RECEPTOR DIGITAL DE BANDA ANCHA DE MEDICION DE FRECUENCIA.

Receptor de hiperfrecuencias configurado para la medición de la frecuencia F de la señal de hiperfrecuencias recibida por el receptor,

en una banda de frecuencias cuya frecuencia máxima es Fmax, comprendiendo el receptor N etapas digitales E1, E2, ... Ek, ... EN de medición de frecuencia que proporcionan N mediciones de frecuencia ambiguas Fm1, Fm2, ... Fmk, ... FmN de la señal recibida, muestreándose la señal recibida, en cada etapa digital, a una respectiva frecuencia de muestreo Fe1, Fe2, ... Fek, ... FeN, comprendiendo el receptor además un dispositivo (40) de eliminación de la ambigüedad que recibe las N mediciones de frecuencia y que proporciona la frecuencia F de la señal recibida, comprendiendo cada etapa Ek digital de medición de frecuencia:

- un convertidor (50) analógico digital de un bit al que se alimenta directamente la señal de hiperfrecuencia recibida por el receptor, proporcionando cada convertidor una señal digital real a una frecuencia de muestreo Fek,

- medios de cálculo para efectuar una transformada de Fourier discreta a partir de las muestras en la salida del convertidor de un bit,

- al menos un detector (60, 62) de máximo de línea de la transformada de Fourier discreta proporcionada por los medios de cálculo,

caracterizado porque cada frecuencímetro Ek (adoptando k un valor entero entre 1 y N) proporciona Nptk puntos de muestreo a un dispositivo (52) TFD de cálculo de la transformada de Fourier discreta a partir de los puntos de muestreo, efectuando el dispositivo (52) de cálculo TFD la transformada de Fourier discreta sobre Nptk puntos de manera continua con un solapamiento temporal del 50%, proporcionando el dispositivo en una primera salida (54) una primera transformada de Fourier discreta TFDi-1 de los Nptk puntos de muestreo durante un primer periodo de tiempo de muestreo Tei-1 y en una segunda salida (56) una segunda transformada de Fourier discreta TFDi de los Nptk puntos de muestreo durante un segundo periodo de tiempo de muestreo Tei que se solapa con el primero en un 50% del tiempo de muestreo de los Nptk puntos (siendo i el índice temporal de las transformadas de Fourier discretas o TFD)

Receptor digital de banda ancha de medición de frecuencia.

La invención se refiere más precisamente a un receptor de banda muy ancha destinado a la medición instantánea de la frecuencia de señales recibidas (o interceptadas) por el receptor especialmente en el dominio de las frecuencias de radar.

Los receptores destinados a la detección de señales radioeléctricas de tipo radar (o de telecomunicaciones) se utilizan especialmente en el campo de la guerra electrónica. Estos tipos de receptores tienen funciones de medición de frecuencia instantánea y del nivel de la señal recibida.

El problema técnico que se plantea para tales receptores es medir la frecuencia de las señales interceptadas con:

- una buena sensibilidad; la potencia de ruido intrínseca en un receptor de banda ancha instantánea impone trabajar con una relación señal a ruido muy reducida, incluso negativa, para obtener la sensibilidad requerida,

- una duración de medición, y por tanto de integración, reducida; siendo el objetivo caracterizar emisiones de radar cuya duración de impulso puede ser muy corta,

- mediciones de señales interceptadas a una cadencia elevada; el objetivo es asociar las mediciones de frecuencia y de nivel para caracterizar las señales interceptadas con una buena resolución temporal,

- un receptor de medición barato y con un volumen reducido; una mejora importante en este campo permite, por ejemplo en sistemas de detección, multiplicar el número de receptores por sistema y por tanto mejorar los rendimientos del sistema sin gravar ni el precio ni el volumen del sistema.

Los receptores del estado de la técnica que funcionan a frecuencias muy altas comprenden generalmente etapas de entrada analógicas seguidas de etapas de tratamiento digital de la señal.

Un principio de funcionamiento de un receptor del estado de la técnica que permite una medición instantánea de la frecuencia de la señal recibida designado como "frecuencímetro de muestreo espacial" está basado en la creación de un régimen de ondas estacionarias, a partir de la señal recibida, en una línea de propagación y en medir la posición de los nodos y de los vientres distribuidos lo largo de esta línea de propagación, la periodicidad de los nodos y de los vientres da una medición basta de la frecuencia de la señal recibida.

