FR2618960A1

FR2618960A1 - Filtre de gammes de frequences adaptatif non lineaire a faible dephasage

Info

Publication number: FR2618960A1
Application number: FR8810206A
Authority: FR
Inventors: Michael Surauer; Helmut Bittner
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1987-07-29
Filing date: 1988-07-28
Publication date: 1989-02-03
Anticipated expiration: 2008-07-28
Also published as: JPH0775301B2; FR2618960B1; US4954732A; JPS6444616A; DE3725107C2; DE3725107A1

Abstract

Le filtre de gammes de fréquences se compose d'organes de transfert linéaires et d'un organe à plage d'insensibilité 301. Le point zéro N de l'organe à plage d'insensibilité 301, auquel est appliqué le signal d'entrée f1 (t) à filtrer, est asservi proportionnellement au signal de sortie fD (t) d'un filtre de gammes passantes 302 monté parallèlement à l'organe à plage d'insensibilité 301. Le signal fD (t) peut aussi être ajouté au signal de sortie fT (t) de l'organe à plage d'insensibilité. Ce filtre de gammes de fréquences non linéaire sert à éliminer les signaux parasites qui sont superposés à un signal utile variable dans une gamme de fréquences prédéterminée.

Description

FILTRE DE GAMMES DE FREQUENCES ADAPTATIF NON LINEAIRE

A FAIBLE DEPHASAGE

Dans les techniques de télécommunication, de mesure, de régulation et de traitement des signaux, on se heurte sans cesse à l'exigence de la séparation des signaux utiles et des signaux parasites. Dans la plupart des cas, les exigences imposées peuvent être satisfaites par l'emploi de filtres linéaires passifs ou actifs connus, tels que des filtres passe bas, des filtres passe haut, des filtres passe bande et analogues. Selon l'ordre et le choix de leurs paramètres de règlage, que se soit suivant les règles de Butterworth, Tschebyscheff ou Bessel, on peut ainsi obtenir de façon connue des propriétés déterminées de leurs caractéristiques amplitude/fréquence, par exemple en ce qui concerne l'ondulation résiduelle dans la gamme passante, la pente

de retombée jusqu'à la zone de blocage et ainsi de suite.

De façon également connue, par le choix de la caractéristique d'amplitude, on détermine aussi distinctement en même temps une allure de phase correspondante, le déphasage s'accroissant à mesure qu'augmente la fréquence et aussi avec l'ordre du filtre et la pente de retombée jusqu'à la zone de blocage, et en particulier n'étant pas négligeable même dans la zone utile. En cas d'utilisation de tels filtres dans des systèmes à contre-réaction, tels que circuits de réglage, boucles rigides en phase et analogues, la courbe phase/fréquence, liée à la courbe amplitude/fréquence désirée, agit souvent défavorablement sur d'autres exigences telles que la stabilité et le rapport signal/bruit auxquelles on ne

saurait se soustraire.

L'invention a pour objet de mettre au point des dispositifs de filtrage qui échappent à ces règles rigides d'accouplement des caractéristiques d'amplitudes et de phases des filtres linéaires, c'est-à-dire de les réaliser plus favorablement en ce qui concerne le déphasage, en particulier pour le cas d'utilisation à chaque fois considéré, et qui soient, de surcroît, en mesure de s'adapter automatiquement aux différentes conditions de fonctionnement, surtout eu égard aux

variations des composantes parasites des signaux.

Ce résultat est atteint selon l'invention au moyen d'organes de transfert linéaires en liaison avec un élément de transfert non linéaire, un organe à plage d'insensibilité, dont le point zero N peut être asservi proportionnellement au signal de sortie d'un filtre de gammes passantes (fD(t)) auquel le signal d'entrée à filtrer (fi(t)) peut être appliqué directement et au signal de sortie (fT(t)) duquel peut être ajouté le signal servant au réglage du point zéro. Dans le cadre d'une autre extension de l'idée de l'invention, les valeurs des seuils de réponse (di, d2) de l'organe à plage d'insensibilité doivent pouvoir être adaptées continuellement ou par pas discrets entre des valeurs

limites inférieures et/ou supérieures présélectionnées.

Les caractéristiques essentielles de l'invention sont expliquées plus en détail ci-après à l'aide d'exemples de réalisation (figures 2-6) à partir de l'état de la technique (figures la, lb). Les figures représentent: figure la la courbe caractéristique entrée/sortie d'un organe à plage d'insensibilité normal, non adaptable; figure lb un schéma de montage fonctionnel pour la réalisation d'une caractéristique de plage d'insensibilité selon la figure la; figure 2a un schéma de montage fonctionnel pour la réalisation d'un organe de plage d'insensibilité dont la caractéristique entrée/sortie (figure la) peut être déplacée dans son point zéro, c'est-à-dire qui est

adaptable;

