FR2547060A1 - Procede de traitement de signaux radio-electriques pour la radionavigation et recepteur pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN PROCEDE ET UN RECEPTEUR DE RADIONAVIGATION. LE RECEPTEUR EST CARACTERISE EN CE QU'IL COMPREND UN SEUL FILTRE 5 MONTE EN AVAL DU MELANGEUR 3 ET ADAPTE POUR LAISSER PASSER LE SIGNAL COMPOSITE FORME PAR LA SUPERPOSITION DES SIGNAUX DE PLUS BASSE FREQUENCE A LA SORTIE DU MELANGEUR, UN ECHANTILLONNEUR 6 DESTINE A ECHANTILLONNER LE SIGNAL COMPOSITE FILTRE A UNE FREQUENCE PREDETERMINEE F, UNE UNITE 9 DESTINEE A PRODUIRE PAR UNE OPERATION D'ANALYSE FREQUENTIELLE UNE SERIE DE SIGNAUX COMPRENANT LES MEMES COMPOSANTES DE FREQUENCE QUE LE SIGNAL COMPOSITE ET DES MOYENS ADAPTES POUR ETABLIR LES PHASES ET, LE CAS ECHEANT, LES AMPLITUDES DES SIGNAUX PRODUITS DANS LE RECEPTEUR PAR UNE MISE EN CORRELATION DE CES SIGNAUX AVEC LES ECHANTILLONS REALISES PAR L'ECHANTILLONNEUR 6. L'INVENTION EST UTILISABLE DANS LE SYSTEME RANA.

Description

I 2547060

La présente invention concerne un procédé de traitement d'une série de signaux notamment radioélectriques présentant un même écart d'une basse fréquence entre signaux adjacents, notamment des signaux de radio5 fréquence d'un système de radio-navigation tel que le système RANA, pour permettre par exploitation des phases des signaux reçus, la localisation d'un poste récepteur, et un récepteur pour la mise en oeuvre de ce procédé Les procédés classiques consistent à transformer 10 les signaux de radio-fréquence en signaux présentant une fréquence plus basse, à l'aide des moyens mélangeurs, à séparer les difféerents signaux de fréquence plus basse dans des filtres accordés de façon à obtenir en sortie de chacun des filtres un signal isolé des signaux adjacents. 15 Ces procédés connus ont pour inconvénient majeur que les filtres doivent présenter des caractéristiques de sélectivité aiguës du fait de la proximité des fréquences à séparer Le déphasage inhérent au filtrage est susceptible d'entralner des erreurs aléatoires dans les mesures 20 de déphasage qui suivent Cette technique doit donc être généralement complétée par des mesures dites d'auto-test qui nécessitent d'engendrer localement des signaux étalonnés qu'on substitue momentanément aux signaux de réception Il est d'autre part à constater que ces procédés 25 connus nécessitent autant de filtres que de signaux à traiter car, comme il est bien connu, il faut au moins trois filtres pour pouvoir établir deux mesures de diff Sérence de phase Il en résulte une structure complexe

et onéreuse des récepteurs.

La présente invention a pour but de présenter un procédé et un récepteur qui ne présentent pas les inconvénients susmentionnés, inhérents au Eprocédé et

réceptetrs connus.

Pour atteindre ce but, le procédé selon l'inven35 tion est caractérisé en ce que l'on transforme les signaux radio-électriques reçus en une série de signaux de plus basse fréquence dont chacune constitue une harmonique ou un multiple de la fréquence d'écartement entre deux signaux radioélectriques adjacents, qu'on échantillonne le signal composite formé par la superposition des signaux de plus basse fréquence et produise localement une série de signaux de plus basse fréquencequi comportent les

mêmes composantes que la série que l'on a échantillonnée et détermine les valeurs des signaux locaux par corrélation avec les échantillons.

Suivant une caractéristique avantageuse de l'invention, on produit localement la série par une analyse programmée à l'aide d'Lne unité de traitement

telle qu'un ordinateur ou microprocesseur.

Suivant une autre caractéristique avantageuse, 15 on prédétermine par estimation pour chaque signal reçu une phase que l'on vérifie et adapte en tenant compte des valeurs des échantillons en vue d'asservir la phase estimée à la phase du signal reçu correspondant, la phase

estimée asservie étant directement exploitable pour la 20 radiolocalisation.

