FR2475323A1

FR2475323A1 - METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING A USEFUL SIGNAL

Info

Publication number: FR2475323A1
Application number: FR8027165A
Authority: FR
Inventors: Hans-Jurgen Bangen; Hans-Peter Licht
Original assignee: Dornier GmbH
Current assignee: Dornier GmbH
Priority date: 1980-02-01
Filing date: 1980-12-17
Publication date: 1981-08-07
Also published as: GB2069297A; IT1165730B; FR2475323B1; GB2069297B; IT8069022A0; DE3003556A1; DE3003556C2

Abstract

L'INVENTION UTILISE UN MICROPROCESSEUR POUR DEFINIR LES INSTANTS DE RECEPTION D'UNE INFORMATION DONT LE SIGNAL UTILE EST ACCOMPAGNE D'UN BRUIT, CE MICROPROCESSEUR ELABORANT A PARTIR DES SIGNAUX CONVERTIS EN NUMERIQUE UNE COMPENSATION DES SIGNAUX DE BRUIT AFIN D'ISOLER LE SIGNAL UTILE. LE RECEPTEUR 1 DE L'INFORMATION FOURNIT LES SIGNAUX AU CONVERTISSEUR 2 QUI LES TRANSFORME EN SIGNAUX NUMERIQUES AU MOMENT DEFINI PAR LE COMPTEUR DE TEMPS RELATIFS 4 TANDIS QUE LE MICROPROCESSEUR 3 INTERCALE ENTRE LE CONVERTISSEUR 2 ET LE COMPTEUR DE TEMPS 4 ELABORE LES FONCTIONS DE BASE ET LES COEFFICIENTS NECESSAIRES A UNE RESTITUTION DU BRUIT QUI DOIT COMPENSER LE BRUIT DU SIGNAL RECU. CE PROCEDE PERMET, EN PARTICULIER, D'EFFECTUER SANS AUCUN RETARD, UNE ANALYSE DU SIGNAL UTILE OBTENU.THE INVENTION USES A MICROPROCESSOR TO DEFINE THE MOMENTS OF RECEIVING AN INFORMATION WHOSE USEFUL SIGNAL IS ACCOMPANIED BY NOISE, THIS MICROPROCESSOR DEVELOPING FROM THE SIGNALS CONVERTED TO DIGITAL COMPENSATION FOR NOISE SIGNALS IN ORDER TO ISOLATE THE USEFUL SIGNAL . THE INFORMATION RECEIVER 1 PROVIDES THE SIGNALS TO THE CONVERTER 2 WHICH TRANSFORMS THEM INTO DIGITAL SIGNALS AT THE TIME DEFINED BY THE RELATIVE TIME COUNTER 4 WHILE THE MICROPROCESSOR 3 INTERCATES BETWEEN THE CONVERTER 2 AND THE TIME COUNTER 4 DETAILS THE BASIC FUNCTIONS AND THE COEFFICIENTS NECESSARY FOR A NOISE RESTITUTION WHICH MUST COMPENSATE THE NOISE OF THE SIGNAL RECEIVED. THIS PROCESS ALLOWS, IN PARTICULAR, TO PERFORM WITHOUT ANY DELAY AN ANALYSIS OF THE USEFUL SIGNAL OBTAINED.

Description

I 2475323I 2475323

L'invention a pour objet un procédé et un dispositif pour la détermination d'un signal utile à partir d'un signal situé The invention relates to a method and a device for determining a useful signal from a signal located

dans une bande limitée et comportant un bruit superposé au si- in a limited band and with a noise superimposed on the

gnal utile.general useful.