figure 2b un schéma de montage fonctionnel pour la réalisation d'un organe à plage d'lnsenslblllté adaptatlf dans lequel la valeur peut être adaptée symétriquement au point zéro des seuils de réponse appliqués (di = d2 = d); figure 2c un schéma de montage fonctionnel pour la réalisation d'un organe à plage d'insensibilité adaptatif dans lequel le point zéro de plage d'insensibilité et/ou la valeur peut être facultativement modifié symétriquement par rapport au point zéro des seuils de réponse appliques (di = d2 = d par des signaux d'aapt=tion; figure 3a une vue schématique d'un filtre de gammes de fréquences adaptatif non linéaire selon l'invention; figure 3b un autre mode de réalisation d'un filtre selon l'invention suivant la figure 3a; figure 3c une extension de l'invention selon les figures 3a et 3b pour améliorer le comportement dynamique dans la gamme des fréquences intermédiaires; figure 4a une vue schématique d'un filtre de gammes de fréquences doublement adaptatif non linéaire selon un autre mode de réalisation de l'invention; figure 4b un autre mode de réalisation d'un filtre de gammes de fréquences doublement adaptatif selon l'invention suivant la figure 4a; figure 4c une extension supplémentaire du filtre doublement adaptatif suivant les figures 4a et 4b pour l'amélioration dynamique de la gamme des fréquences intermédiaires suivant la figure 3c; figures 5a, 5b et 5c des exemples de réalisation d'un filtre de gammes de fréquences doublement adaptatif non linéaire suivant les figures 4a, 4b et 4c; figure 6a la caractéristique amplitude/fréquence d'un filtre passe bas selon l'invention suivant les figures 5a et 5b; figure 6b la caractétistiques' phase/fréquence d'un filtre passe bas selon l'invention suivant les figures 5a

et 5b.

Comme déjà mentionné, le filtre de gammes de frequences non linéaire selon l'invention comporte un organe à plage d'insensibilité adaptatif comme élément essentiel. Sur la figure la, on a tout d'abord reproduit la courbe caractéristique de transfert d'un organe à plage d'insensibilité classique. Un tel élément est défini dans ses propriétés de transfert par le fait qu'il ne délivre aucun signal de sortie en cas de grandeurs d'entrée dont les valeurs se situent en dessous de valeurs de seuil déterminées présélectionnées (di, d2), mais qui restitue des fractions, dépassant les valeurs de seuil, des signaux d'entrée sans modifier leur fréquence ni leur phase, mais en diminuant cependant leur amplitude de la grandeur de la valeur de seuil. La définition mathématique de sa fonction, en tenant compte des signes

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corrects des valeurs de seuil (dlS0, d2>0), se formule comme suit: x - di pour x < di < 0 y = 0 pour di < x S d2 (1) x - d2 pour x > d2 ' 0 En cas de réalisation de la plage d'insensibilité en tant qu'algorithme dans une électronique numérique programmable, cette définition mathématique de la fonction indlque directement la règle de calcul. Pour les valeurs limites (di = d2 = 0), l'organe à plage d'insensibilité se transforme en un élément de transfert

linéaire ayant la fonction de transfert "1".

La figure lb représente une réalisation technique possible d'un organe à plage d'insensibilité classique à seuils de réponse fixes (di, d2) avec emploi d'amplificateurs opérationnels (101, 102), de potentiomètres à contre réaction (103, 104) et de diodes (105, 106). Pour le seuil de réponse positif (d2), le facteur déterminant est la valeur de réglage d'un potentiomètre (104) qui est placé entre la sortie d'un amplificateur opérationnel inverseur (101) et une tension de référence positive fixe (+ UR) et dont la prise est réinjectée directement, c'est-à-dire sans résistance préalable, à l'entrée (G) de ce premier amplificateur opérationnel (101) par une diode (106) montée dans le sens bloquant relativement à la tension de référence appliquée. Les deux amplificateurs opérationnels (101, 102), à leurs entrées inverseuses désignées par "1", sont montés sous forme de simples amplificateurs additifs par

des résistances préalables et des résistances de contre-

réaction appropriées, ce qui n'est pas explicitement représenté à la figure lb. Pour des signaux d'entrée positifs (x) en dessous du seuil de réponse (d2), la diode (106) bloque et le signal de sortie (-y) (négatif) reste 0, attendu que les deux signaux (x) d'égales grandeurs a l'entrée du second amplificateur opérationnel (102) s'annulent précisément du fait du raccordement direct, d'une part, ainsi que de l'amplificateur inverseur (101) d'autre part. Lorsque la grandeur d'entrée (x) de l'organe à plage d'insensibilité atteint précisément la valeur de seuil (d2), la valeur inversée (-d2) apparaît à la sortie du premier amplificateur opérationnel (101) et fait que le potentiel, au niveau de la prise du potentiomètre raccordé (104), passe précisément par 0, si bien que la diode (106) qui y est raccordée devient passante et courcircuite la résistance

de contre-réaction de l'amplificateur opérationnel (101).