La figura 1 representa un principio de receptor del estado de la técnica que muestrea una manera práctica de obtener este régimen de ondas estacionarias.

Una señal recibida se(t), después la amplificación analógica, se divide mediante un divisor 10 de potencia hacia dos salidas del divisor. Cada señal s1(t) y s2(t) en las dos salidas del divisor 10 se aplica, una s1(t) a una entrada E1 de una línea analógica L1 de propagación y la otra s2(t) a una entrada E2 de otra línea analógica L2 de propagación, estando orientadas las dos líneas analógicas según un eje XX'. La otra línea analógica L2 comprende en serie una línea con un retardo Lr. Las dos líneas L1 y L2 están conectadas por su salida S.

La señal s1(t) se propaga sobre la línea L1 en el sentido creciente de las x según este eje XX'. Otra señal s2(tt) obtenida a partir de la señal s2(t) retardada en t por la línea de retardo Lr se introduce por la línea L2 en el otro extremo S de la línea L1 y se propaga sobre la línea L1 en el sentido de las x decrecientes. De ello resulta un régimen de ondas estacionarias Ost a lo largo de la línea de propagación L1 que produce nodos y vientres de tensión cuya la periodicidad proporciona una medición basta de la frecuencia F de la señal recibida por el receptor.

Las posiciones de los nodos y de los vientres se detectan mediante una hilera Rd de diodos detectores dispuestos a lo largo de la línea L1, cuyas señales de salida son objeto de un tratamiento de señal analógico 20 y después digital 22 que proporciona esta medición de frecuencia F basta de pulso ?.

La posición de los nodos y de los vientres se expresa mediante la expresión

La posición de los nodos y de los vientres (por tanto el término f) da una medición fina de la frecuencia, aunque ambigua.

Se muestra g(x) a lo largo de la línea de propagación L1. Una transformada de Fourier discreta permite extraer la medición basta de frecuencia y la medición fina ambigua. Deben realizase los compromisos de precisión necesarios para eliminar la ambigüedad.

En otro principio de funcionamiento del receptor del estado de la técnica denominado "autocorrelador con línea de retardo", la idea es medir directamente la diferencia de fase f inducida por una línea 30 de retardo con un retardo t.

La figura 2 representa este otro principio del receptor del estado de la técnica para la medición de frecuencias de la señal recibida.

La medición de desfase entre la señal recibida s(t) y la señal recibida retardada en t s(t-t) se realiza por un mezclador del tipo BLU 32 (banda lateral única) que recibe por una entrada 34 de mezcla la señal recibida s(t) y por otra entrada de mezcla la señal s(t-t) retardada en t. Se deduce la frecuencia de la señal F_medida:

La fase se mide a aproximadamente 2p. Para obtener una medición no ambigua en un dominio de frecuencia dado, la longitud de línea (retardo t) está limitada. En cambio, para un error de fase dado, cuanto más grande sea t, más precisa será la medición de frecuencia. Para obtener la precisión de frecuencia requerida sin ambigüedad, es necesario utilizar simultáneamente varias líneas de retardo. La línea más larga da la precisión, allí donde las otras líneas permiten eliminar las ambigüedades.

La solicitud de patente FR 2 695 730 de la sociedad AEROMETRICS INC describe un procedimiento y un dispositivo para determinar la frecuencia de una señal electrónica que comprende etapas de división de la señal electrónica en una pluralidad de N señales simultáneas, después muestreo de las N señales y obtención de la frecuencia de la señal recibida a partir de las N mediciones de frecuencia de dichas N señales.

Los receptores del estado de la técnica que ponen en práctica estas soluciones para medir la frecuencia de la señal recibida presentan inconvenientes, especialmente:

- un volumen y un coste importantes;

- utilizan funciones analógicas sujetas por tanto a derivas tales como:

1. Receptor de hiperfrecuencias configurado para la medición de la frecuencia F de la señal de hiperfrecuencias recibida por el receptor, en una banda de frecuencias cuya frecuencia máxima es Fmax, comprendiendo el receptor N etapas digitales E1, E2, ... Ek, ... EN de medición de frecuencia que proporcionan N mediciones de frecuencia ambiguas Fm1, Fm2, ... Fmk, ... FmN de la señal recibida, muestreándose la señal recibida, en cada etapa digital, a una respectiva frecuencia de muestreo Fe1, Fe2, ... Fek, ... FeN, comprendiendo el receptor además un dispositivo (40) de eliminación de la ambigüedad que recibe las N mediciones de frecuencia y que proporciona la frecuencia F de la señal recibida, comprendiendo cada etapa Ek digital de medición de frecuencia:

- un convertidor (50) analógico digital de un bit al que se alimenta directamente la señal de hiperfrecuencia recibida por el receptor, proporcionando cada convertidor una señal digital real a una frecuencia de muestreo Fek,

- medios de cálculo para efectuar una transformada de Fourier discreta a partir de las muestras en la salida del convertidor de un bit,

- al menos un detector (60, 62) de máximo de línea de la transformada de Fourier discreta proporcionada por los medios de cálculo,

caracterizado porque cada frecuencímetro Ek (adoptando k un valor entero entre 1 y N) proporciona Nptk puntos de muestreo a un dispositivo (52) TFD de cálculo de la transformada de Fourier discreta a partir de los puntos de muestreo, efectuando el dispositivo (52) de cálculo TFD la transformada de Fourier discreta sobre Nptk puntos de manera continua con un solapamiento temporal del 50%, proporcionando el dispositivo en una primera salida (54) una primera transformada de Fourier discreta TFDi-1 de los Nptk puntos de muestreo durante un primer periodo de tiempo de muestreo Tei-1 y en una segunda salida (56) una segunda transformada de Fourier discreta TFDi de los Nptk puntos de muestreo durante un segundo periodo de tiempo de muestreo Tei que se solapa con el primero en un 50% del tiempo de muestreo de los Nptk puntos (siendo i el índice temporal de las transformadas de Fourier discretas o TFD).

2. Receptor de hiperfrecuencias según la reivindicación 1, caracterizado porque las respectivas frecuencias de muestreo Fe1, Fe2, ... Fek, ... FeN de los convertidores analógico digital de un bit de las etapas del receptor son inferiores a la frecuencia máxima Fmax de la banda del receptor.

3. Receptor de hiperfrecuencias según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque, al ser la frecuencia la única información tratada, la cuantificación en amplitud de la señal recibida se efectúa sobre un único bit, lo que equivale a una cuantificación en fase en dos estados.

4. Receptor de hiperfrecuencias según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la digitalización de la señal la efectúa una báscula D cuya banda de paso abarca al menos la banda de hiperfrecuencia Fmax.

5. Receptor de hiperfrecuencias según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende:

- un amplificador Amp de banda ancha para adaptar la señal se(t) recibida por la antena en las etapas digitales de medición de frecuencia;

- N etapas digitales E1, E2, ... Ek, ... EN de medición de la frecuencia (o frecuencímetro) de la señal recibida s(t) en la salida del amplificador Amp, proporcionando cada etapa respectivamente, a partir de la señal recibida s(t) aplicada a una entrada Efk del frecuencímetro, una frecuencia de medición Fmk (siendo k el índice de la vía de medición de frecuencia, o del frecuencímetro, que adopta los valores enteros de 1 a N), efectuando cada etapa un muestreo de la señal s(t) aplicada a su entrada Efk a una respectiva frecuencia de muestreo Fe1, Fe2, ... Fek, ... FeN;

- un dispositivo (40) de eliminación de las ambigüedades en las frecuencias medidas Fmk por las diferentes etapas digitales de medición de frecuencia E1, E2, ... Ek, ... EN que proporciona una valor verdadero (Fmedida) de la frecuencia de la señal recibida por el receptor.

6. Receptor de hiperfrecuencias según la reivindicación 5, caracterizado porque cada uno de los frecuencímetros E1, E2, ... Ek, ... EN proporciona, en una respectiva salida Sfk, una medición de frecuencia Fmk expresa por:

para el frecuencímetro E1, Fml = +/- (Fx-K1 * Fel)

para el frecuencímetro Ek, Fmk = +/- (Fx-Kk * Fek)

para el frecuencímetro EN, FmN = +/- (Fx-KN * FeN)

7. Receptor de hiperfrecuencias según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la frecuencia de muestreo Fe1, Fe2, ... Fek, ... FeN de cada frecuencímetro es netamente inferior a la necesaria para respetar el teorema de Shannon para el muestreo a la frecuencia máxima Fmax.

8. Receptor de hiperfrecuencias según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque cada salida (54, 56) del dispositivo de cálculo TFD alimenta a un respectivo detector (60, 62) de cresta para detectar la línea máxima de cada una de las transformadas de Fourier discretas TFDi-1 y TDFi, proporcionando cada detector de cresta una respectiva medición de frecuencia basta FGi-1 y FGi cuya resolución es Fek/Nptk, emitiéndose las mediciones con una recurrencia de Nptk/(2.Fek).

