FR2550030A1 - Procede et dispositif pour la demodulation de la modulation de frequence - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF POUR DETECTER LA FREQUENCE INSTANTANEE D'UN SIGNAL AYANT UN SPECTRE DES FREQUENCES CENTRE SUR UNE FREQUENCE F, COMPRENANT UN MOYEN POUR SEQUENTIELLEMENT ECHANTILLONNER LE SIGNAL AFIN DE PRODUIRE DES ECHANTILLONS SUCCESSIFS ADJACENTS ET UN MOYEN POUR STOCKER LES ECHANTILLONS SUCCESSIFS DE FACON QU'AU MOINS QUATRE ECHANTILLONS SUCCESSIFS SOIENT SIMULTANEMENT DISPONIBLES. SELON L'INVENTION, LE MOYEN D'ECHANTILLONNAGE 51, 52 PRODUIT DES ECHANTILLONS ADJACENTS SUCCESSIFS (S(N 2), S(N 1) S(N) S(N - 1)) QUI SONT LES COMPOSANTES SENSIBLEMENT ORTHOGONALES DU SIGNAL; ET UN MOYEN 56 REPOND A DES GROUPES D'ECHANTILLONS SUCCESSIFS POUR COMBINER EN SUCCESSION CES GROUPES ET PRODUIRE DES VALEURS D'ECHANTILLONS S(N) CORRESPONDANT AUX DIFFERENCES DE PRODUITS CROISES DES VALEURS MOYENNES DES COMPOSANTES PAR LES DERIVES DES COMPOSANTES ORTHOGONALES, CES VALEURS, F(N), CORRESPONDANT A LA FREQUENCE INSTANTANEE DU SIGNAL. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT AUX RECEPTEURS DE RADIO ET DE TELEVISION.

Description

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La présente invention se rapporte à la détection de la fréquence instantanée d'un signal en accentuant particulièrement la démodulation numérique d'un signal

modulé en fréquence.

Des démodulateurs de modulation de fréquence ou FM (ou discriminateurs) sont largement utilisés dans des systèmes analogiques, en particulier dans des récepteurs radio et télévision Il y a une tendance courante vers le développement de techniques numériques 10 pour le traitement des signaux d'information dans de tels récepteurs Comme les fonctions de transfert des circuits numériques sont bien définies et stables avec les variations de la température et de l'alimentation, il est souhaitable d'accomplir autant que possible le 15 traitement du signal dans le domaine numérique Ainsi, il se développe couramment une nécessité d'un démodulateur

numérique des porteus' FM.

F.G A Coupe dans un article intitulé "Digital Frequency Discriminator" (Electronics Letters, Vol 15, 20 No 16,Août 1979, pages 489-490) décrit un circuit pour démoduler un signal FM en utilisant des techniques numériques Le circuit de Coupe agit d'abord sur le signal FM par une transformation de Hilbert pour dériver les composantes orthogonales x(t) et y(t) du signal complexe 25 p(t) = x(t) + jy(t) ( 1) = a(t) exp {je t) ( 2) ou e (t) = tan-1 ly(t)/x(t)} ( 3) Le signal d'intérêt, F(t)est dérivé de la première dérivée de e (t) par rapport au temps et est donné par: 30 x Sx yi F(t) =( 1/217-)d(t)/dt = ( 1/21 T) 2 2 ( 4) x 2 +y 2

o les pointsreprésentent l'opérateur différentiel d/dt.

Les composantes x et y sont échantillonnées simultané35 ment pour développer des échantillons x(n) et y(n) Les échantillons x(n) et y(n) sont appliqués aux canaux de traitement de x et y L'approximation des premières dérivées A et est obtenue par les valeurs de différence d'échantillons successifs dans le canal de l'échantillon x et le canal de l'échantillon y, c'est-à-dire k = x(n+ 1) x(n) et ' = y(n+ 1) y(n) etc, la valeur N étant un indice désignant le numéro ou la présence d'un échantillon particulier. Ces dérivées sont introduites de manière appropriée dans l'équation ( 4) pour produire les valeurs, F(n)=x(n) ((y(n-1)-y(n))+y(n) ((x(n-1)-x(n)) ( 5) -y(n)x(n-1)-x(n)y(n-1) ( 6) Dans l'équation ( 5) on peut noter que le dénominateur de l'équation ( 4) n'a pas été calculé car il correspond à l'amplitude du signal FM et il est supposé être maintenu 15 à une valeur constante prédéterminée qui multiplie ou divise les valeurs de l'échantillon démodulé par une constante Le rassemblement des termes de l'équation ( 5) produit l'équation ( 6), et l'on peut que c'est une

fonction de quatre échantillons seulement, deux échantillons 20 successifs x(n) et deux échantillons correspondants y(n).