Le récepteur pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention est caractérisé en ce qu'il comprend un seul filtre monté en aval du mélangeur et adapté pour laisser passer le signal composite formé par 25 la superposition de signaux de plus basse fréquence à la sortie du mélangeur, un écha Wtillonneur destiné à échantillonner le signal composite filtré à une fréquence prédéterminée, une unité destinée à produire par une opération d'anal Y Se fréquentielle une série de signaux 30 comprenant les mêmes composantes de fréquence que le signal composite et des moyens adaptés pour établir les phases et, le cas échéant, les amplitudes dessignaux produits dans le récepteur par une mise en corrélation de ces

signaux avec les échantillons réalisés par l'échantillon35 neur.

Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'invention, l'unité précitée et les moyens corrélateurs sont formés par une unité de traitement telle qu'un

ordinateur ou microprocesseur.

L'invention sera mieux comprise, et d'autres

buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci appara tront plus clairement au cours de la description

explicative qui va suivre faite en référence au dessin schématique annexé donné uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lequel: la figure unique montre sous forme d'un schema-bloc le principe dun récepteur suivant la présente invention O o La présente invention sera décrite à titre d' exemple dans son application au système de radionavigation du type RNA Un récepteur de signaux du type RANA doit traiter des signaux de phase reçus sur une série de fréquences séquentielles et une autre série de fréquences dites permanentes Dans le cadre de la présente invention, seules les fréquences permanentes sont traitées Un réseau RANA peut contenir 18 stations émettrices Chaque station, désignée par un numéro N égal 1 à 9 ou Il à 19 25 émet une fréquence permanente F Deux fréquences adjacentes de la série des signaux émis sont séparées d'une basse fréquence Lk f La figure unique montre sous forme d'un schémabloc un récepteur destiné au traitement des signaux selon la présente invention O La série des signaux RANA est captées par ltantenne 19 et parvientaprès avoir été traitée dans un dispositif d'entrée 2,à un mélangeur 3 relié à un osoillateur pilote local 4 o Ce mélangeur transforme la série de signaux de radio-fréquence reçus 35 en une série de signaux de plus basse fréquence Le mélangeur est suivi d'un filtre unique 5 à bande de passage relativement étroite A la sortie du filtre on retrouve un signal composite formé par superposition des

signaux de basse fréquence obtenus par le mélangeur.

Le signal composite est appliqué à un échantillonneur sollicité par des impulsions d'échantillonnage d'une fréquence prédéterminée fe L'échantillonneur est suivi

d'un amplificateur opérationnel 7, monté en mémorisateur de tension, et d'un convertisseur analogique digital 8.

Ce dernier coopère avec l'unité de traitement de donnée 9, formé avantageusement par un microprocesseur Le convertisseur fournit au microprocesseur par un bus 10 les

valeurs des tensions échantillonnées sous forme numérique.

Les ordres de conversion donnés par le microprocesseur par une liaison symbolisée par la référence 11 est synchrone de l'impulsion d'échantillonnage de fréquence fe a Le microprocesseur est programmé pour produire par une opération d'analyse fréquentielle une série de signaux comprenant les mêmes composantes de fréquence que le signal 20 composite à la sortie du filtre 5 et établit les phases et les amplitudes des signaux ainsi produits dans le récepteur par une mise en corrélation de ces signaux avec les échantillons produits par l'échantillonneur 8, en vue de la détermination des données permettant d'identifier 25 la position du récepteur par rapport auxposts émetteul

du système RANA.

Le principe inhérent à la présente invention réside dans le fait que l'on transforme les signaux radioélectriques reçus, de fréquence élevée, en signaux de plus basse fréquence de valeur telle que les fréquences ainsi obtenues constituent des multiples ou harmoniques de la fréquence f séparant deux signaux de radiofréquence reçus par l'antenne 1 Il suffit à cette fin de choisir de façon appropriée la fréquence de l'oscillateur 35 pilote 4 et de tenir également compte du fait que l'échantillonneur 6 suivi du mémorisateur de tension 7 a le même effet qu'un mélangeur et effectue donc une transposition supplémentaire des fréquences, que subit le signal composite à la sortie du filtre 5 Selon l'invention on fait de telle sorte que les signaux F' 5 de basse fréquence après la transposition obéissent à la relation suivante g F' = f x(N +N 10) Dans cette relation NO constitue unnombre entier et détermine le multiple le plus bas que l'on désire traitero Cette relation des fréquences à traiter permet de recréer à l'aide du microprocesseur 9 une série de signau comprenant les mgmes composantes de fréquence que le signal obéissant à la relation précitée et de déterminer les caractéristiques de ces composantes en les mettant en corrélation avec les échantillons fournis par l'échantillonneur 8 A cette fin le microprocesseur effectue une analyse fréquentielle basée sur un

déreloppement en circuit de Fourier.