Il s'ensuit que même pour des signaux d'entrée plus élevés (x-d2), le signal de sortie du premier amplificateur opérationnel (101) reste constamment à la valeur de seuil négative (-d2) et, est soustrait de la valeur d'entrée dans le second amplificateur opérationnel (102) monté en aval. Pour des signaux d'entrée négatifs (x) de l'organe à plage d'insensibilité, on obtient des conditions analogues en tenant compte de la valeur de seuil (di) réglée par un second potentiomètre (103) et d'une diode (105) qui y est reliée. Un simple raisonnement, familier à l'homme de l'art, indique que les valeurs de seuil désirées (di, d2) sont réalisées avec les valeurs de réglage suivantes des potentiomètres

(104, 105):

pot. 103:P3=d/(di+UR) pot. 104:P4=d2/(d2+UR) (2) Des déviations à cette règle de réglage sont dues aux inévitables plages de courant de démarrage des diodes (103, 104), et il est possible d'en tenir compte par un decalage constant du potentiel caractéristique du type de diodes utilisé. Si les seuils de réponse sont symetriques au point 0 de l'organe à plage d'insensibilité (da=d2=d), la règle de réglage pour les deux potentiomètres (103, 104) se formule de la façon suivante: p = d/(d+UR) (3) Selon l'invention, on veut maintenant que le point zéro de l'organe à plage d'insensibilité (N à la figure la) et par conséquent que l'ensemble de la courbe caractéristique d'entrée et de sortie puisse être adapté au moyen d'un signal d'adaptation, c'est-à-dire qu'en cas d'écarts constants des valeurs de seuils (di, d2) par rapport au point zéro, il puisse être modifié en ce qui concerne le signal d'entrée (x), ce qui peut par exemple être obtenu par une variation correspondante de la tension de référence (UR). La figure 2a représente un montage approprié qui dérive de la figure lb par adjonction de deux amplificateurs opérationnels (107,

108) pour la production de la tension de référence (UR).

En cas de valeurs de réglage fixes des potentlomètres (103, 104), les grandeurs d'entrée, nécessaires à l'obtention des valeurs de seuils désirées (di, d2), pour ces amplificateurs opérationnels supplémentaires, sont obtenues par simple transformation de l'équation (2) qui devient: dl =P3*UR/(1-P3 d2=P4*UR/(l-P4) (4) ou qui, en cas de valeurs de seuils symétriques (di=dz=d) et réglages correspondants des potentiomètres (P3=P4=P), devient: d=P*UR/(1-P) (5) Un déplacement parallèle, d'une valeur d'adaptation EN, des seuils de réponse et par conséquent aussi du point zéro (N) de la courbe caractéristique entrée/sortie, est réalisé de façon simple, comme illustré à la figure 2a, par addition, au moyen des amplificateurs opérationnels (107, 108), d'un signal (AN) cadré de la même façon que les valeurs de seuils

(dl, d2).

Comme déjà mentionné, dans le cadre d'un autre mode de réalisation très avantageux de l'idée de l'invention, on veut également pouvoir adapter les valeurs des seuils de réponse de l'organe à plage d'insensibilite entre des valeurs limites inférieures et/ou supérieures presélectionnées, les valeurs inférieures pouvant ètre également zéro dans le cas extrême. Pour le cas simplifié avec valeurs de seuils (dl=d2=d) situées symétriquement par rapport au point zéro de l'organe à plage d'insensibilité, on a représenté: - figure 2b un schéma de montage modlfié par rapport à la figure 2a de façon à permettre une variation, commandée par un signal d'adaptation approprié, de la valeur de seuil et - figure 2c une vue schématique d'un montage qui combine les possibilités de réglage adaptatives des

figures 2a et 2b.

Comme il ressort des figures citées dont on connaît le mode de fonctionnement expliqué en référence aux figures lb et 2a, les extensions selon l'invention ne nécessitent qu'un autre câblage des amplificateurs opérationnels supplémentaires 107 et 108. De la même façon, une réalisation de différentes valeurs de seuils adaptables (di, d2), disymétriques par rapport au point zéro, n'a pas besoin d'autres explications. Il est aussi inutile de préciser. que des organes à plage d'insensibilité présentant les caractéristiques adaptatives précitées peuvent aussi être réalisés d'une autre manière, voire perfectionnés, par exemple en utilisant des comparateurs et des transistors de

commutation au lieu des diodes décrites.

La figure 3a représente maintenant la structure de principe d'un filtre adaptatif non linéaire selon l'invention. Conformément à ce principe, un signal d'entrée à filtrer (fl(t)) est appliqué en deux branches parallèles à l'entrée de l'organe à plage d'insensibilité adaptable (301) déjà décrit et à un filtre de gammes de fréquences passantes (302). Le signal de sortie (fD(t)) de ce filtre à gammes passantes est introduit aussi bien dans l'organe à plage d'insensibilité pour le décalage de son point zéro (N) d'une valeur d'adaptation (AN) que dans un poste totalisateur (303) qui combine additivement ce signal (fD(t)) au signal de sortie (f(t)) de l'organe à plage d'insensibilité pour former le signal de sortie du filtre (f2(t)). Pour expliquer le mode opératoire du filtre selon l'invention, on suppose que sa mission consiste à libérer un signal utile basse fréquence d'une amplitude (A) et d'une fréquence (Q) pour le débarrasser d'un signal parasite haute fréquence d'une autre amplitude (a) et d'une autre fréquence (w), c'est-à-dire d'obtenir la composante signal utile à partir d'une fonction de temps de la forme fi(t) =A*sin(Qt)+a*sin(wt) (6) Le filtre à gamme passantes doit dans ce cas être réalisé par exemple sous la forme d'un filtre passe bas linéaire ayant une largeur de bande (WB) qui se situe entre la fréquc-,ce du signal utile et du signal parasite:

Q<WB >W (7)

Le signal de décalage (fD(t)) formé dans la branche d'adaptation du point zéro aura sensiblement la forme fD(t) = AI sin (Qt +y) + e(t) (8) ce signal ne se distinguant que peu (AI-=A= Yr0) en amplitude et en phase du signal utile dans la gamme passante du filtre et la composante signal parasite (E(t), située dans la gamme de blocage du filtre passe bas, étant négligeable. Si l'on tient compte de l'effet du déplacement du point zéro de l'organe à plage d'lnsenslblllté par la fonction (fD(t)), il apparaîtra à la sortie de l'organe à plage d'insensibilité un signal ayant la forme: fl(t)-fD(t)-da pour fl(t)-fD(t)<dla0 fT(t)= 0 pour dSflî(t)-fD(t)Sd2 (9) fî(t)-fD(t)>d2 pour fl(t)-fD(t)>d2>0 Ici, il convient à nouveau de considérer le signal

exact des valeurs de seuils (dl60, d2>0).

Dans le poste totalisateur consécitif (303), au signal de sortie de l'organe à plage d'insensibilité adaptatif (fTt)) est superposé, conformément à la figure 3a, le signal d'asservissement fD(t)) servant à l'adaptation du point zéro pour former le signal de sortie ayant la forme f2(t) = fT(t) + fD(t) (10) S1, par souci de simplicité, on suppose que les valeurs de seuil de l'organe à plage d'insensibilité sont symétriques au point zéro (tdîl=ldzl=d), on obtient comme signal de sortie du filtre Efl-fD+dJ+fD pour fl-fD<-ds0 f2(t)= 0 pour -dSfi-fDS+d (11) [fl-fD-d] +fD pour fl-fD>d>0 Pour mieux comprendre le fonctionnement, on va maintenant considérer les trois gammes de fréquences essentielles, à savoir la gamme passante, la gamme bloquée et la gamme de transition ou de fréquence intermédiaire de la branche d'adaptation du point zéro: Dans la gamme passante de l'exemple considéré ici, c'est-à-dire dans la gamme des basses fréquences, l'asservissement du point zéro de l'organe à plage d'insensibilité suit pratiquement sans erreur la courbe du signal utile et provoque par conséquent sa suppression dans l'organe à plage d'insensibilité (301). Cette composante manquante du signal à la sortie de l'organe à plage d'insensibilité est cependant à nouveau ajoutée par la branche d'adaptation dans l'organe totalisateur consécutif (303). La plage d'insensibilité (de la largeur d) "chevauche" ainsi d'une certaine façon l'amplitude du signal utile et supprime toutes les composantes de signaux parasites hautes fréquences superposées additivement, et ce, quelle que soit la fréquence, dans la mesure o elles se situent seulement en dehors de la gamme de fréquences de la branche d'adaptation du point zéro et que les valeurs de ses amplitudes ne dépassent pas la largeur (d) de la plage d'insensibilité. Si, en particulier, on connait l'amplitude parasite et que la largeur de la plage d'insensibilité y est adaptée, la plage d'insensibilité est complètement remplie par le signal haute fréquence et provoque ainsi en même temps une linéarisation poussée de la courbe caractéristique entrée/sortie non linéaire de l'organe à plage d'insensibilité à la manière d'un dit signal Dither. Dans la pratique, les composantes de signaux parasites sont fréquemment constituées d'un mélange de fréquences, particulièrement de composantes de bruits, dont on connaît les répartitions spectrales ou les valeurs moyennes statistiques dans le meilleur des cas. La largeur de la plage d'insensibilité est alors avantageusement réglée à ces valeurs moyennes statistiques, telles que valeur moyenne quadratique, variance (8), et/ou des multiples de cellesci, par exemple ladite valeur de 28 ou 38. Dans ce cas, on n'obtient, certes,. pas une suppression complète des composantes de signaux parasites, mais une amélioraton

considérable des rapports signal/bruit.