L'algorithme suggéré par l'équation ( 6) pour démoduler des signaux FM est assez simple à mettre en oeuvre Cette tentative présente l'inconvénient de nécessiter le développement des valeurs complexes x(t) et y(t) en multipliant la forme d'onde du signal d'entrée par des

signaux en quadrature.

Selon la présente invention, un signal FM est démodulé en fréquence par le procédé consistant à séquentiellement échantillonner le signal à une fréquence 30 à peu près égale à quatre fois la fréquence de sousporteuse Des échantillons successifs sont stockésde façon qu'au moins quatre échantillons successifs soient simultanément disponible; Les échantillons disponibles sont combinés

pour s'approcher de l'écart de fréquence instantanée et 35 ainsi produire un signal démodulé de sortie F(n).

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Le dispositif selon la présente invention détecte la fréquence instantanée d'un signal ayant un spectre des fréquences qui est centré sur une fréquence fc Le signal FM est séquentiellement échantillonné de façon que des échantillons alternés soient sensiblement équivalentsà des composantes orthogonales du signal. Au moins quatre échantillons successifs sont stockés en succession de façon qu'au moins quatre des derniers échantillons soient toujours disponibles pour le traitement. 10 Les valeurs moyennes des composantes sont multipliées par les dérivées de l'autre composante respective pour former des produits croisés Les différences entre les produits croisés respectifs sont produites Les différences sont

les échantillons F(n) qui correspondent-à la fréquence 15 instantanée du signal.

Dans un mode de réalisation de la présente invention, l'échantillonnage est accompli par un convertisseur analogiquenumérique (ADC) qui produit les représentations binaires du signal d'entrée Ces représentations binaires sont 20 appliquées à une ligne à retard série-parallèle o au moins quatre échantillons, S(n-1), S(n), S(n+ 1), S(n+ 2) sont stockés et o l'on peut avoir accès Les premier S(n-1) et quatrième S(n+ 2) des échantillons successifs dans la ligne à retard sont appliqués à un premier circuit 25 multiplicateur pour obtenir leur produit et les second S(n)et troisième S(n+ 1) échantillons successifs dans la ligne à retard sont appliqués à un second circuit multiplicateur pour concurremment obtenir leur produit Les produits des premier et second multiplicateurssont appliqués à un 30 circuit additionneur qui produit des échantillons traités F(n) proportionnels à un échantillon démodulé correspondant et donnés par F(n) = S(n-1) S(n+ 2) S(n) S(n+ 1) ( 7) L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci

apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins 5 schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple

illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels: la figure 1 est un schéma d'un démodulateur connu de la fréquence de données échantillonnées; et 10 les figures 2, 3 et 4 sont des schémas blocs de démodulateurs FM de données échantillonnées selon

la présente invention.

Le circuit illustré sur la figure 1 est du type crédité à Coupe et décrit ci-dessus Dans l'agencement, 15 un signal FM analogique p(t) qui est appliqué à une borne 10, est mélangé à des signaux en quadrature dans des multiplicateurs 12 et 14 pour produire les signaux en quadrature y(t) et x(t) respectivement Les signaux x(t) et y(t) sont simultanément échantillonnés par les commutateurs 16 et 18 Le signal échantillonné, y(n) , est appliqué à un élément retardateur de données échantillonnées 20 et à un circuit multiplicateur 26 Le signal échantillonné x(n) est appliqué à l'élément retardateur de données échantillonnées 22 et à un circuit multiplicateur 25 24 Les signaux retardés y(n-r) et x(n-r) à la sortie des éléments retardateurs 20 et 22 sont appliqués à des circuits multiplicateurs 24 et 26 respectivement qui donnent les produits respectifs x(n)y(n-r) et y(n)x(n-r) o r désigne le retard que les signaux subissent dans 30 les éléments retardateurs En général, r est un nombre entier de durée de périodesd'échantillonnage Les produits des multiplicateurs 24 et 26 sont appliqués à un circuit de soustraction 28 qui produit les différences F(n) = y(n)x(n-r) x(n)y(n-r) ( 6) et qui correspondent à une version c alibrée du signal FM démodulé (en supposant que l'amplitude du signal appliqué

à la borne 10 et constante).

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Les valeurs F(n) données par l'équation ( 6) sont des approximations car les dérivées x et y sont en biais dans le temps par rapport aux valeurs particulières de x et y On peut voir cela en examinant le tableau I qui indique la relation dans le temps

des échantillons respectifs.