Les procédés et les dispositifs connus en pratique uti- lisent, pour déterminer ou détecter les signaux utiles auxquels The methods and devices known in the art use, to determine or detect the useful signals to which

est superposé le bruit des signaux perturbateurs, la transfor- the noise of the disturbing signals is superimposed, the transformation

mation rapide de Fourier ou des filtres types analogiques ou numériques. Ces procédés présentent l'inconvénient consistant en ce que les signaux utiles provenant du filtrage du signal résultant sont retardés et distordus. Par suite, on ne peut procéder, dans le cas de bruits importants, à aucune analyse immédiate de la forme du signal utile filtré. On aboutit à des fast Fourier measurement or analogue or digital type filters. These methods have the disadvantage that the useful signals from the resulting signal filtering are delayed and distorted. Consequently, in the case of large noises, no immediate analysis of the form of the filtered useful signal can be carried out. We end up with

difficultés sérieuses dans l'exécution de procédés pour les- serious difficulties in carrying out processes for

quels le spectre du signal ou l'information complète est soumis which signal spectrum or complete information is subject

à une transformation rapide de Fourier, tandis qu'une reconnais- to a rapid transformation of Fourier, while a recognition

sance du modèle est prévue pour la grandeur mesurée ainsi transformée, ces difficultés apparaissant lorsque les signaux model is provided for the measured quantity thus transformed, these difficulties appearing when the

utiles et le bruit émanent de processus non reproductibles. Useful and noise emanate from non-reproducible processes.

L'invention cherche à proposer un procédé et un disposi- The invention seeks to provide a method and a device

tif permettant d'utiliser les propriétés d'un microprocesseur tif allowing to use the properties of a microprocessor

de telle manière que les instants de la réception et les prin- in such a way that the moments of reception and the prin-

cipes d'élaboratbn d'un signal analogique capté par un récep- the development of an analogue signal picked up by a receiver

teur d'information soient adaptés au bruit dans une bande limi- of information be adapted to noise in a limited band.

tée afin d'obtenir sans retard sensible la séparation entre le to obtain without delay the separation between the

bruit et le signal utile.noise and the useful signal.

Pour résoudre le problème ainsi posé, il est prévu, con- In order to solve the problem thus posed, it is

formément à l'invention, de faire recevoir le signal par un récepteur classique d'information et de le transformer par un according to the invention, to receive the signal by a conventional information receiver and to transform it by a

convertisseur analogique-numérique sous le contrôle d'un comp- analogue-to-digital converter under the control of a

teur classique de temps relatifs tandis que le bruit à éliminer classic relative time while noise to eliminate

par compensation est reconstitué dans un microprocesseur numé- compensation is reconstituted in a digital microprocessor

rique de constitution cnnnue à partir d'un petit nombre de fonc- a system of constitution based on a small number of

tions de base bien définies avec des paramètres variant lente- well-defined baselines with slowly varying

ment et que le bruit reconstitué conforme au modèle compense immédiatement le signal de bruit effectivement contenu dans l'inbrmation en rendant ainsi disponible sans délai le signal utile. L'avantage de l'invention consiste plus particulièrement en ce que le signal utile apparaissant rapidement ou une fois ou encore rapidement une fois avec le bruit se laisse détecter and the reconstructed noise according to the model immediately offsets the noise signal actually contained in the inbrmation thereby making available the useful signal without delay. The advantage of the invention consists more particularly in that the useful signal appearing quickly or once or again quickly once with the noise is detected

à l'intérieur d'une bande donnée. Etant donné que la plus gran- within a given band. Since the largest

de partie du bruit à éliminer contient des formes de signaux qui sont invariantes, ces propriétés invariantes du bruit sont utilisées à la reconstitution d'un bruit donné à variations rapides à partir de quelques paramètres à variations lentes et of the noise to be eliminated contains signal shapes that are invariant, these noise invariant properties are used to reconstruct a given fast-changing noise from a few slowly changing parameters and

de fonctions, invariantes du signal. of functions, invariant of the signal.

En ayant recours à de telles propriétés, il est possible By resorting to such properties, it is possible

d'effectuer une compensation immédiate des grandeurs perturba- immediate compensation of the disturbances

trices* De plus, il est avantageux de réduire l'ampleur du calcul en. réglant les instants de réception de l'information en fonchon de la forme des signaux tandis que l'adaptation des paramètres est supprimée. Il est ainsi possible d'utiliser pour recevoir et élaborer des signaux rapides les ordinateurs et In addition, it is advantageous to reduce the size of the calculation in. setting the moments of receipt of the information in the form of signals while the adaptation of the parameters is suppressed. It is thus possible to use for receiving and developing fast signals computers and