Si, dans un filtre non linéaire ainsi accordé conformément à l'exemple de réalisation de l'invention, il se produit de courtes variations du signal d'entrée, celles-ci dans la branche principale du filtre (figure 3a) sont transmises sans déphasage à la sortie directement, et sans retard par l'organe à plage d'insensibilité, attendu que la branche d'adaptation ne peut pas suivre de telles variations et que le point zéro de l'organe à plage d'insensibilité reste inchangé. Dans le signal de sortie, ces variations ne se reflètent, il est vrai, que dans la valeur moyenne des composantes de signaux hautes fréquences dépassant la gamme de la plage d'insensibilité, ce qui provoque une courte détérioration des rapports signal/bruit qui n'agit que dans la phase de transition jusqu'à la fin de la branche d'adaptation, mais qui disparaît cependant après l'établissement de l'état stationnaire. De tels rapports se produisent en particulier lorsque des variations désirées des conditions de fonctionnement ou des points de travail sont introduites par des ordres appropriés dans un système contenant le filtre selon l'invention. Des conditions analogues à celles décrites en liaison avec de courtes variations du point de travail apparaissent également dans la zone de transition de la branche d'adaptation point zéro. Des signaux d'entrée, dont la fréquence se situe entre la gamme passante et la gamme bloquée du filtre de gammes de fréquences disposé dans la branche d'adaptation du point zéro, subissent une variation d'amplitude et de phase et provoquent ainsi une erreur correspondante dans l'asservissement du point zéro de l'organe à plage d'insensibilité adaptatif. Malgré cela, le signal d'entrée du filtre (fi(t)) est transmis à la sortie du filtre (f2(t)) par l'organe à plage d'insensibilité 301 insensible aux phases et le poste totalisateur consécutif 303. Pour comprendre ce phénomène, que l'on s'imagine donner provisoirement à la gamme de la plage d'insensibilité une valeur égale à zéro par un choix approprié des signaux la commandant (figures 2b, 2c). D'après la figure (3a) et l'équation (11) la décrivant, l'organe à plage d'insensibilité dégénère alors pour donner une courbe caractéristique entrée/sortie strictement linéaire, dont le point zéro reste déplaçable sur la branche d'adaptation au moyen d'un signal (fD(t)). La différenciation obtenue des gammes d'amplitudes négatives et positives disparaît ainsi et l'équation (11) la décrivant prend la forme f2(t)=fa(t)-fD(t)+fD(t)=fl (t) (11a) c'est-à-dire que le signal de sortie (f2(t)) du filtre reste identique en amplitude et en phase au signal d'entrée (f (t)) pour n'importe quel signal de déplacement du point zéro (fD(t)). En cas de présence d'une plage d'insensibilité pour la suppression des composantes indésirables des signaux, les écarts d'amplitudes et de phases du signal de déplacement du point zéro (fD(t)) par rapport au signal d'entrée (fl(t)) dans la gamme des fréquences intermédiaires considérée ont par contre pour conséquence que les signaux parasites à supprimer et remplissant sensiblement la plage d'insensibilité dépassent les seuils de réponse (di, d2, d) et que leur valeur moyenne, résultant de l'effet redresseur de la caractéristiquede la plage d'insensibilité, reflète avec une bonne approximation le signal d'entrée non retardé. Selon la nature du spectre des signaux dans la gamme des fréquences intermédiaires considérée, il se produit pour ces signaux des distorsions d'amplitudes plus ou moins légères et des composantes résiduelles de signaux parasites à hautes fréquences non supprimés, ces derniers pouvant être encore affaiblis en cas de besoin par des filtres

supplémentaires montés en aval.

La figure 3b représente schématiquement une autre possibilité de réaliser les effets selon l'invention susceptibles d'être obtenus avec le déplacement du point zéro de l'organe à plage d'insensibilité. Dans ce cas, l'effet, provoqué par le déplacement du point zéro de la courbe caractéristique entrée/sortie d'un organe à plage d'insensibilité, est obtenu en appliquant à un organe à plage d'insensibilité classique non adaptable (300) la différence, formée dans un organe totalisateur (304) monté en amont, entre un signal d'entrée du filtre (fl(t)) et un signal (fD(t)) formé dans une branche d'adaptation du point zéro par un filtre de gammes passantes (302). Bien que d'une façon générale, des éléments de circuit de commutation linéaires et non linéaires ne puissent pas être échangés sans répercussion sur le mode d'action d'un circuit de commutation, cette disposition dans le cas présent est complètement identique à la réalisation d'un déplacement du point zero de l'organe à plage d'insensibilité correspondant aux exemples de réalisation (figures 2a, 2c) et peut, par exemple, être utilisée facultativement lorsqu'elle permet d'aboutir à une réduction des moyens mis en oeuvre pour

la réalisation.

La figure (3c) représente un autre mode de réalisation de l'invention qui sert à améliorer encore le comportement de transfert dans la gamme des fréquences intermédiaires. Cela est obtenu en montant un filtre de fréquences intermediaires (305) entre la sortie du filtre de gammes passantes et l'organe totalisateur (304) provoquant le déplacement du point zéro de la plage d'insensibilité. Des variations indésirables d'amplitudes et de phases, provoquées par le filtre de gammes passantes, peuvent ainsi être encore mieux corrigées et, en même temps, d'éventuelles distorsions d'amplitudes de la courbe caractéristique entrée/sortie, qui proviennent de l'action de la plage d'insensibilité, peuvent être encore mieux linéarisées. Il est évident que les caractéristiques de transfert du filtre de gammes intermédiaires doivent être accordées au filtre de gammes passantes et par conséquent, en cas de réalisation de ce dernier sous forme de filtre passe bas par exemple, ce sont en particulier des filtres de gammes intermédiaires, formant une surélongation d'amplitudes ou une dérivation de phases, comme des filtres passe haut, des filtres passe bande et des organes de dérivation qui conviennent

le mieux.

Comme le sait bien tout homme de métier, tous les organes de transfert linéaires, qui ont été pris séparément pour expliquer l'ridée de l'invention et qui ont éte discutes en ce qui concerne leur influence sur celle-ci, peuvent être transformés en circuits et réseaux équivalents par transformations linéaires. Cela s'applique en particulier au filtre de gammes passantes (302), au filtre de fréquences intermédiaires (305) et à la combinaison du signal d'adaptation du point zéro au

signal d'entrée dans l'organe totalisateur (304).