TABLEAU I

temps: n-1 N n+ 1 échantillons de x x(n-1) x(n) x(n+ 1) échantillons de y y(n-1) y(n) y(n+ 1) Les échantillons F(n) sont calculés à partir des

échantillons de x et y égaux à x(n) et y(n) au temps n.

Les dérivéesutiliséesdans le calcul sont proportionnelles aux différences linéaires des échantillons suivant et courant, c'est-à-dire x(n-1) x(n) et y(n-1) y(n), lesquelles valeurs ont tendance à représenter la pente de la forme d'onde en des temps à mi-chemin entre les périodes d'échantillons et non pas au point final Le système présente un autre inconvénient qui est la 20 nécessité de produire les signaux complexes d'entrée par la multiplication du signal reçu par les signaux en quadrature Ces inconvénients sont sensiblement

surmontés dans la présente invention.

En général, tout signal Q(t) comprenant des signaux 25 FM peut être décrit par l'équation Q (t)=x(t)cos(fst -/2)-y(t)sin(fst rr/2) ( 7) = x+y 2 cos ( 2 frfst+tan 1 (y/x)) ( 8) o fs est une fréquence arbitraire Dans la présente invention, fs sera appeléela fréquence d'échantillonnage. 30 La fréquence d'échantillonnage fs sera choisie pour être à peu près égale à quatre fois la fréquence autour de laquelle la plus grande partie de l'énergie du signal est rassemblée Si Q(t) est une porteuse modulée en fréquence de fréquence fc, l'écart de la fréquence instantanée de

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Q(t) par rapport à f 5/4 est donné par l'équation ( 4) avec les valeurs appropriées de x et y de l'équation ( 7)

introduites dans l'équation ( 4).

On considère l'échantillonnage du signal décrit par l'équation ( 7) en quatre temps successifs n-1 = O, N = 1/fs, N+ 1 = 2/fs et n+ 3 = 3/fs pour produire les échantillons respectifs S(n-1), S(n), S(n+ 1) et S(n+ 2) En remplaçant * t dans l'équation ( 7) par les temps indiqués, cela montre que S(n-1) = x(n-1); S(n) = -y(n); S(n+ 1) = -x(n+ 1); et S(n+ 2) = y(n+ 2) Un échantillon x sur deux est de polarité opposée aux échantillons S correspondants et un échantillon y sur deux est de polarité opposée aux échantillons S correspondants La relation échantillon-temps est illustrée

au tableau II ci-dessus.

TABLEAU II

ECHANTILLON N o n-1 N n+ 1 n+ 2 TEMPS t O 1/fs 2/fs 3/fs ECHANTILLON S(n1) S(n) S(n+l) S(n+ 2) VALEUR t x(n-1) -y(n) -x(n+ 1) y(n+ 2) moyennes de x,y x(n) y(n) dérivées de x,y x(n) 2 (n) on peut voir que des échantillons adjacents sont disposés à des incréments de phase de 90 ou orthogonaux les uns par rapport aux autres La série d'échantillons successifs 25 correspondra à des valeurs des composantes orthogonales, c'est-à-dire que des échantillons de numéro pair correspondront rarement aux échantillons de la composante x et des échantillons de numéro impair correspondront

aux échantillons de la composante y.

Le processus d'échantillonnage-qui suit ainsi que la manipulation des échantillons s'appliqueront généralement même si la fréquence d'échantillonnage fs diffère de quatre fois la fréquence porteuse fc d'un signal FM Cette caractéristique permet l'échantillonnage du signal FM de manière asynchrone L'échantillonnage asynchrone produit

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un décalage en courant continu qui est en rapport avec la différence entre la fréquence porteuse et un quart de la fréquence d'échantillonnage Plus la différence est importante, plus le décalage est important Cependant, ce décalage est facile à compenser Pour des différences de 20 % ou moins, le décalage est négligeable Une démodulation par échantillonnage synchrone rend finalement de manière plus précise le signal modulant, mais la légère erreur en courant continu accompagnant l'échantillono 10 nage asynchrone est plus qu'annulée par le nombre réduit

d'éléments requis dans le circuit.

