Dispositivo de recepción de banda ancha por autotransposición y aplicación a la detección y a la caracterización de emisiones radioeléctricas.

Dispositivo (70) de recepción de banda ancha, adaptado para la recepción de emisiones radioeléctricas de frecuencia central F0 comprendida en una banda de frecuencias BH, comprendiendo dicho dispositivo al menos:

- dos antenas

(78, 79) idénticas de banda muy ancha de alta ganancia, directivas en al menos un plano,

apuntando las dos antenas sustancialmente en la misma dirección, produciendo cada una de las antenas a partir de las emisiones captadas una señal radioeléctrica S1 o S2;

- una cadena de recepción que comprende dos osciladores locales coherentes en fase, de frecuencias respectivas F1 y F2≥F1+FI superiores a la frecuencia máxima de la banda BH, realizando dicha cadena de recepción la demodulación de las señales radioeléctricas S1 y S2 en una señal en frecuencia intermedia FI;

caracterizado porque la señal en frecuencia intermedia se obtiene en dos etapas:

- demodulando inicialmente la señal S1 o la señal S2 mediante una señal obtenida respectivamente mediante transposición en frecuencia de la otra señal, la señal S2 o S1 respectivamente, por medio del oscilador local de frecuencia F1 y seleccionando la banda lateral inferior del espectro obtenido; siendo filtrada por su parte la señal demodulada obtenida de manera que no conserve más que la banda lateral superior del espectro obtenido tras la demodulación;

- trasponiendo a continuación a frecuencia intermedia, FI, la señal obtenida por demodulación de la señal S1 o S2 por medio del oscilador local de frecuencia F2≥F1+FI;

estando la señal en frecuencia intermedia producida centrada sobre una frecuencia intermedia FI constante sea cual sea la frecuencia central F0 de las señales recibidas.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2012/050196.

Solicitante: THALES.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 45, RUE DE VILLIERS 92200 NEUILLY SUR SEINE FRANCIA.

Inventor/es: CORNIC, PASCAL, Jahan,Daniel, GARREC,PATRICK.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > ANTENAS (elementos radiantes o antenas para calentamiento... > H01Q25/00 (Antenas o sistemas de antenas que suministran al menos dos diagramas de radiación (disposiciones para hacer variar o cambiar la orientación o la forma del diagrama direccional H01Q 3/00))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > ANTENAS (elementos radiantes o antenas para calentamiento... > Dispositivos para cambiar o hacer variar la orientación... > H01Q3/02 (utilizando el movimiento mecánico de una antena o sistema de antenas en su conjunto)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > LOCALIZACION DE LA DIRECCION POR RADIO; RADIONAVEGACION;... > Localizadores de dirección para la determinación... > G01S3/46 (que utilizan antenas distanciadas entre sí y miden la diferencia de fase o de tiempo entre las señales que provienen de ellos, p. ej. sistemas basados en la diferencia de caminos)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > LOCALIZACION DE LA DIRECCION POR RADIO; RADIONAVEGACION;... > Localizadores de dirección para la determinación... > G01S3/66 (Sistemas de haz estrecho que producen en el receptor una señal envolvente de la onda portadora del haz de tipo pulso, cuyo instante de ocurrencia depende del ángulo entre la dirección transmisor-receptor y una dirección de referencia que pasa por el receptor; Sistemas de haces anchos solapados que definen en el receptor una zona estrecha y que producen una señal envolvente de la onda portadora del haz de tipo pulso, cuyo instante de ocurrencia depende del ángulo entre la dirección transmisor-receptor y una dirección de referencia que pasa por el receptor)

PDF original: ES-2537883_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Dispositivo de recepción de banda ancha por autotransposición y aplicación a la detección y a la caracterización de emisiones radioeléctricas

La invención se refiere al campo general de los dispositivos de detección de señales electromagnéticas y, en particular, para aquellos que tienen un intervalo muy ancho de frecuencia de emisión a recibir, como por ejemplo los detectores de radares.

El funcionamiento de los dispositivos actuales de detección de señales electromagnéticas se basa, de manera conocida, en dos principios diferentes:

- la detección directa en banda muy ancha cuyo principio se ilustra por la figura 1,

- la recepción superheterodina en banda estrecha cuyo principio se ilustra por la figura 2.

