WO2008000806A1 - Procede et systeme permettant la reorganisation sequentielle de signaux - Google Patents

Procede et systeme permettant la reorganisation sequentielle de signaux Download PDF

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Anthony Bellion
Cyrille Le Meins
Jean-Pierre Friconneau
Patrice Stevens
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Definitions

  • the present invention provides a system and method for sequentially rearranging signals.
  • the invention is applicable in any electronic application of precision and signal processing dedicated to signal acquisition systems (for example digital receivers).
  • the current reception principle is based on the use of analog circuits (called hybrids thereafter), placed at the level of the aerial, and allowing processing on signals acquired at the same time on several air.
  • This concept allows the receiver to acquire a combination of aerial but not a single aerial. This principle therefore reduces the band of use and is reserved for systems operating in narrow band, less than one octave.
  • Prior art techniques known to the applicant do not allow to operate over a wide frequency band. They also do not allow precise synchronization of the signals. In addition, they do not allow the actual acquisition of signals, but only the acquisition of the image of the phase ratio of signals taken two by two, which limits digital processing downstream.
  • the invention relates to a system for sequentially rearranging signals received on a set of sensors, characterized in that it comprises in combination at least the following elements:
  • the sequencer is adapted to control a sensor switch
  • the invention also relates to a method for sequentially rearranging signals received on a set of sensors, characterized in that it comprises at least the following steps:
  • o acquire a signal received on a sensor of the set, store it, then switch to acquire another signal received on another sensor of the set, o reiterate the acquisition of the signals received on each of the sensors of the assembly until all or most of the sensors have been scanned, and store all the acquired information, o select one of the sensors on which the signal has previously acquired and reiterate a signal acquisition and storage cycle for this reference signal, o compare this acquisition with the acquisition previously obtained for the same sensor, o determine from this comparison the existing switching error, o apply the error correction to each of the recorded signals, o correct the phase error due to the switching time.
  • the object of the invention has notably the advantages of eliminating the hybrid components of the systems according to the prior art and sequentially acquiring the signals on each aerial while controlling the phase errors.
  • the figure represents a system structure comprising for example:
  • a network of 1 n air or sensors o a high precision clock 2, controlling a sequencer 3 and for accurately timing the switching and acquisition times between each air 1 n, o the sequencer 3 itself controls a antenna switch 4, for receiving signals, the antenna switch 4 is connected to a single-channel radiofrequency reception module 5, an acquisition card 6, and a processing model 7.
  • the antenna switch 4 is particularly adapted and selected to perform the passage from one air to another.
  • the antenna switch 4 is for example an N switch overhead to 1 receive channel.
  • the function of the antenna switch 4 is notably to let the signals of an aerial pass to the devices situated in the processing chain and to block the signals coming from the other aircrafts. It has particular particularity of having an identical or substantially identical opening / closing response time on each of the air routes.
  • Sequencer 3 generates the management function of the switch. Its particular function is to select the channel that is connected to the desired air.
  • Clock 2 is used to clock the sequencer.
  • the scanning cycle of all the airs is chosen so that the frequency of the clock is stable.
  • the order of magnitude is for example 10 "10 .
  • the RF device 5 is a radio reception module. This module has the particular function of transposing the reception frequency band to an intermediate frequency which is returned to the acquisition card 6.
  • the acquisition card is adapted in particular to quantify the signals received on each aerial and to send them to the processing module 7.
  • the system implements a goniometry algorithm appropriate to the antennal system.
  • the structure functions for example as described below.
  • the idea is based in particular on a sequential acquisition of the signals on each aerial, and their temporal coherence while controlling the phase errors.
  • Each aerial is connected to an N-to-1 antenna switch that is controlled by the sequencer clocked at a clock speed
  • a signal is then selected from among those that have been acquired, then an N + 1 switching is performed, that is to say for example on the first air and the acquisition is redone.
  • This last acquisition is compared to the first acquisition. This comparison makes it possible to determine an existing error and to reset each of the acquisitions. Since the signal is considered stationary or substantially stationary during a signal acquisition cycle (acquisition over a very short period of time), it is able to estimate its value with respect to that acquired and therefore to deduce the drift that n is other than switching errors.
  • the system can: o Firstly, correct the overall error on each recorded signal, and o then correct the phase error due to the switching time,
  • the system is clocked at the rhythm of the sequencer with the accuracy of the clock.
  • the sequencer controls the switch.
  • the system and the method according to the invention apply for any measurement chain which implement a parallel acquisition of signals.

Abstract

Système permettant de réorganiser de manière séquentielle des signaux reçus sur un ensemble de capteurs caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison au moins les éléments suivants : a) un réseau d'aériens (1n) ou capteurs, b) une horloge haute précision (2), commandant un séquenceur (3) et adapté à cadencer précisément les temps de commutation et d'acquisition entre chaque aériens (1n), c) le séquenceur (3) est adapté à commander un commutateur d'antenne (4), d) le commutateur d'antenne (4) est relié à un module de réception radiofréquence mono-voie (5), e) une carte d'acquisition (6), et un modèle de traitement (7).