L'équation ( 4) de l'écart desfréquencesest la suivante: 2 2 F(t) = ( 1/2 7) (x S-yk)/(x 2 +y 2) ( 4) Pour un système qui prend séquentiellement les échantillons 15 de x et y, en tout temps particulier, seul un échantillon du signal x ou y est obtenu Ainsi, il n'y a pas d'échantillons de x et y simultanément échantillonnés pour une utilisation dans l'équation ( 4) Cependant, si la fréquence porteuse est sensiblement plus importante que la plus haute fréquence de modulation, l'utilisation des valeurs moyennes x d'échantillons successifs de x et des valeurs moyennes y d'échantillons successifs de y, peut être prévue pour s'approcher de très près des facteurs de x et de y, c'est-à-dire y = (S(n+ 2)-S(n))/2 ( 7) = (S(n-1)-S(n+ 1)/2 ( 8) Le signe moins dansleséquatior ( 7) et ( 8) tient compte de l'inversion de polarité d'un échantillon sur deux des mêmes composantes- Les premières dérivées t et A 30 des composantes y(t) et x(t) peuvent être obtenues approximativement en utilisant les simples différences d'échantillons successifs de y et d'échantillgns successifs de x. (S(n)+S(n+ 2))fs/2 ( 9) k (S(n+ 1)+S(n-1)) fs/2 ( 10)

C/4 ( O

o fs est égab à la fréquence d'échantillonnage En introduisant les équations ( 7)-( 10) dans l'équation ( 4), l'écart de fréquence F(n) est donné par F(n) = fs/ (S(n-1)S(n+ 2)-S(n)S(n+ 1)) 2 ((S(n-1)-S(n+ 1)) + (S(n)-S(n+ 2))) ( 11 i Le tableau II montre la relation dans le temps des valeurs moyennes x(n), y(n), des dérivés k(n), t(n) introduites dans l'équation ( 4) pour la détermination

des valeurs d'échantillons F(n) lorsque les échantillons 10 de x et y sont obtenus par l'échantillonnage séquentiel.

Sur le tableau, les valeurs moyennes x et y ont été placées à mi-chemin entre les échantillons utilisés pour leur calcul parce qu'en moyenne, c'est à ce point dans le temps

que cette valeur aura réellement tendance à se produire.

De même, les valeurs des dérivéessont placées dans le temps à mi-chemin entre les valeurs utilisées dans lesdifférences car la pente calculée représentera très précisément la

pente du signal réel à ce point dans le temps.

L'équation ( 4) multiplie en croix les moyennes de x 20 et y par les dérivéesde y et x ce qui tend à produire les valeurs échantillonnées F(n) à mi-chemin, dans le temps, entre les échantillons utilisés pour calculer une valeur particulière de F(n) Le dispositif de la figure 2 opère sur un signal FM 25 pour produire les échantillons du signal démodulé décrits par l'équation ( 11) Le signal FM à démoduler est appliquée à la borne Ce signal peut avoir été hétérodyné au préalable pour réduire la fréquence porteuse à une plaque de fréquences susceptible d'un traitement par le circuit particulier. 30 Le signal FM est échantillonné de manière asynchrone et émis sous forme numérique, par exemple en un format modulé par impulsions codées (PCM) dans le convertisseur analogiquenumérique (ADC) 51 La fréquence d'échantillonnage, fs' est déterminée par l'oscillateur 52 et elle est à peu près égale à quatre fois la fréquence porteuse fc' Les échantillons

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PCM à la sortie du convertisseur 51 sont retardés en succession dans les éléments retardateurs en cascade 53, 54 et 55 dont chacun retarde les échantillons d'une période d'échantillonnage Les échantillons PCM à la connexion de sortie du convertisseur 51 et auxconnexions de sortie des éléments retardateurs 53, 54 et 55 correspondent respectivement aux échantillons S(n+ 2), S(n+ 1), S(n) et S(n-1) Ces valeurs d'échantillons sont appliquées en parallèle au processeur arithmétique 56 10 qui produit des échantillons démodulés de sortie F(n) dont les valeurs correspondent à l'équation ( 11) Le processeur 56 peut être un microprocesseur programmé

pour accomplir la fonction requise.

La figure 3 montre la mise en oeuvre en matériel de l'invention, que l'on peut réaliser avec des éléments de circuit analogique ou numérique Dans le mode de réalisation analogique, le signal est traité sous-un format de donnée échantillonnéetandis que le mode de

réalisation numérique utilisera, par exemple, des 20 éléments de circuit binaire conventionnel.