microprocesseurs du commerce. Un microprocesseur relié au ré- commercial microprocessors. A microprocessor connected to the

cepteur de l'information est commandé par un compteur des temps relatifs ou réels monté en amont de ce microprocesseur et qui déclenche lui-même un convertisseur analogique-numérique. Ainsi, l'on peut élaborer la valeur mesurée provenant de la conversion par le convertîsseur analogiquenumérique en fonction des temps The receiver of the information is controlled by a relative or real time counter mounted upstream of the microprocessor and which itself triggers an analog-digital converter. Thus, it is possible to develop the measured value resulting from the conversion by the digital analog converter according to the times

donnés par le compteur des temps relatifs ou réels. Ce micro- given by the relative or real time counter. This micro-

processeur comporte plusieurs générateurs de signaux sur des processor has several signal generators on

fréquences milieu fixes dont les amplitudes et les phases for- fixed medium frequencies whose amplitudes and phases

ment des grandeurs variant lentement d'un stade de calcul au suivant. On compare la somme des sorties des générateurs de signaux à la valeur mesurée convertie et la différence qui apparait alors est soumise à une élaboration telle que cette différence corrige très lentement les amplitudes et les phases quantities varying slowly from one calculation stage to the next. The sum of the outputs of the signal generators is compared with the converted measured value and the difference which then appears is subjected to an elaboration such that this difference corrects the amplitudes and the phases very slowly.

des générateurs de signaux.signal generators.

Du fait que le bruit limité à une bande est ramené à un petit nombre de grandeurs variant très lentement, les signaux Because the band-limited noise is reduced to a small number of variables varying very slowly, the signals

utiles n'apparaissant qu'une fois et n'ayant qu'une courte du- useful only appearing once and having only a short

rée n'ont aucun effet sur ces grandeurs variant lentement. La formation de la différence sépare immédiatement les signaux have no effect on these slowly varying quantities. The formation of the difference immediately separates the signals

auxquels est supeipsé le bruit limité à une bande de ce bruit. to which the noise limited to a band of this noise is suprapsed.

On va maintenant décrire à titre d'exemple une forme d'exécution de l'invention telle qu'elle a été représentée très schématiquement aux dessins ci-joints o: An embodiment of the invention will now be described by way of example, as shown very schematically in the accompanying drawings:

La fig. 1 est un diagramme faisant comprendre l'élabora- Fig. 1 is a diagram showing the development of

tion des signaux.signaling.

La fig. 2 fait comprendre le déroulement de cette éla- Fig. 2 understand the course of this

boration des signaux dans un microprocesseur tel qu'il appa- signals in a microprocessor as it appears

rait en fig. 1. Le diagramme schématique de la fig. 1 montre comment s'effectue l'élaboration du signal en vue de la détermination in fig. 1. The schematic diagram of fig. 1 shows how the development of the signal is carried out with a view to determining

d'un signal utile à partir d'un signal incorporant un bruit. a useful signal from a signal incorporating a noise.

Un tel signal engendré par le récepteur ou capteur d'informa- Such a signal generated by the receiver or sensor of information

tion est transmis comme signal ou valeur de mesure m(t) au convertisseur analogique-numérique 2 qui est lui-même relié is transmitted as a signal or measurement value m (t) to the analog-digital converter 2 which is itself connected

à un microprocesseur numérique 3 contenant une mémoire et au- to a digital microprocessor 3 containing a memory and

delà de ce microprocesseur à un compteur des temps relatifs ou réels 4. Le microprocesseur détermine d'après le programme beyond this microprocessor to a relative or real time counter 4. The microprocessor determines according to the program

qui lui est imposé ou transmis et sous le contrôle de ce comp- imposed or transmitted to it and under the control of that

teur qui déclenche lui-même le convertisseur analogique-numé- initiating the analog-to-digital converter