La detección directa de banda muy ancha, en una banda que se extiende por ejemplo entre 2 y 18 GHz, presenta la ventaja de la simplicidad material. Su implementación es, por lo tanto, de un coste relativamente reducido. Por otro lado, permite, por principio, una visibilidad instantánea sobre el conjunto de la banda espectral de interés. En consecuencia la probabilidad de interceptar una señal es ventajosamente máxima. Sin embargo, el principal inconveniente de este principio es no presentar una selectividad en frecuencia, lo que se considera como penalizador en el caso de un funcionamiento en un entorno denso, es decir cargado de señales radioeléctricas de frecuencias diversas.

La recepción superheterodina tiene por característica esencial ser selectiva debido a la utilización de un filtro pasa banda, definido como que es notablemente más estrecho que la totalidad de la banda a cubrir (el filtro de frecuencia intermedia: Fl). Para ello, esto implica la transposición de la señal a frecuencia intermedia.

A continuación, la cobertura total de la banda espectral de interés, 2 a 18 GHz por ejemplo, se realiza clásicamente barriendo ésta, pero en detrimento de la probabilidad de interceptar unas señales fugaces como unos impulsos. Para evitar esta contrariedad, sería necesario poner en paralelo tantos canales de recepción de este tipo como amplitud de banda de Fl haya en la banda total a cubrir. Esto tendría como consecuencia directa incrementar de manera excesiva la complejidad material del funcionamiento de la recepción, y por tanto su coste. En consecuencia, en general no se ha realizado.

A continuación, la tendencia actual, cuando se utiliza un sistema de recepción superheterodino, es ampliar la banda pasante de Fl y, con el fin de conservar la selectividad deseada, proceder a un análisis espectral en la banda de Fl, mediante FFT (Fast Fourier Transform o transformada de Fourier rápida) por ejemplo. La probabilidad de interceptación continuará siendo sin embargo más reducida que en el caso de la recepción directa en banda ancha. Por otro lado, este principio de recepción en banda estrecha, que limita la banda de ruido de hiperfrecuencia, no mejora la sensibilidad más que en una medida modesta. Además, la multiplicación de las vías de recepción completa (receptor superheterodino y analizador espectral), para tratar en paralelo las señales procedentes muy frecuentemente de al menos cuatro antenas, tiene igualmente como consecuencia inducir una complejidad material y por tanto un coste elevado.

Estos dos tipos de recepción se asocian generalmente a unos dispositivos de antenas que presentan poca ganancia. El principio observado es generalmente cubrir una zona angular de 36° en orientación con un número de antenas limitado, de manera que principalmente se minimice el número de vías de recepción paralelas necesarias para tratar simultáneamente las señales que corresponden al frente de onda interceptado. Al ser el número de antenas reducido, se utilizan unas antenas que presentan una reducida directividad y por tanto una ganancia menor. Esta reducida ganancia de antena es en consecuencia perjudicial para la sensibilidad, en la que tiene una influencia directa, contrariamente a la reducción de la banda de ruido de hiperfrecuencia.

Para ciertas aplicaciones, es conocida igualmente la utilización de sistemas de recepción superheterodinos que comprenden unas antenas giratorias de gran ganancia. Sin embargo la probabilidad de intercepción de tales sistemas permanece muy reducida. En efecto, la cobertura eficaz de la banda espectral de interés y de la abertura angular deseada, 36° en orientación por ejemplo, necesita proceder a un número significativo de barridos del espacio frecuencia-orientación.

También, de una manera general, los receptores no están verdaderamente adaptados a unas duraciones de las señales que puedan variar en un gran intervalo, lo que no les permite ser óptimos en términos de sensibilidad, en particular para unas formas de onda de potencia de cresta muy reducida, las formas de onda implementadas por las emisiones de tipo LPI (Low Probability of Intercept según la denominación anglosajona), por ejemplo, unas formas de onda de modulación de frecuencia lineal (es decir FMCW o Frequency Modulated Continuous Wave según la denominación anglosajona), o incluso unas formas de onda de modulación por codificación de fase.

Un documento FR 2 742 551 A1 divulga un dispositivo de recepción de señales electromagnéticas.

Un objeto de la invención es proponer un dispositivo de recepción alternativo, de banda pasante muy ancha, de muy

alta sensibilidad y de probabilidad de intercepción elevada. Otro objetivo de la invención es proponer un dispositivo de recepción ventajoso en términos de coste.