Le signal FM à démoduler est appliqué à la borne et est échantillonné par l'élément 61 Si le circuit est analogique, l'élément 61 peut être un simple circuit d'échantillonnage et de maintien Par ailleurs, si le signal doit être traité numériquement, l'élément 61 peut être un ADC Le signal échantillonné est appliqué aux éléments retardateurs en cascade 62, 63 et 64 qui retardent en succession les échantillons du signal d'une période d'échantillonnage Les étages retardateurs 62 64 30 et l'élément 61 sont attaqués par l'horloge, O, qui fonctionne à une fréquence égale à ou à peu près à quatre fois la fréquence porteuse du signal FM Les signaux à la sortie de l'élément 64, 63, 62 et 61 correspondent aux échantillons S(n-1), S(n), S(n+ 1) et S(n+ 2) respectivement. 35 Les échantillons S(n 42) sont soustraitsdes échantillons S(n) dans l'élément de circuit 65 et les échantillons S(n+ 1)

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sont soustraits des échantillons S(n-1) dans l'élément 66 Les différences des éléments de circuit 65 et 66 sont respectivement mises au carré dans les multiplicateurs 67 et 68 Les valeurs au carré sont alors appliquées 5 en tant qu'échantillons d'entrée de l'additionneur 72 qui éoet des valeurs d'échantillon correspondant au

dénominateur de l'équation ( 11).

Les échantillons S(n) et S(n+ 1) sont appliqués à l'élément multiplicateur 69 qui donne leur produit, et 10 les échantillons S(n-1) et S(n+ 2) sont multipliés dans le multiplicateur 71 Les échantillons produits par le multiplicateur 6 q sont soustraits des échantillons produits par le multiplicateur 71 dans l'élément soustracteur 70, les différences correspondant au numérateur de l'équation ( 11) Les différences des échantillons 15 à la sortie du soustracteur 70 sont appliquées à l'élément de circuit 73 ou elles sont divisées par les échantillons de somme à la sortie de l'additionneur 72 Le signal de

sortie disponible à la connexion 74 correspond aux valeurs d'échantillon décrites par l'équation ( 11).

Dans la condition o l'amplitude du signal d'entrée FM est maintenue constante, le signal à la sortie du circuit soustracteur 70 correspond sensiblement au signal démodulé souhaité calibré par une valeur constante Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de développer le signal correspondant 25 au dénominateur de l'équation ( 11) pour une division

des valeurs d'échantillon de l'élément 70.

L'approximation des échantillons démodulés F(n) peut être encore affinée en incorporant une valeur de plus d'échantillon dans le calcul Dans ce cas, les valeurs des fréquences instantanées sont représentées par f ( 4 S (n)(S(n+l)+S(n-1))+(S(n+l)-S(n-1) (S(n+ 2)-S(n-2)) F(n)> I F(n | 4 S(n) 2 + (S(n+ 1) S(n-1)) 2 Le calcul de la dérivée sera expliqué en se référant au tableau III qui montre la correspondance entre les échantillons

et les valeurs de x et y.

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TABLEAU III

ECHANTILLON No f n-2 n-1 N n+ 1 n+ 2 TEMPS -2/fs -1/fs O 1/fs 2/fs ECHANTILLON { S(n-2) S(n-1) S(n) S(n+ 1) S(n+ 2) VALEUR { -x(n-2) y(n-1) x(n) -y(n+ 1) -x(n+ 2) Les valeurs de x(n), y(n), k(n) et t(n) à introduire dans

l'équation ( 4), sont choisies pour être équidistantes, dans le temps autour d'un échantillon particulier S(n).

Ainsi, la valeur d'échantillon de x(n)est l'échantillon 10 S(n) La valeur de y(n) est la moyenne des échantillons y(n-1) et -y(n+ 1) ou (S(n-1)-S(n+ 1))/2 La dérivée y (n) est proportionnelle à y(n+ 1) y(n-1) ou-(S(n+ 1)+ S(n-1)) (f/2) et la dérivée k (n) est proportionnelle à

-(S(n+ 2)-S(n-2) (fs/4).

L'équivalent du centre de masse de la valeur de y aura tendance à se trouver à proximité du temps N et les dérivées A et " auront tendance à représenter la pente entre les points respectifs le plus précisément au temps n Tous les termes choisis pour une utilisation dans l'équation ( 4) ont tendance à avoir des valeurs représentatives du temps n Lorsque les termes précédents sont introduits dans l'équation ( 4) et que les termes sont multipliés et rassemblés, il en résulte l'équation ( 12) On a déterminé que les valeurs F(n) produites 25 selon l'équation ( 12) étaient considérablement plus

précises que celles produites selon l'équation ( 11).

Comme dans le cas du système à quatre échantillons, si l'amplitude du signal d'entrée reste constante, le

dénominateur de l'équation ( 12) peut ne pas être 30 considéré.