9. Receptor de hiperfrecuencias según la reivindicación 8, caracterizado porque cada frecuencímetro Ek de rango k comprende un dispositivo (63) de medición de la frecuencia Fmk que recibe, por una parte, mediante dos entradas (64, 66) los dos resultados de las dos transformadas de Fourier discretas TFDi-1 y TFDi (de índices temporales i-1 e i), para el cálculo de una frecuencia Fi denominada fina pero que presenta una ambigüedad y, por otra parte, mediante otras dos entradas (68, 70), las respectivas mediciones de frecuencias bastas FGi-1 y FGi en la salida de los respectivos detectores (60, 62) de cresta para eliminar la ambigüedad en la frecuencia fina Fi y proporcionar en una salida (74) del dispositivo (63) de medición de frecuencia la frecuencia de medición Fmk del frecuencímetro de rango k.

10. Receptor de hiperfrecuencias según una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque las dos transformadas de Fourier discretas en la salida del dispositivo (52) de cálculo TFD se refieren a soportes de integración desplazados un retardo t

con

presentando entonces una diferencia de fase f tal como:

proporcionando esta diferencia de fase f una medición de frecuencia Fi denominada fina que es ambigua y cuya ambigüedad se elimina mediante la medición de frecuencia basta FGi-1 y FGi.

11. Receptor de hiperfrecuencias según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque los cálculos de las vías 1, 2, ... k, ... N están sincronizados sobre una misma frecuencia desde la entrada del receptor.

12. Receptor de hiperfrecuencias según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la sincronización de los cálculos se efectúa en la salida del dispositivo (52) de cálculo de la TFD, para ello hay que respetar la relación:

siendo Cte una constante.

13. Receptor de hiperfrecuencias según la reivindicación 1, caracterizado porque el cálculo de la TFD se efectúa sobre cualquier número de puntos de muestreo, incluyendo un número primo, la expresión de la TFD es:

sustituyéndose las multiplicaciones:

por una operación lógica elemental.

14. Receptor de hiperfrecuencias según la reivindicación 13, caracterizado porque las raíces de la unidad W^kn}_N que se desplaza sobre un círculo unitario se sustituyen por los puntos más próximos de entre los puntos indicados sobre un cuadrado de raíces de la unidad W^kn_{N.

15. Procedimiento para eliminar las ambigüedades en las frecuencias medidas por los frecuencímetros del receptor según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque consiste en buscar las frecuencias posibles F1, F2, F3, ... Fp que presentan una desviación entre vías inferior a un umbral de decisión Sd.

16. Procedimiento para eliminar las ambigüedades según la reivindicación 15, caracterizado porque comprende las etapas siguientes:

• para cada vía Ek (o receptor Ek), cálculo de todas las frecuencias posibles (F1k, F2k, F3k, ... Fpk) a partir de la frecuencia Fmk limitándose al dominio de frecuencias a tratar,

• después se toma una vía Er, de entre todas las vías E1, E2, ... Er, ... Ek, ... Ex, ... Ey, ... EN del receptor, como referencia, y para cada frecuencia posible (F1r, F2r, F3r, ... Fpr) de esta vía de referencia Er, se efectúa:

- la búsqueda, en otras dos vías Ex, Ey del receptor, de la frecuencia posible (F1x, F2x, F3x, ... Fpx) de la vía Ex y de la frecuencia posible (F1y, F2y, F3y, ... Fpy) de la vía Ey más próximas, de cada una de las frecuencias (F1r, F2r, F3r, ... Fpr) de la vía de referencia Er, después se efectúa:

-vtcortaunaun cálculo de las diferentes desviaciones entre las frecuencias más próximas de las vías Ex, Ey con respecto a las frecuencias (F1r, F2r, F3r, ... Fpr) de la vía de referencia Er, -vtcortaunauna prueba de las desviaciones con respecto al umbral de decisión Sd, • si se encuentra un caso de coherencia, determinado por desviaciones inferiores al umbral Sd, se considera que se ha eliminado la ambigüedad,

• si las desviaciones son superiores al umbral de decisión, se considera que no hay coherencia y se rechaza esta medición.

17. Procedimiento para eliminar las ambigüedades según la reivindicación 16, caracterizado porque para mejorar la desviación tipo del error de medición es posible calcular la media entre las 3 frecuencias posibles conservadas (una por vía).