Description

PROCEDE ET SYSTEME PERMETTANT LA REORGANISATION SEQUENTIELLE DE SIGNAUX
L'invention concerne notamment un système et un procédé pour réorganiser séquentiellement des signaux.
L'invention s'applique dans toute application électronique de précision et de traitement du signal dédiée aux systèmes d'acquisition de signaux (par exemple les récepteurs numériques).
La fonction de « réorganisation séquentielle de signaux » permet, dans un contexte de goniométhe, par exemple, d'acquérir un par un les signaux reçus sur un réseau d'aériens, et de les traiter comme s'ils avaient été acquis simultanément.
Dans le cas de la goniométhe, par exemple, le principe actuel de réception est basé sur l'utilisation de circuits analogiques (appelés hybrides par la suite), placés au niveau des aériens, et permettant les traitements sur des signaux acquis aux même instants sur plusieurs aériens. Ce concept permet au récepteur d'acquérir une combinaison d'aérien mais pas un seul aérien. Ce principe réduit donc la bande d'utilisation et est réservé aux systèmes fonctionnant en bande étroite, inférieur à l'octave.
Les systèmes connus de l'art antérieur utilisent généralement autant de voies de réception que d'aériens lors de l'acquisition des signaux. La faible bande passante des circuits hybride entraîne donc leur multiplication, et donc un coût important, pour pouvoir couvrir toute la bande de fréquence voulue. Un autre inconvénient présenté par de tels systèmes est que ce n'est pas le signal lui-même qui est numérisé mais une fonction correspondant au signal présent sur deux aériens. Les systèmes selon l'art antérieur ne permettent pas d'accéder à l'information d'amplitude ce qui est limitatif du point de vue algorithmique en particulier en goniométrie.
Les techniques de l'art antérieur connues du demandeur ne permettent pas de fonctionner sur une large bande de fréquence. Elles ne permettent pas non plus une synchronisation précise des signaux. De plus, elles n'autorisent pas l'acquisition réelle des signaux, mais uniquement l'acquisition de l'image du rapport de phase de signaux pris deux à deux, ce qui limite les traitements numériques en aval.
L'invention concerne un système permettant de réorganiser de manière séquentielle des signaux reçus sur un ensemble de capteurs caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison au moins les éléments suivants :
• un réseau de capteurs, • une horloge, commandant un séquenceur et adapté à cadencer précisément les temps de commutation et d'acquisition entre chaque capteur,
• le séquenceur est adapté à commander un commutateur de capteurs,
• le commutateur de capteurs, à une carte d'acquisition, et un modèle de traitement.
L'invention concerne aussi un procédé pour réorganiser de manière séquentielle des signaux reçus sur un ensemble de capteurs caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes :
o acquérir un signal reçu sur un capteur de l'ensemble, le mémoriser, puis commuter pour acquérir un autre signal reçu sur un autre capteur de l'ensemble, o réitérer l'acquisition des signaux reçus sur chacun des capteurs de l'ensemble jusqu'à ce que tous les capteurs, ou la majorité, aient été scrutés, et stocker toutes les informations acquises, o sélectionner un des capteurs sur lequel le signal a été acquis précédemment et réitérer un cycle d'acquisition de signal et de mémorisation pour ce signal de référence, o comparer cette acquisition avec l'acquisition précédemment obtenue pour le même capteur, o déterminer à partir de cette comparaison l'erreur de commutation existante, o appliquer la correction d'erreur sur chacun des signaux enregistrés, o corriger l'erreur de phase due au temps de commutation.
L'objet de l'invention présente notamment comme avantages de supprimer les composants hybrides des systèmes selon l'art antérieur et d'acquérir séquentiellement les signaux sur chaque aérien tout en contrôlant les erreurs de phase.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit annexée de la figure unique qui représente un exemple de structure de système donné à titre illustratif et nullement limitatif.
La figure représente une structure de système comprenant par exemple :
o un réseau d'aériens 1 n ou capteurs, o une horloge haute précision 2, commandant un séquenceur 3 et permettant de cadencer précisément les temps de commutation et d'acquisition entre chaque aériens 1 n, o le séquenceur 3 commande lui-même un commutateur d'antenne 4, pour la réception des signaux, o le commutateur d'antenne 4 est relié à un module de réception radiofréquence mono-voie 5, o une carte d'acquisition 6, et un modèle de traitement 7.
Le commutateur d'antenne 4 est notamment adapté et choisi pour exécuter le passage d'un aérien à un autre. Le commutateur d'antenne 4 est par exemple un commutateur N aériens vers 1 voie de réception.
Le commutateur d'antenne 4 a notamment pour fonction de laisser passer les signaux d'un aérien vers les dispositifs situés dans la chaîne de traitement et de bloquer les signaux issus des autres aériens. Il présente notamment comme particularité d'avoir un temps de réponse à l'ouverture/fermeture identique ou sensiblement identique sur chacune des voies d'aérien.
Le séquenceur 3 génère la fonction de gestion du commutateur. Il a notamment pour fonction de sélectionner la voie qui est connectée sur l'aérien souhaité.
L'horloge 2 sert à cadencer le séquenceur. Le cycle de balayage de tous les aériens est choisi pour que la fréquence de l'horloge soit stable. L'ordre de grandeur est par exemple de 10"10.