Ce résultat de l'équation ( 12) peut être obtenu avec l'agencement de circuit de la figure 2 en incorporant un élément retardateur supplémentaire 58 montré en tracé fantôme en cascade avec l'élément retardateur 55 pour

appliquer la cinquième valeur d'échantillon au processeur 56.

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Le processeur 56 sera bien entendu programmé pour produire

les valeurs d'échantillon (F(n) selon l'équation ( 12).

Une autre amélioration de la précision du signal démodulé F(n) peut être obtenue en traitant les résultats 3 F(n) de l'équation ( 12) selon F(n)' = (fs/2 r)arcsin ( 2 T F(n)/f) ( 13) s

ou F(n)' représente les échantillons améliorés de sortie.

On peut voir que si P(t) est une onde sinusoïdale de fréquence (fs/2 +F) < fs/2 ' l'équation ( 13) donne exacte10 ment F(n)' = F Pour comparer les résultats des équations ( 12) et ( 13), on considère un signal FM sur une porteuse de 1020 k Hz modulée en fréquence par une sinusoïde à 40 k Hs à des écarts de crête de + 40 k Hz En employant une fréquence d'échantillonnage fs de 4000 k Hz et en utilisant 15 l'équation ( 12), les échantillons F(n) ont une erreur maximale de deux parties pour mille et des distorsions harmoniques meilleures que -62 db En utilisant l'équation ( 13), 1 échantillons F(n)' n'ont sensiblement pas de

distorsion harmoniques.

La fonction définie par l'équation ( 13) peut être accomplie par une mémoire morte (ROM) adressée par les

échantillons F(n) et qui est programmée pour émettre des échantillons correspondant à arcsin ( 2 TF(n)/fs) pour les adresses appliquées F(n) Ce dispositif est 25 illustré en tracé fantôme (bloc 59) sur la figure 2.

Si la fréquence porteuse de la forme d'onde FM d'entrée est bien plus importante que le signal modulant, le processus de démodulation peut être accompli sur

des salves des échantillons plutôt que continuellement.

La seule restriction est que la fréquence des salves des échantillons doit satisfaire au critère de Nyquist en ce qui concerne la largeur de bande du signal d'intelligence qui module la porteuse On suppose que le signal d'entrée FM est une porteuse à 4 M Hz modulée par un signal 35 ayant une largeur de bande de 40 k Hz Pour démoduler ce signal en utilisant des salves d'échantillon, la fréquence des salves doit être de 80 k Hz ou plus, c'est-à-dire au moins le double de la largeur de bande du signal de modulation de 40 Ez Chaque salve doit avoir quatre (équation 11) ou cinq (équation 12) échantillons successifs qui sont produits à une fréquence de 16 M Hz. Cette caractéristique permet d'accomplir le traitement

du signal réel (démodulation) à une fréquence considérablement plus faible que la fréquence d'échantillonnage.

La figure 4 illustre un circuit d'un tel dispositif 10 de démodulation de salves d'échantillons Sur la figure 4, le signal FM à la connexion 80 est appliqué à un commutateur d'échantillonnage SW 1 Le commutateur SW 1, activement commandé par la source d'horloge 81, applique, en succession, le signal d'entrée à des éléments C 1-C 5 15 de stockage de signaux analogiques à quatre fois la fréquence porteuse La source d'horloge 81 est déclenchée pour produire des salves de six impulsions successives de période 1/fs de façon qu'un échantillon du signal soit appliqué à chaque élément de stockage C 1-C 5 et ensuite pour déconnecter le commutateur SW 1 de tous les éléments de stockage Les impulsions de déclenchement sont produites par le multivibrateur monotasble 87 qui est déclenché par un circuit diviseur par cinq 86 Le circuit 86 produit une impulsion de sortie pour une impulsion d'entrée sur cinq qui lui sont appliquéespar

le générateur d'horloge 82.

Le générateur d'horloge 82 fonctionne à une fréquence supérieure ou égale au double de la fréquence de modulation FM et laisse passer les échantillons, par le commutateur SW 2, des éléments de stockage C 1-C 5 à l'ADC 83 Le convertisseur 83 produit les équivalents binaires des échantillons sous le contrôle de la source d'horloge 82 Les signaux binaires sont stockés en succession dans l'élément retardateur 84 et subséquemment 35 appliqués au processeur 85 qui calcule les valeurs de F(n)

selon l'équation ( 11) ou ( 12).