Or, dans la pratique, il arrive fréquemment que les rapports des signaux, en particulier en ce qui concerne leurs composantes parasites, varient en fonction des conditions de fonctionnement et d'environnement régnant à chaque fols, comme par exemple les variations de température, les phénomènes de vieillissement et analogues. Dans un autre mode de réalisation de l'idée de l'invention, on peut arriver à maintenir la qualité de suppression des parasites en dépit des variations, dues aux conditions de fonctionnement, du niveau perturbateur en ce qui concerne les amplitudes et la répartition spectrale. Ces propriétés avantageuses d'un filtre non linéaire du type précédemment décrit sont assurées selon l'invention, en modifiant les valeurs des seuils de réponse de l'organe à plage d'insensibilité par une intervention adaptative supplémentaire en fonction des signaux qui sont obtenus à partir du signal d'entree du filtre par formation de la valeur moyenne sur toutes les composantes des signaux situées dans une ou plusieurs gammes de fréquences sélectionnées du spectre des perturbations. L'adaptation peut se faire continuellement ou par pas discrets. Au cas o il n'apparaltrait que des variations, à action de très longue durée, des perturbations, le réglage des valeurs de seuils peut bien entendu être aussi effectué de l'extérieur et

éventuellement à la main.

La figure 4a représente le schéma de principe d'un filtre amelloré du type précité. Le filtre de gammes de frequences, non linéaire et largement en conformlte de phases selon la figure 3a, comporte en plus ici une branche d'adaptation des valeurs de seuils qui, comme la branche d'adaptation du point zéro, est alimentée par le signal d'entrée du filtre (fl(t))et dont les signaux de sortie (f41(t)), f42(t)) sont utilisés pour décaler, par exemple de la façon illustrée sur les figures 2b ou 2c, les seuils de réponse (di, d2) de l'organe à plage d'insensibilité (401) placé dans la branche principale du filtre. La branche d'adaptation supplémentaire elle-même se compose d'un filtre de gammes bloquées (403), d'un formeur de valeurs moyennes (404), d'un filtre de forme (405), d'une fonction de compensation (406) et éventuellement d'un organe à plage d'insensibilité (407) de type connu (par exemple selon la figure lb) à seuils

de réponse fixes.

Un filtre de gammes de fréquences linéaire (403), qui est ici désigné en tant que "filtre de gammes bloquées" pour le distinguer, sert à établir les limites des fréquences à l'intérieur desquelles doit s'effectuer une adaptation de la plage d'insensibilité dans l'organe à plage d'insensibilité de la branche principale. De préférence, on utilise ici des filtres passe haut, des filtres passe bande, mais aussi des filtres passe bas et, selon le cas d'utilisation, des combinaisons des types de filtres précités montés en série et/ou en parallèle de façon appropriée. Pour la formation des valeurs moyennes (404,, on peut envisager tous lescircuits ou composants qui conviennent pour, à partir du mélange de fréquence à la sortie du filtre de gammes bloquées (403), fournir depuis zéro différentes valeurs moyennes ou composantes égales, comme par exemple des redresseurs demi-onde, des redresseurs pleine onde, des redresseurs à valeur de crête ainsi que des éléments fonctionnels formant des puissances paires de leur signal d'entrée, tels que des

organes d'élévation au carré et analogues.

Dans le filtre de forme suivante (405) de la branche d'adaptation des valeurs de seuil selon la figure 4a, le signal de sortie du formeur de valeurs moyennes est lissé et les composantes des signaux pour l'adaptation des valeurs de seuil de fréquences inadéquates, par exemple de hautes fréquences, sont supprimees, et à cet effet il convient d'utiliser en particulier des filtres passe bas de premier ordre et

d'ordres supérieurs ou des coupe bandes.

La fonction de compensation (406) de la branche d'adaptation établit suivant quel rapport fonctionnel, les seuils de réponse de l'organe à plage d'lnsenslbilité doivent être adaptés dans la branche principale médiane du filtre. Dans le cas le plus simple, il peut s'agir en l'occurrence de caractéristiques d'amplification linealres avec limitation du signal de sortie, la limitation assurant qu'aucun élargissement important indésirable de la bande de plage d'insensibilité et par consequent qu'aucune suppression de signaux qui y liée, ne pourront se produire dans la gamme passante. En général cependant, des caractéristiques d'amplification appropriées non linéaires, accordées à la caractéristique de la- formation des valeurs moyennes, telles que par exemple des caractéristiques quatratiques inverses conformément aux fonctions racine carrée,. des caractéristiques ou fonction logarithmique et analogues, seront préférables pour satisfaire aux exigences se présentant à chaque fois. Dans de nombreux cas, il est recommandé selon l'invention de monter en aval de la fonction de compensation un organe à plage d'insensibilité (407) à seuils de réponse fixes (figure lb) pour éliminer l'ondulation résiduelle inévitable du signal d'adaptation des valeurs de seuil, de même que pour assurer une limite inférieure - définie de l'adaptation des valeurs de seuil. En particulier, par une fonction de compensation dissymétrique et/ou des organes à plage d'insensibilité à valeurs de seuil de grandeurs différentes du côté droit et du côté gauche, et/ou des amplifications dans la branche d'adaptation considérée ici, on peut obtenir un réglage dissymétrique correspondant des seuils de réponse dans l'organe à plage

d'insensibilité (401) de la branche principale du filtre.