tique 2, les instants de réception du signal d'information m(t). Suivant l'accroissement des valeurs de temps déterminé par le compteur des temps par incréments A Ti, la valeur à mesurer est reçue sous la forme m(tî ti1 + ti -2....i/T)et est élaborée dans le microprocesseur 3 sous la forme de la série des valeurs successives m(ti_î), m(t i2) *** La fig. 2 représente le déroulement du processus de subdivision des signaux dans un microprocesseur 3 suivant la fig. 1. Une information m(ti) enregistrée par le réceqteur ou capteur de l'information que l'on doit élaborer est constituée par un signal de bruit S(ti) et un signal utile n(ti). Pour 2, the instants of receiving the information signal m (t). According to the increase of the time values determined by the time counter in increments A Ti, the value to be measured is received in the form m (ti ti1 + ti -2 ... i / T) and is elaborated in the microprocessor 3 in the form of the series of successive values m (ti_i), m (t i2) *** FIG. 2 represents the progress of the process of subdivision of the signals in a microprocessor 3 according to FIG. 1. Information m (ti) recorded by the receqteur or sensor of the information that must be developed consists of a noise signal S (ti) and a useful signal n (ti). For

séparer le signal de bruit S(ti) du signal utile n(ti), on uti- separating the noise signal S (ti) from the useful signal n (ti),

lise les circuits 5 décomposant le signal en fractions dont chacune traverse un démodulateur 6, un filtre passe-bas 7 et un modulateur 8 de manière à effectuer une compensation des read the circuits 5 breaking down the signal into fractions each of which passes through a demodulator 6, a low-pass filter 7 and a modulator 8 so as to perform a compensation of

grandeurs de bruit. En même temps, on peut décrire d'une ma- noise sizes. At the same time, one can describe

nière aussi précise que possible le signal de bruit S(t) au as accurate as possible the noise signal S (t) at

cours d'un intervalle d'approximation T., sous la forme de fonc- during an approximation interval T., in the form of

tions de base3vi(t) avec des grandeurs caractéristiques ai S(t) = a. ri (t); pour t - TAp <y< t Pour un choix approprié des fonctions de base Yi(t), on obtient une valeur estimée suffisamment précise S(t) du bruit réel N S(t) * * ai. Yi(t) i=1 o les coefficients ai sont déterminés par une opération de basics3vi (t) with characteristic quantities ai S (t) = a. ri (t); for t - TAp <y <t For an appropriate choice of the basic functions Yi (t), a sufficiently accurate estimated value S (t) of the real noise N S (t) * * ai is obtained. Yi (t) i = 1 o the coefficients ai are determined by an operation of

démodulation dépendant des fonctions de base. demodulation dependent on basic functions.

ai =< S(t)l i(t)>ai = <S (t) l i (t)>

Etant donné qu'en opérant en temps réel, l'intervalle d'appro- Since operating in real time, the interval of appro-

ximation TAp est déterminé par l'instant ti du signal d'infor- ximation TAp is determined by the instant ti of the information signal.

mation m(ti) qui a été capté en dernier, les coefficients d'approximation ai sont des fonctions de temps. Pour un choix des fonctions 7i(t) adaptées à la forme des signaux de bruit, les coefficients ai(t) sont des fonctions variant lentement avec le temps. La meilleure approximation est ainsi obtenue mation m (ti) that was last captured, the approximation coefficients ai are time functions. For a choice of the functions 7i (t) adapted to the form of the noise signals, the coefficients ai (t) are functions varying slowly with time. The best approximation is thus obtained

lorsque la variation avec le temps des coefficients d'approxi- when the variation over time of the coefficients of approxima-

mation ai atteint un minimum.have reached a minimum.

i (ai (t))2 --mini (ai (t)) 2 --min

Les fonctions de base yi(t) sont rapportées A un inter- The basic functions yi (t) are reported at an inter-

valle d'approximation TApo et par suite, on trouve le minimum lorsque, pour les mêmes fonctions de base, l'intervalle réel d'approximation se dilate ou se contracte sous l'effet du approximation value TApo and consequently, we find the minimum when, for the same basic functions, the real approximation interval expands or contracts under the effect of

changement de l'instant o le signal d'information est capté. change of the instant when the information signal is picked up.