Les éléments de stockage montrés sur la figure 4 sont cinq condensateurs en parallèle Une autre mémoire d'échantillons analogiques peut comprendre un dispositif à transfert de charge en série, comme un disposotif à couplage de charge, ou CCD, ou un élément à chapelets ou BBD dont une borne d'entrée est connectée pour appliquer le signal FM, une borne de sortie est connectée au ADC et une entrée d'horloge est alternativement déclenchée à la fréquence rapide pendant cinq périodes d'échantillonnage pour introduire une salve d'échantillons puis à la fréquence lente pendant cinq périodes d'échantillons pour appliquer les échantillons au ADC Ceux qui sont compétents en la matière du multiplexage des signaux noteront que si la fréquence d'échantillonnage, c'est-à-dire 15 que si la fréquence rapide est bien plus importante que la fréquence lente, il suffit d'un seul dispositif à transfert de charge Ces différences entre les deux fréquences n'est pas importante, alors des dispositifs à transfert de charge parallèles seront requis, les dispositifs parallèles échantillonnant et émettant de

manière alternée à la manière du jeu de"ping-pong".

Ces éléments de stockage analogique relachent les

conditions de vitesse imposées sur le convertisseur.

Cependant, si le convertisseur est suffisamment rapide 25 pour convertir les échantillons à la fréquence de 4 fc, alors le convertisseur peut luimême être déclenché par salveset les échantillons stockés sous forme numérique dans les éléments retardateurs en cascade Le circuit

subséquent de traitement peut alors accomplir les calculs 30 sur la période d'une salve à la fréquence plus lente.

R E V E N D I 1 C A T I O N S

1 Dispositif pour détecter la fréquence instantanée d'un signal ayant un spectre de fréquencescentré sur une fréquence fc, comprenant: un moyen pour échantillonner séquentiellement ledit signal pour produire des échantillons adjacents successifs; et un moyen pour stocker des échantillons successifs du signal de façon qu'au moins quatre échantillons successifs soient simultanément disponibles, caractérisé en ce que ledit moyen d'échantillonnage ( 51, 52) produit lesdits 10 échantillons adjacents successifs (S(n+ 2), S(n+ 1), S(n), S(n-1))qui sont des composantes sensiblement orthogonales dudit signal; et en ce qu'un moyen ( 56) répond à des groupes d'échantillons successifs pour combiner en succession lesdits groupes d'échantillons afin de produire des valeurs d'échantillons F(n), correspondant aux différences des produits croisés des valeurs moyennes desdits composantes par les dérivéesdes composantes orthogonales, lesdites valeurs, F(n) correspondant à la fréquence

instantanée dudit signal.

2 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les échantillons successifs sont désignés par S(n-1), S(n), S(n+ 1) et S(n+ 2) et le moyen pour produire des échantillons F(n) comprend: un moyen ( 71, 69) pour donner les produits S(n-1) 25 S(n+ 2) et S(n) S(n+ 1); et un moyen ( 70) pour produire les différences S(n-1)

S(n+ 2) -S(n) S(n+ 1) = F(n).

3 Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le moyen pour produire des échantillons F(n) 30 comprend de plus: un moyen ( 66, 65)pour produire les différences des échantillons S(n-1)-S(n+ 1) et S(n)-S(n+ 2); un moyen ( 68, 67) pour développer les carrés des différences S(n-1)S(n+ 1) et S(n)-S(n+ 2);

255 C 030

un moyen ( 72) pour additionner lesdits carrés; et un moyen ( 73) pourdiviser les différences (S(n-1)

S(n+ 2) S(n)S(n+ 1)) par lesdites sommes.

4 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen ( 53, 54, 55) pour stocker comprend au moins trois éléments retardateurs ( 53, 54, 55) en cascade, lesdits éléments retardateurs étant déclenchés

en synchronisme avec ledit moyen d'échantillonnage.

Dispositif selon la revendication 1 caractérisé 10 en ce que le moyen ( 51, 52) pour échantillonner comprend

un convertisseur analogique-numérique ( 51).

6 Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que le moyen ( 56) pour produire F(n) échantillons

comprend un microprocesseurprogrammé pour calculer les 15 valeurs S(n-1) S(n+ 2) S(n)S(n+ 1).

7 Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le moyen d'échantillonnage ( 51) comprend un

circuit d'échantillonnage et de maintien.