En particulier en ce qui concerne la concordance de phases de la transmission du filtre pour une largeur zéro de la plage d'insensibilité ou de petites valeurs également dans les gammes intermédiaires o le filtre de gammes passantes présente déjà des variations d'amplitudes et de phases du signal utile, il ressort des modes de réalisation des figures 3a et 3c que pour le comportement en transmission du filtre de gammes de fréquences non linéaire, le flanc d'amorçage de la chute d'amplitude s'établit sensiblement à l'endroit o la branche d'adaptation des valeurs de seuil commence à ouvrir la bande de plage d'insensibilité pour l'élimination des amplitudes des signaux parasites. Si ce point d'amorçage se situe à des fréquences qui sont sensiblement plus élevées que la largeur de la gamme passante pour le réglage du point zéro, la transmission en concordance de phases reste garantie également jusqu'à

cette fréquence.

La figure 4b représente a nouveau un mode de réalisation du filtre non linéaire élargi selon l'invention dans lequel, d'une manière déjà décrite en référence à la figure 3b, l'adaptation du point zéro de l'organe à plage d'insensibilité est remplacée par la formation d'une différence entre le signal d'entrée (fi(t)) et le signal de réglage du point zéro (fD(t)) dans un organe totalisateur (304) avant l'entrée de

l'organe à plage d'insensibilité.

La figure 4c représente un schéma synoptique d'un filtre adaptatif non linéaire élargi selon l'invention et dans lequel, pour améliorer encore le comportement dynamique et pour compenser les distorsions d'amplitudes dans la zone de transition, il est prévu un filtre de fréquences intermediaires (305) dont la fonction et les caractéristiques de transmission ont déjà été décrites en

référence à la figure 3c.

La figure 5a représente un exemple de réalisation du filtre de gammes de fréquences non linéaire à faible déphasage selon l'invention dans sa forme élargie doublement adaptative. Conformément aux explications concernant le fonctionnement d'un premier mode de réalisation de l'invention selon les figures 3a et 3c, on suppose dans la branche d'adaptation du point zéro un comportement de filtre passe bas qui, dans le cas présent est assuré par un filtre passe bas classique de second ordre ayant une constante de temps (Ti) et un amortissement (Si). Dans la branche d'adaptation des valeurs de seuils, pour illustrer les caractéristiques de fonctionnement décrites aux figures (4a) et (4b), on a représenté les différents éléments de circuits de commande également sous forme de fonctions de transfert ou de caractéristiques entrée/sortie. La branche d'adaptation est donc constituée par un filtre passe haut linéaire de deuxième ordre (403) en tant que filtre de gammes bloquées, un organe d'élévation au carré (404) pour la formation des valeurs moyennes, un double filtre passe bas linéaire de premier ordre (405) en tant que filtre de forme, une formation de racine carrée (406) en tant que fonction de compensation et un organe à plage d'insensibilité consécutif (407) à seuils de réponse invariables ( 6), une amplification (VH) dans la bande caractéristique linéaire et une limitation-des signaux de sortie ( L). Par souci de simplicité, on a, en outre, supposé que l'adaptation des valeurs de seuil dans l'organe à plage d'insensibilité de la branche principale s'effectue symétriquement au point zéro et que son décalage par le signal de sortie (fD(t)) du filtre de gammes passantes (302) dans l'organe à plage d'insensibilité s'effectue à peu près conformément à la

figure (2c).

La figure (5b) représente l'exemple de réalisation de la figure (5a) sous une forme légèrement modifiée en ce sens notamment que l'organe à plage d'lnsenslblizte dans la branche principale du filtre est réalise simplement adaptatlf dans les valeurs de seull de sa bande de plage d'insensibilité à peu près suivant la figure (2b) et que le déplacement de son point zéro s'effectue en fonction de la formation des différences dejà décrite dans l'organe totalisateur (304) monté en amont. La figure 5c représente un élargissement de l'exemple de réalisation décrit précédemment qui comporte en plus un filtre de fréquences intermédiaires (305) pour amellorer le comportement dynamique et la caractéristique entree/sortie dans la zone de transition du spectre utile et du spectre parasite du signal d'entrée (fa(t)) à filtrer. Le filtre de fréquences intermédiaires (305) est réalisé dans ce cas sous la forme d'un simple filtre passe bakdc symétrique, les paramètres, ayant les relations suivantes entre eux, étant judicieusement choisis: Ti<aT2<T2<aT3<T3<TH (12) Pour obtenir la surélévation mentionnée (a) des amplitudes et l'avance de phases dans la gamme des

fréquences intermédiaires.

La réalisation technique des éléments fonctionnels, précédemment décrits dans leur mode de fonctionnement et leurs caracteristlques de transfert, des branches d'adaptation, tels que filtres, redresseurs,

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caractéristiques entrée/sortie linéaires et non linéaires ne constitue aucune difficulté pour l'homme de métier. La transformation des fonctions de transfert des filtres et des caractéristiques entree/sortie données sous forme analogique, en circuits numériques ou algorithmes correspondants pour les calculateurs de processus, en tant que moyens auxiliaires de réalisation, est également

chose courante pour l'homme de l'art.