Con este fin la invención tiene por objeto un dispositivo de recepción de banda ancha, adaptado para la recepción de emisiones radioeléctricas de frecuencia central Fo comprendida en una banda de frecuencias BH. El dispositivo según la invención comprende al menos:

- dos antenas idénticas de banda muy ancha de alta ganancia, directivas en al menos un plano, apuntando las dos antenas sustancialmente en la misma dirección, produciendo cada una de las antenas a partir de las emisiones captadas una señal radioeléctrica S1 o S2;

- una cadena de recepción que comprende dos osciladores locales coherentes en fase, de frecuencias respectivas F1 y F2=F1+FI superiores a la frecuencia máxima de la banda BH, realizando dicha cadena de recepción la demodulación de las señales radioeléctricas S1 y S2 en una señal en frecuencia intermedia Fl.

Según la invención, la señal en frecuencia intermedia se obtiene en dos etapas:

- demodulando inicialmente la señal S1 o la señal S2 mediante una señal respectivamente obtenida mediante transposición en frecuencia de la otra señal, la señal S2 o S1 respectivamente, por medio del oscilador local de frecuencia F1 y seleccionando la banda lateral inferior del espectro obtenido. La señal demodulada obtenida se filtra por su parte de manera que no conserve más que la banda lateral superior del espectro obtenido tras la demodulación;

- trasponiendo a continuación a frecuencia intermedia, Fl, la señal obtenida por demodulación de la señal S1 o S2 por medio del oscilador local de frecuencia F2=F1+FI.

La señal en frecuencia intermedia así producida se centra sobre una frecuencia intermedia Fl constante sea cual sea la frecuencia central Fo de las señales recibidas.

La invención tiene igualmente por objeto un dispositivo de recepción de banda ancha adaptado a la recepción de emisiones radioeléctricas de frecuencia central Fo comprendida en una banda de frecuencias BH. El dispositivo según la invención comprende al menos:

- dos antenas idénticas de banda muy ancha de alta ganancia, directivas en al menos un plano, apuntado las dos antenas sustancialmente en la misma dirección, produciendo cada una de las antenas a partir de las emisiones... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo (7) de recepción de banda ancha, adaptado para la recepción de emisiones radioeléctricas de frecuencia central Fo comprendida en una banda de frecuencias BH, comprendiendo dicho dispositivo al menos:

- dos antenas (78, 79) idénticas de banda muy ancha de alta ganancia, directivas en al menos un plano, apuntando las dos antenas sustancialmente en la misma dirección, produciendo cada una de las antenas a partir de las emisiones captadas una señal radloeléctrica S1 o S2;

- una cadena de recepción que comprende dos osciladores locales coherentes en fase, de frecuencias respectivas F1 y F2=F1+FI superiores a la frecuencia máxima de la banda BH, realizando dicha cadena de recepción la demodulación de las señales radioeléctricas S1 y S2 en una señal en frecuencia intermedia Fl;

caracterizado porque la señal en frecuencia intermedia se obtiene en dos etapas:

- demodulando inicialmente la señal S1 o la señal S2 mediante una señal obtenida respectivamente mediante transposición en frecuencia de la otra señal, la señal S2 o S1 respectivamente, por medio del oscilador local de frecuencia F1 y seleccionando la banda lateral inferior del espectro obtenido; siendo filtrada por su parte la señal demodulada obtenida de manera que no conserve más que la banda lateral superior del espectro obtenido tras la demodulación;

- trasponiendo a continuación a frecuencia intermedia, Fl, la señal obtenida por demodulación de la señal S1 o S2 por medio del oscilador local de frecuencia F2=F1+FI;

estando la señal en frecuencia Intermedia producida centrada sobre una frecuencia intermedia Fl constante sea cual sea la frecuencia central Fo de las señales recibidas.

2. Dispositivo (7) de recepción de banda ancha adaptado para la recepción de emisiones radioeléctricas de frecuencia central Fo comprendida en una banda de frecuencias BH, comprendiendo dicho dispositivo al menos:

- dos antenas (78, 79) idénticas de banda muy ancha de alta ganancia, directivas en al menos un plano, apuntando las dos antenas sustancialmente en la misma dirección, produciendo cada una de las antenas a partir de las emisiones captadas una señal radioeléctrica S1 o S2;

- una cadena de recepción que comprende dos osciladores locales, de frecuencias respectivas F1 y F2=F1+FI superiores a la frecuencia máxima de la banda BH, realizando dicha cadena de recepción la demodulación de las señales radioeléctricas S1 y S2 en dos señales en frecuencia intermedia 11 fi y Q2fi;

caracterizado porque las dos señales en frecuencia intermedia 11 Fi y Q2fi se obtienen en dos etapas:

- demodulando inicialmente cada una de las dos señales S1 o S2 mediante una señal Qs2 o Isi obtenida respectivamente, mediante transposición (72, 74) en frecuencia de la otra señal, la señal S2 o S1 respectivamente, por medio de una señal de frecuencia F1 respectivamente en cuadratura de fase o en fase con el oscilador local (77) de frecuencia F1 y seleccionando la banda lateral inferior del espectro (73) obtenido; las señales demoduladas 11 y Q2 obtenidas son a su vez filtradas, de manera que no conserve más que la banda lateral superior del espectro obtenido tras la demodulación;

- trasponiendo a continuación a frecuencia intermedia, Fl, las señales 11 y Q2 obtenidas por demodulación de las señales S1 y S2 (712, 713) por medio del oscilador local (711) de frecuencia F2=F1+FI;

estando las señales en frecuencia intermedia I1fi y Q2fi centradas en una frecuencia intermedia Fl constante sea cual sea la frecuencia central Fo de las señales recibidas.

3. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque las antenas (78, 79) son unas antenas contiguas dispuestas según una configuración monopulso de fase, de tal manera que sus ejes de visión se dirijan en la misma dirección.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque las antenas (78, 79) se disponen, según una configuración de antena monopulso de amplitud, de tal manera que sus centros de fase se sitúen en el mismo entorno, y que apunten en unas direcciones no paralelas, distintas una de la otra en un ángulo a Igual a una parte de su apertura angular.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque las antenas (78, 79) se disponen, según una configuración que forma una base de ¡nterferometría ambigua, de manera que estén separadas entre sí por un espacio y apunten en la misma dirección.

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque las antenas (78, 79) se disponen de manera que estén separadas entre sí y apunten en unas direcciones desfasadas la una con respecto a la otra en un ángulo correspondiente a una parte de la apertura angular.

7. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el conjunto de antenas (78, 79) es directivo en orientación.

8. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el conjunto de antenas (31, 32) es móvil en rotación según un barrido mecánico alrededor de un eje (33) vertical, de manera que cubra un sector angular inferior o igual a 36° en orientación.

9. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada antena (41, 42) está constituida por subredes (43) independientes, que cubren unas bandas de frecuencias adyacentes, cubriendo el conjunto de las subredes la totalidad de la banda de frecuencias BH a explorar.

1. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque cada subred (43) está configurada de manera que se active o desactive independientemente de las otras subredes.

11. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque las salidas de las subredes que forman una misma antena se suman (64) después de la amplificación (62) y filtrado (63), para formar una salida única por antena.

12. Dispositivo de detección y de caracterización de emisiones (8) radioeléctricas, adaptado a la recepción y a la caracterización de emisiones radioeléctricas de frecuencia central Fo comprendida en una banda de frecuencias BH, caracterizado porque comprende al menos:

- un dispositivo (7) de recepción de banda ancha según una de las reivindicaciones 1 a 11 que produce dos señales 11 fi y Q2fi en frecuencia intermedia;

- una cadena (8) de tratamiento que comprende por su parte:

- unos medios (81, 82) de digitalización que realizan la conversión analógica-digital de las señales 11 FI y Q2FI;

- unos primeros medios (83, 84) de tratamiento cuya función es efectuar, en la salida del dispositivo (7) de recepción, después de la digitalización, un filtrado adaptado de las señales 11 fi y Q2fi digitalizadas;

- unos segundos medios (87) de tratamiento cuya función es realizar por un lado la detección de una emisión por comparación del nivel de la señal recibida con un umbral de detección dado y por otro lado la medición de la duración y del periodo de repetición de la señal recibida a partir de su envolvente;

- unos terceros medios (814) de tratamiento cuya función es realizar, en paralelo al tratamiento realizado por los segundos medios, a partir de las señales en FI I1fi y Q2fi y después del muestreado y digitalización (81, 82), una medición de la frecuencia de la emisión detectada así como la medición de la orientación localizando la fuente de emisión, realizándose esta función por medición interferométrica entre las dos vías de recepción 11 fi y Q2fi después del filtrado (83, 84) adaptado.

13. Dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado porque las salidas I1fi y Q2fi del dispositivo (7) de recepción se conectan después de la digitalización (81, 82) a la entrada de un filtro (83) adaptado a la duración del impulso esperado más corto.

14. Dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado porque las salidas I1fi y Q2fi del dispositivo (7) de recepción se conectan después de la digitalización a la entrada de un filtro (84) adaptado al código de modulación esperado más corto.

15. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque los segundos medios (87) de tratamiento realizan una detección cuadrática (85, 86) de la señal proporcionada por los filtros adaptados.