Pour faciliter la description de l'invention,

il oonvient, avant de décrire les différentes opérations à effectuer par le microprocesseur, d'indiquer les valeurs caractristiques du système RANA et d'un mode de réalisation du récepteur suivant la présente invention Bien entendu, lînrention pourrait être adaptée à d'autres

systèmes tout en respectant le principe de l'invention.

Chaque station RANA émet une fréquence permanente qui peut être écrite en appliquant le principe qui est à la base de l'invention de la manière suivante F = 285,5 K Hz + (N + 6) 6,25 Hz e Dans cette relation N est le numéro de la station émettrice considérée, la valeur de 6,25 Hz constitue la basse fréquence S f séparant deux signaux RANA adjacents émis, tandis que NO est ici constitué

par le nombre 6.

L'oscillateur pilote 4 produit une fréquence de 285 K Hz, le filtre unique 5 présente une fréquence centrale de 500 Hz et une bande passante de 430 à 570 Hzo La fréquence d'échantillonnage fe est de 400 Hz Deux impulsions d'échantillonnage sont donc espacés de 2,5 millisecondes En tenant compte de ces valeurs et de l'effet de transposition de fréquence supplémentaire, produit par l'échantillonneur 6 et le mémorîsateur de tension 7, le signal vu par le convertisseur 8 est de Hz, ce qui est la différence entre la fréquence d'entrée de 500 Hz et la fréquence d'échantillonnage de

400 Hz.

Le principe du traitement effectué par le microprocesseur 9 est fondé sur la considération que les composantes du signal composite, dans la mesure o celui-ci 20 constitue une fonction périodique de période 1/6,25 Hz = millisecondes peuvent être isolées par calcul Etant donné que toutes les composantes sont des multiples de la fréquence La f = 6,25 Hz, le signal composite F't, du fait qu'elle est périodique, peut être exprimée sous 25 forme d'une série trigonométrique (en négligeant la composante a O) suivante: ( 1) F'(t) = (an cos N ot + bn sin N vt) n= O o étant la fréquence fondamentale 2 " x A f = 2 ly x 6,25 Hz; an, bn constituant les coefficients d'amplitude et N étant un nombre entier désignant le rang de l'harmonique d E coefficients an et bn A partir des coefficients an, bn, on peut déterminer l'amplitude d'un signal d'harmonique du rang n suivant l'expression L an 2 + bn 2 1 1/2 et l'angle formé bn par ces coefficients suivant l'expression f N = Arctg Les coefficients an et bn s'obtiennent selon un développement de Fourier selon les relations suivantes: T ( 2)Y (Z) an = 2 = F'(t) cos 2 i Tnt dt /o

T

bn _ 2 Fi (t) sin 2 IT ntd T constituant la période fondamentale de

millisecondes = 1/6925.

Pour permettre le calcul par le microprocesseur, les intégrales sont remplacées par des sommes finies. 20 Dans l'exemple présent, on choisit de faire 64 sommes espacées de 2,5 millisecondes et on obtient les expressions suivantes: an = 5 F'(t) cos( 2 1 W N t x 2,-5 103) t=O 16010 * 61 bn = F'(t) sin 2 r N t x j 5 10

_ 160 10

Les coefficients constants sont enlevés du fait que les seules valeurs relatives des signaux sont intéressantese Les angles sont exprimés ici en radian Il convient dans le système de calcul du microprocesseur de les exprimer en 256 ièies de tour A cette fin on divise l'angle par 2 tr et le multiplie par 256 On obtient les relations suivantes: ( 4) an = t=O bn -= t= O F'(t) cos ( 4 nt) F'(t) sin ( 4 nt) En choisissant No= 6, on peut exprimer le nombre n par N + 6 et on obtient: 15 () an = > F'(t) cos 4 t (N + 6) t= O