Ainsi, les fonctions de base ne doivent pas être modifiées et Thus, the basic functions should not be modified and

les coefficients d'approximation demeurent des fonctions sta- approximation coefficients remain static functions

bles. Du fait que des écarts par rapport à la forme-supposée du bruit provoquent des variations différentielles rapides des coefficients d'approximation, celles-ci-sont éliminées par le filtre passe-bas 7 convenablement choisi. On détermine ainsi ble. Since deviations from the assumed form of the noise cause rapid differential variations of the approximation coefficients, these are eliminated by the appropriately selected lowpass filter 7. We thus determine

les coefficients moyens d'appvximation ai au cours d'un pro- the average coefficients of appvximation ai during a pro-

cessus de réglage. Il s'ensuit sous la dépendance des fonctions de base une subdivision des signaux de bruit S(ti) en fractions Si (t). On détermine, à partir de la différence entre Si(t) et une valeur estimé gi(t) rapportée à la fonction de base îi(t), la variation des coefficients d'approximation correspondants ai(t) - (Si(t) Sii(t) 1 i(t) > Le coefficient moyen d'approximation est alors intégré Jusqu'à disparition de l'accroissement ai ai + Ki [Aai(t) - ai La valeur estimée correspondante du bruit est déterminée à partir du coefficient moyen d'approximation ai et de la fonction de base Vi(t) A si(t) ' ai. ri(t) La valeur résultante estimée S du bruit pouvant être adjustment process. It follows in the dependence of the basic functions a subdivision of noise signals S (ti) into fractions Si (t). From the difference between Si (t) and an estimated value gi (t) relative to the basic function ii (t), the variation of the corresponding approximation coefficients ai (t) - (Si (t) is determined. Sii (t) 1 i (t)> The average coefficient of approximation is then integrated Until the disappearance of the increase ai ai + Ki [Aai (t) - ai The corresponding estimated value of the noise is determined from the coefficient ai approximation means and the base function Vi (t) A if (t) 'ai. ri (t) The estimated resultant value S of the noise that can be

obtenue à chaque instant à l'intérieur de l'intervalle d'ap- obtained at any given moment within the range of

proximation, il est possible d'effectuer une comparaison avec le agnal de mesure ou l'information m(t) enregistré par le récepteur ou capteur de l'information 1(fig.l) de te]e sorte proximation, it is possible to make a comparison with the measuring instrument or the information m (t) recorded by the receiver or information sensor 1 (fig.l) so that

qu'il s'ensuit une compensation immédiate des grandeurs défi- immediate compensation of the quantities

nissant le bruit et la détermination d'un signal utile. noise and the determination of a useful signal.

Claims

1. Method for determining a useful signal from a signal limited to a band and on which is superimposed

noise, which process is characterized by the fact that

The signal received by a conventional receiver (1) of the measured values is transmitted to an analog-to-digital converter (2) where the conversion into digital values is controlled by a conventional relative time counter (4) and the noise (S (ti) ) to compensate is reconstituted in a digital microprocessor (3) of known constitution from a small number of basic functions (yi (ti)) with slow-changing parameters (ai (ti)) while the noise signal (S (ti)) conforming to the standard model compensates without delay the noise signal (S (ti)) contained in the measurement signal so that the

useful signal (n (ti)) is immediately available.

2. Method according to claim 1, characterized in that the relative distance in time of the moments of reception of the measurement data is controlled by the relative time counter in such a way that the basic functions (oi (ti)) remain invariant and the parameters have slow variations

3. Process according to claims 1 and 2, characterized

in that the continuous comparison between the information or the measured value and the estimated value (S) of the noise defined by the basic functions ensures the correction of the parameters (ai).

4. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, comprising an information receiver, a

digital memory microprocessor, a time counter relating to

and an analog-digital converter, this device being characterized by the fact that the relative time

determines the moment of admission of the data into the

digital-to-digital weaver with microprocessor

which itself forms the basic functions () Vi) and determines the parameters (a.) with slow variations so as to ensure the

noise compensation.

5. Device according to Claim 4, characterized in that the basic functions are programmed in advance.

depending on the case to consider.

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6. Device according to claims 4 and 5, characterized

characterized in that there is provided for each basic function a circuit generating the parameters with slow variations and comprising a demodulator with a low-pass filter and a demodulator.

7. Device according to claim 6, characterized in that the generator circuits are determined

according to a microprocessor program.