18. Receptor de hiperfrecuencias según las reivindicaciones 15 a 17, caracterizado porque está configurado para poner en práctica criterios de rechazo de mediciones de frecuencias.

19. Receptor de hiperfrecuencias según la reivindicación 18, caracterizado porque cada salida (54, 56) del dispositivo de cálculo TFD alimenta a un respectivo detector (60, 62) de cresta para detectar la línea máxima de cada una de las transformadas de Fourier discretas TFDi-1 y TDFi, proporcionando cada detector de cresta una respectiva medición de frecuencia basta FGi-1 y FGi cuya resolución es Fek/Nptk, emitiéndose las mediciones con una recurrencia de Nptk/(2.Fek), se examina la coherencia entre las dos frecuencias bastas consecutivas FGi-1 y FGi de los frecuencímetros, si la desviación es superior a una línea, correspondiendo una desviación de una línea a la resolución espectral en la salida de la TFD, se rechaza la medición.

20. Receptor de hiperfrecuencias según una de las reivindicaciones 18 ó 19, caracterizado porque, en un segundo nivel de rechazo de mediciones, comprendiendo el receptor cuatros vías de medición de frecuencias E1, E2, E3 y E4 (N=4), un algoritmo de rechazo tiene en cuenta el hecho de que una vía de medición pueda ser falsa y porque se somete a prueba la coherencia entre las vías en los cuatros casos particulares siguientes:

- caso 1: quitando la vía E1 y utilizando las vías E2, E3 y E4,

- caso 2: quitando la vía E2 y utilizando las vías E1, E3 y E4,

- caso 3: quitando la vía E3 y utilizando las vías E1, E2 y E4,

- caso 4: quitando la vía E4 y utilizando las vías E1, E2 y E3,

en cada uno de los casos anteriores, siendo la vía de referencia utilizada para calcular los desvíos una cualquiera de las 3 vías utilizadas, pero no la vía suprimida.

21. Receptor de hiperfrecuencias según la reivindicación 20, caracterizado porque está configurado para explorar los cuatros casos particulares, mediante el cálculo de las desviaciones en las 5 configuraciones siguientes:

• Desviaciones 1.4: cálculo de las desviaciones de la vía 1 con respecto a la vía 4 en referencia

• Desviaciones 2.4: cálculo de las desviaciones de la vía 2 con respecto a la vía 4 de referencia

• Desviaciones 3.4: cálculo de las desviaciones de la vía 2 con respecto a la vía 4 de referencia

• Desviaciones 1.3: cálculo de las desviaciones de la vía 1 con respecto a la vía 3 de referencia

• Desviaciones 2.3: cálculo de las desviaciones de la vía 2 con respecto a la vía 3 de referencia

obteniéndose los 4 casos de la manera siguiente:

• Caso 1 (sin la vía E1): Desviaciones 2.4 y Desviaciones 3.4

• Caso 2 (sin la vía E2): Desviaciones 1.4 y Desviaciones 3.4

• Caso 3 (sin la vía E3): Desviaciones 1.4 y Desviaciones 2.4

• Caso 4 (sin la vía E4): Desviaciones 1.3 y Desviaciones 2.3

y porque está configurado para determinar, comparando los resultados obtenidos, si existe una coherencia en todos los 4 casos, lo que significa que las cuatro vías son correctas y porque, si no existe coherencia en estos cuatros casos, se examina si existe una coherencia en un solo caso, en caso afirmativo esto significa que una vía es falsa, siendo la frecuencia conservada la que resulta de este caso, en caso negativo, es decir si hay una coherencia en 3 casos, 2 casos o ningún caso, se rechaza la medición.

22. Receptor de hiperfrecuencias según una de las reivindicaciones 18 a 21, caracterizado porque, en un tercer nivel de rechazo al nivel de un sistema que comprende varios receptores, proporcionando el sistema además un nivel de la señal recibida, las mediciones de nivel y las frecuencias proporcionadas por los receptores se agrupan y se correlacionan para detectar la frecuencia de la señal recibida, proporcionándose estas mediciones a la misma cadencia y estando sincronizadas y porque se efectúa el rechazo de todas las frecuencias si el nivel recibido está por debajo de un umbral de detección.

23. Receptor de hiperfrecuencias según la reivindicación 22, caracterizado porque el dispositivo está configurado para efectuar el rechazo de una frecuencia si se aleja se una nube de puntos coherentes durante un impulso de la señal recibida.