63

bn = F'(t) sin 4 t (N + 6) Dans le cadre de l'invention le signal composite F'(t) prend successivement les valeurs Fe' des échantillons produits par l'échantillonneur 6. l'angle 'f, Selon l'invention on cherche à annuler c'est-à-dire bn A cette fin on élabore: ( 6) 63 an = bn = F'e (t) cos ( 4 t (N + 6) + P En) F'e (t) sin ( 4 t (N + 6) + P En) Dans ces relations le terme P En constitue une valeur de phase initiale constante Il s'agit de la phase du signal radio-électrique correspondant à la basse fréquence ayant le rang de l'harmonique N par rapport 5 à la fréquence locale produite dans le récepteur c'està-dire le signal d'échantillonnage fe e Selon ltinvention on prédétermine pour une fréquence à traiter de numéro N une phase P En, qui est donc une phase estimée quantifiée en fractions de tour 10 et le rôle du traitement est de comparer cette phase estimée à la phase reçue pour corriger éventuellement la phase estimée selon le principe d'un asservissemento Ccmmeil es dit pslab, on cherohe à arnuler l'angle S c'est &dire

le coefficient d'amplitude bn indiqué par les relations 15 susmentionnées.

En partant de la phase estimée En le microprocesseur détermine la phase réelle en mettant en corrélation successivement les coefficients d'amplitude an, bn calculés avec les échantillons fournis par le convertisseur 8 Autrement dit, selon la présente invention on réalise une analyse programmée par microprocesseur pour obtenir pour toute fréquence une indication de décalage de phase variant comme le sinus de ce décalage, en vue d'asservir 25 une phase estimée programmée à une phase reçue identifiée dans le groupe par le numéro de la station émettrice correspondante. Il est à noter que la phase P En finalement établie par le microprocesseur est exploitable directement 30 po'ra radio - localisation C'est la phase du signal de fréquence N à l'instant marqué par t= O par le microprocesseur O Par la suite on n'utilise que des différences de phase prises par rapport à un même temps dtorigine pour déeinir des différences de temps de 35 propagation entre émetteurs et récepteur o Dans le mode de réalisation concret d'un récepteur selon la présente invention, six fréquences distinctes, choisies parmi les 18 fréquences RANA possibles sont traitées simultanément Dans ce mode de réalisation, le temps est découpé en segments de 240 millisecondes = 96 temps de 2,5 millisecondes Les opérations d'échantillonnage et les prélèvements au convertisseur s'effectuent pendant les dernières 160 millisecondes de t = 32 à

t = 95 compris.

Au départ, lorsque t = 31 on place les moyens totalisateurs sin et cos à 0, c 9 est-àdire des moyens

qui effectuent les cumuls suivant les expressions 6.

A ce temps t = 31 les coefficients d'amplitude an, bn

présentent la valeur de phase qui est égale à P En 15 c'est-à-dire à la valeur estimée.

Au temps t = 32, correspondant à 1 dans la formule, il faut tenir compte que l'angle a évolué d'une

valeur égale à 4 (N + 6) Ainsi la phase totale ou temps t = 32 présente la-valeur P En + 4 ( N + 6).

On calcule également le sinus de l'angle déterminé par l'expression et on le multiplie par la valeur du convertisseur, qui vient d'être prélevée Ce résultat est ajouté à la valeur obtenue à l'instant de temps t = 31

On fait de même pour le cosinus.

Au temps t = 33 ( 2 de la formule) on ajoute à la phase totale à nouveau la valeur 4 (N + 6) et on fait également le cumul pour les sinus et cosinus Les

mêmes opérations sont faites pour chacune des fréquences.