Le dispositif RF 5 est un module de réception radio. Ce module a notamment pour fonction de transposer la bande de fréquence de réception à une fréquence intermédiaire qui est renvoyée sur la carte d'acquisition 6.
La carte d'acquisition est adaptée pour notamment quantifier les signaux reçus sur chaque aérien et de les envoyer vers le module de traitement 7.
Dans le cas d'une application de goniométhe, le système met en œuvre un algorithme de goniométrie approprié au système antennaire.
La structure fonctionne par exemple de la manière décrite ci-après. L'idée repose notamment sur une acquisition séquentielle des signaux sur chaque aérien, et leur mise en cohérence temporelle tout en contrôlant les erreurs de phase.
On suppose que le signal est stationnaire ou sensiblement stationnaire pendant un cycle d'acquisition du signal. On considère qu'un signal donné est caractérisé de moins l'infini à plus l'infini, si on caractérise seulement ce signal sur une faible durée qui permet d'en déterminer sa phase et son amplitude. Cette caractérisation ou modélisation faite, on peut ensuite estimer la valeur du signal soit dans le passé, soit dans le futur.
1. Chaque aérien est connecté à un commutateur d'antenne N vers 1 qui est contrôlé par le séquenceur cadencé à une vitesse d'horloge,
2. On acquiert un signal sur un aérien puis on commute sur l'aérien suivant,
3. On répète l'acquisition et on recommence le cycle jusqu'au dernier aérien, les acquisitions et le stockage sur les N antennes du réseau d'aériens sont ainsi réalisées, chaque signal ayant été transposé grâce au récepteur radio à une fréquence radio.
On sélectionne ensuite un signal en référence parmi ceux qui ont été acquis, puis on réalise une N+1 commutation, c'est-à-dire par exemple sur le premier aérien et l'on refait une acquisition. Cette dernière acquisition est comparée à la première acquisition. Cette comparaison permet de déterminer une erreur éventuellement existante et de recaler chacune des acquisitions. Le signal étant considéré comme stationnaire ou sensiblement stationnaire pendant un cycle d'acquisition du signal (acquisition sur une durée très brève), on est en mesure d'estimer sa valeur par rapport à celle acquise et donc d'en déduire la dérive qui n'est autre que les erreurs de commutations.
4. connaissant les différentes erreurs, le système peut : o dans un premier temps, corriger l'erreur globale sur chaque signal enregistré, et o ensuite, corriger l'erreur de phase due au temps de commutation,
il est alors ensuite possible de synchroniser les signaux enregistrées afin d'appliquer les traitements d'antenne appropriés.
Le système est cadencé au rythme du séquenceur avec la précision de l'horloge. Le séquenceur contrôle le commutateur.
Les étapes décrites précédemment s'appliquent, par exemple, pour des applications de goniométhe.
Le système et le procédé selon l'invention s'appliquent pour toute chaîne de mesure qui mettent en œuvre une acquisition de signaux en parallèles.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Système permettant de réorganiser de manière séquentielle des signaux reçus sur un ensemble de capteurs caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison au moins les éléments suivants :
• un réseau de capteurs (1 n),
• une horloge (2), commandant un séquenceur (3) et adapté à cadencer précisément les temps de commutation et d'acquisition entre chaque capteur (1 n), • le séquenceur (3) est adapté à commander un commutateur de capteurs (4),
• le commutateur de capteurs (4), à une carte d'acquisition (6), et un modèle de traitement (7).
2 - Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le commutateur de capteur (4) est un commutateur N aériens vers 1 voie de réception.
3 - Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte un module (5) de mise en forme du signal entre le commutateur de capteurs (4) et la carte d'acquisition (6).
4 - Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que le module de mise en forme (5) est un module de réception radiofréquence mono-voie.
5 - Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte un module de goniométrie. 6 - Procédé pour réorganiser de manière séquentielle des signaux reçus sur un ensemble de capteurs caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes :
o acquérir un signal reçu sur un capteur de l'ensemble, le mémoriser, puis commuter pour acquérir un autre signal reçu sur un autre capteur de l'ensemble, o réitérer l'acquisition des signaux reçus sur chacun des capteurs de l'ensemble jusqu'à ce que tous les capteurs ou la majorité aient été scrutées, et stocker toutes les informations acquises, o sélectionner un des capteurs sur lequel le signal a été acquis précédemment et réitérer un cycle d'acquisition de signal et de mémorisation pour ce signal de référence, o comparer cette acquisition avec l'acquisition précédemment obtenue pour le même capteur, o déterminer à partir de cette comparaison l'erreur de commutation existante, o appliquer la correction d'erreur sur chacun des signaux enregistrés, o corriger l'erreur de phase due au temps de commutation.
7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on sélectionne le signal de la première voie de réception comme signal de référence.
8 - Procédé selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de goniométhe.
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