8 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé 20 en ce que le signal est un signal FM ayant une fréquence porteuse fc' avec un écart de fréquence maximum fm; et le dispositif comprend de plus: un moyen ( 82, 86, 87, 81) pour commander le moyen d'échantillonnage pour qu'il échantillonne ledit signal 25 par salves d'au moins quatre échantillons successifs à la fréquence d'échantillonnage, lesdites salves se présentant à une fréquence égale ou supérieure au double de l'écart de fréquence fm 9 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé 30 en ce que le signal est un signal FM ayant une fréquence porteuse fc moduléepar un signal ayant une fréquence maximum plus faible ou égale à fm et en ce que le moyen d'échantillonnage comprend: un certain nombre d'éléments analogique de stockage 35 (C 1-C 5) pour stocker un certain nombre d'échantillons analogiques; 2 _q O un moyen ( 82, 86, 87, 81,SW 1) pour appliquer périodiquement des échantillons analogiques successifs dudit signal FM à des éléments respectifs de stockage analogique à la fréquence d'échantillonnage, la périodicité étant supérieure ou égale au double de la fréquence fm; et un moyen ( 82, SW 2) pour combiner en série les échantillons analogiques, dans le même ordre que celui dans lequel ils ont été pris, des éléments de stockage analogique à une fréquence inférieure à ladite fréquence d'échantillonnage. 10 10 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les échantillons successifs sont désignés par S(n-2), S(n-1), S(n), S(n+ 1) et S(n+ 2) et le moyen ( 56) pour produire des échantillons F(n)-comprend: un moyen pour donner les produits des échantillons 15 S(n)(S(n+ 1)-S(n-1)) et (S(n+ 1)-S(n-1)) (S(n+ 2)-S(n-2)); un moyen pour produire les sommes correspondant à

4 S(n)(S(n+ 1)-S(n-1)) + (S(n+ 1)-S(n-1))(S(n+ 2)-S(n-2)).

11 Dispositif selon la revendication 10 caractérisé en ce que le moyen ( 56) pour produire les échantillons 20 F(n) comprend de plus: un moyen pour produire les carrés S(n) et (S(n+ 1)-S(n-1))2; un moyen pour produire les sommes 4 S(n)2 + (S(n+ 1)-S(n-t))2; et un moyen pour diviser les sommes 4 S(n)(S(n+ 1)+S(n-1)) + (S(n+ 1)-S(n-1))(S(n+ 2)-S(n-2) par

2 2

les sommes 4 S(n) + (S(n+ 1)-S(n-1))2 12 Dispositif selon la revendication 11 caractérisé en ce que le moyen d'échantillonnage ( 51) comprend un moyen ( 82, 86, 87, 81, SW 1) pour échantillonner le signal en salves d'échantillons à la fréquence d'échantillonnage et en ce que la fréquence des salves est égale ou supérieure au

double de l'écart de fréquence maximum dudit signal.

2 S 73 I)

13 Dispositif selon la revendication 11 caractérisé de plus par un moyen ( 59) pour traiter les échantillons F(n) selon la relation (fs/2 rr) arcsin ( 2 i F(n)/fs) o s s

f est la fréquence d'échantillonnage.

s 14 Procédé de démodulation de signaux FM comprenant les étapes de: échantillonner le signal FM; et stocker des valeurs successives d'échantillons de façon qu'au moins quatre échantillons successifs soient 10 simultanément disponibles, désignés par S(n+ 2), S(n+ 1), S(n) et S(n1) ou S(n+ 2) est l'échantillon le plus courant, caractérisé en ce que l'étape d'échantillonnage est accompli à une fréquence comprise entre + 20 pourcent de quatre fois la 15 fréquence porteuse; et en ce que l'on traite les échantillons pour produire un signal démodulé de sortie F(n). Procédé selon la revendication 14 caractérisé en ce que l'étape de traiter les échantillons produit 20 des échantillons correspondant aux différences des produits croisés de la valeur moyenne des composantes sur les échantillons disponibles par les dérivés des composantes. 16 Procédé selon la revendication 15 caractérisé 25 en ce que l'étape de traiter les échantillons prévoit de plus la division des différences des produits croisés

par la somme des carrés des valeurs moyennes.

17 Procédé selon la revendication 14 caractérisé en ce que l'étape de traiter les échantillons combine 30 les échantillons selon l'équation F(n) = (S(n-1)S(n+ 2)-S(n)S(n+ 1))/

((S(n-1)-S(n+ 1))2 + (S(n)-S(n+ 2))2).

18 Procédé selon la revendication 14 caractérisé en ce que le traitement combine les échantillons selon 35 l'équation 4 S(n)(S(n+ 1)+S(n-1)) + (S(n+ 1)-S(n-1)) (S(n+ 2)-S(n-2)) F 4 S(n) + (S(n+ 1)-S(n-1)) 4 S(n) 2 + (S (n+l)-S (n-l))2