Ainsi, pour chaque fréquence on effectue, à partirde la phase estimée la variation de phase selon 4 (N + 6) d'un échantillon au suivant, on totalise la phase, le sinus et le cosinus, établit l'amplitude moyennée et la moyenne des valeurs absolues des écarts de la phase mesurée par rapport à la phase estimée PE Les différentes 35 totalisations sont interprétées toutes les 240 millisecondes à t = 5 Les totalisations du sinus servent principalement à corriger la valeur PE L'amplitude instantanée est calculée selon l(TOTA SIN)2 + (TOTAL COS)2 l 1/2 et sert à corriger l'amplitude moyenne La valeur absolue de TOTA SIN sert à corriger la moyenne des valeurs instantanées Ceci permet d'éliminer des parasites c'està-dire le bruit radio-électrique et donne une information sur l'exactitude des amplitudes

De plus, le TOTA SIN est cumulé dans un registre 10 pour les fréquences, Le résultat sert à corriger l'oscillateur pilote 4 qui commande la précision de la transposition des fréquences dans la bande passante du filtre 5.

Claims (9)

REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S

1. Procédé de traitement d'une série de signaux notamment radioélectriques présentant un même écart d'une basse fréquence entre signaux adjacents, notamment des signaux de radio-fréquence d'un système de radionavigation tel que le système RANA, pour permettre par exploitation des phases des signaux reçus la localisation d'un poste récepteur, selon lequel on transforme la série des signaux reçus de radio-fréquence en une série de signaux de plus 10 basse fréquence et assure lîétat séparé de ces fréquences, caractérisé en ce que l'on transforme les signaux radioélectriques reçus en une série de signaux de plus basse fréquence dont chacune constitue une harmonique ou un multiple de la fréquence d'écartement 15 de deux signaux radio-électriques adjacents, qu'on échantillonne le signal composite formé par la superposition des signaux de plus basse fréquence et produit localement une série de signaux de plus basse fréquence qui comporte les mêmes composantes que la série que l'on 20 a échantillonnée et détermine les valeurs des signaux

locaux par corrélation avec les échantillons.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce que l'on produit localement la série par une analyse programmée à l'aide d'une unité de traitement telle qu'un 25 ordinateur ou microprocesseur.

3. Procédé selon l'une des revendications

précédentes, caractérisé en ce que l'on prédétermine par estimation pour chaque signal reçu une phase que l'on vérifie et adapte en tenant compte des valeurs des échantillons en vue d'asservir la phase estimée à la

phase du signal reçu correspondant, la phase estimée asservie étant directement exploitable pour la radiolocalisation.

4. Procédé selon l'une des revendications

précédentes, caractérisé en ce que l'on exprime la série des signaux produits dans le poste récepteur sous forme d'une série trigonométrique et détermine les coefficients d'amplitude de chaque composant de cette série selon un développement de Fourier, dans lequel on remplace les

intégrales par des sommes finies que l'on cumule.

5. Procédé selon 11 une des revendications

précédentes, caractérisé en ce que la mesure des amplitudes 10 individuelles est utilise pour-obtenir des indications

relatives à la qualité des signaux traités.

6. Récepteur pour la mise en oeuvre du procédé

selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant un

mélangeur destiné à transposer la série des signaux reçus 15 de radiofréquence en une série de signaux de plus basse fréquence, un dispositif de filtrage des signaux transposés et un dispositif de détermination des phases des signaux obtenues, caractérisé en ce qu'il comprend un seul filtre ( 5) monté en aval du mélangeur ( 3)et adapté 20 pour laisser passer le signal composite formé par la superposition des signaux de plus basse fréquence à la sortie du mélangeur, un échantillonneur ( 6) destiné à échantillonner le signal composite filtré à une fréquence prédéterminée (fe) une unité ( 9) destinée à produire 25 par une opération d'analyse fréquentielle une série de signaux comprenant les mêmes composantes de fréquence que le signal composite et des moyens adaptés pour établir les phases et, le cas échéant, les amplitudes des signaux produits dans le récepteur par une mise en corrélation 30 de ces signaux avec les échantillons réalisés par

l'échantillonneur ( 6).

7. Récepteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'unité ( 9) précitée et les moyens

corrélateurs sont formés par une unité de traitement telle 35 qu'un ordinateur ou microprocesseur.

8. Récepteur selon l'une des revendications

6 ou 7, caractérisé en ce qutun convertisseur analogiquenuméique ( 8) est monté entre l'échantillonneur ( 6) et l'unité de traitement ( 9).

9. Récepteur selon l'une des revendications

6 à 8, caractérisé en ce qu'un amplificateur opérationnel

( 7), monté en mémorisateur de tension est monté en aval de l'étchantillonneur ( 6).