction (f) de passage, ladite fonction (f) de passage étant prédéterminée en fonction dudit signal de bruit appliqué en entrée dudit système, et telle que : nh-l17, the estimate (h) of the impulse response further comprising: applying to said calculated elements (Ji) the criterion (J) of a function (f) of passage, said function (f) of passage being predetermined according to said noise signal applied at the input of said system, and such that: nh-l
/(J)=^h1H1 avec h± un élément de réponse/ (J) = ^ h 1 H 1 with h ± a response element
impulsionnelle h dudit système et Zz1 un élément de ladite estimation h de réponse impulsionnelle dudit système parmi une pluralité de nh éléments (ho,..., h±l , Ânh-i) de réponse impulsionnelle.impulse h of said system and Zz 1 an element of said impulse response estimate h of said system out of a plurality of impulse response elements (ho, ..., h ± 1 , Âh-i).
19. Procédé selon l'une des revendications 16 à 18, dans lequel ledit signal d'entrée (uk) du système est un signal de bruit blanc binaire, ladite fonction f de passage suivant la relation :19. The method according to one of claims 16 to 18, wherein said input signal (uk) of the system is a binary white noise signal, said function f of passage according to the relation:
V1+2(CT/-'(1-2./)) V1 + 2 (CT / - (1-2./))
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