L'exemple de réalisation, décrit à la figure 5a, d'un filtre passe bas non linéaire doublement adaptatif a été réalisé à l'aide de modules analogiques et sa caractéristique de fréquence mesurée. Les figures 6a et 6b représentent la courbe des amplitudes (6a) et la courbe des phases (6b) mesurées en fonction de la fréquence en cas de signaux d'entrée sinusoïdaux pour les valeurs suivantes des paramètres:

Ti = 1,4 sec.

Sa = 0,6

TH = 0,1

TF = 50 sec.

VH = 42

avec caractéristiques entrée/sortie linéaires et avec une amplification (VH) et une plage d'insensibilité ( 6) égale zéro de "l'organe à plage d'insensibilité" (407) dégénéré. On voit les avantages du filtre passe bas non linéaire selon l'invention lorsque l'on compare par exemple l'amplitude et la phase à celles du filtre de gammes passantes lineaire normale du deuxième ordre. La courbe des deux caractéristiques de fréquences est

représentée aux figures 6a et 6b.

Il va de soi qu'en plus des exemples et des modes de réalisation des branches d'adaptation choisis aux fins d'explication de l'idée de l'invention, on peut aussi, suivant le cas, utiliser également d'autres modes de réalisation, types de filtres ainsi que des éléments de transfert linéaires et non linéaires dans le dispositif selon l'invention. Dans les deux branches d'adaptation décrites, en particulier, on peut avantageusement utiliser des montages en série et en parallèle des différents filtres ou des organes de transfert et, en conséquence logique de l'idée de l'invention, utiliser aussi des branches d'adaptation complètes pour la réalisation de bandes partielles, se chevauchant ou s'excluant mutuellement, de l'adaptation sur des gammes de fréquences et/ou d'amplitudes sélectionnées. Lors de l'établissement des branches d'adaptation, il convient de considérer que la branche d'adaptation des valeurs de seuil, par suite de la formation des valeurs moyennes qu'elle contient, ne réagit qu'aux amplitudes des signaux, mais pas aux rapports de phases. Il en résulte que les flans d'amorçage des gammes de fréquences, limitant les spectres de perturbations à éliminer, peuvent être très etroitement délimités en utilisant des filtres d'ordre élevé sans que le déphasage qui y est lié se répercute défavorablement sur le signal de sortie du filtre non linéaire.

Claims

REVENDICATIONS

1. Filtre de gammes de fréquences non linéaire pour l'élimination de signaux parasites qui sont superposes a un signal utile variable dans une gamme de fréquences predétermlnée, constitué par des organes de transfert linéaires et un organe à plage d'insensibilité, caractérisé par le fait que le point zéro (N) de l'organe à plage d'insensibilité (301), auquel est appliqué le signal d'entrée (fl(t)) à filtrer, est asservi proportionnellement au signal de sortie (fD(t)) d'un filtre de gammes passantes (302) et qu'à son signal de sortie (ft(t)) peut être ajouté le signal (fD(t))

servant à l'adaptation du point zéro.

2. Filtre de gammes de fréquences selon la revendication 1, caractérisé par le. fait que l'adaptation du point zéro de l'organe à plage d'insensibilité peut être remplacée par une formation de la différence entre le signal d'entrée du filtre (fi(t)) et le signal de sortie d'un filtre de gammes passantes

(fD(t)).

3. Filtre de gammes de fréquences selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'adaptation du point zéro de l'organe à plage d'insensibilité (301) peut être exécutée conformément au signal de sortie d'un filtre de gammes passantes par un

filtre de fréquences intermédiaires supplémentaire.

4. Filtre de gammes de fréquences selon l'une

quelconque des revendications 1-3, caractérise par e

fait que comme filtre de gammes passantes et/ou filtre de frequences intermediaires, on peut utiliser des filtres passe bas, des filtres passe bande, des filtres passe haut ou des montages en série ou en parallèle de ces

types de filtres.

5. Filtre de gammes de fréquences selon l'une

quelconque des revendications 1-4, caractérisé par le

fait que les valeurs des seuils de réponse (dl, dzé de l'organe a plage d'insensibilité (401) peuvent être adaptees en continu et/ou par pas discrets

automatiquement et/ou à la main.

6. Filtre de gammes de fréquences selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'on effectue l'adaptation de la valeur des seuils de réponse de l'organe à plage d'insensibilité en fonction de signaux qui sont obtenus à partir du signal d'entrée du filtre par formation des valeurs moyennes de toutes les composantes de signaux situées à l'intérieur d'une ou de

plusieurs gammes de fréquences sélectionnées.

7. Filtre de gammes de fréquences selon les

revendications 5 et 6, caractérisé par le fait que les

signaux pour l'adaptation des seuils de réponse (di, dz) de l'organe à plage d'insensibilité (401, 402) sont obtenus dans une ou plusieurs branches d'adaptation qui sont constituée(s) par "des filtres de gammes bloquées" (403), des formeurs de valeurs moyennes (404), des filtres de forme (405) et des fonctions de compensation

(406).

8. Filtre de gammes de fréquences selon l'une

quelconque des revendications 5-7, caractérisé par le

fait que les branches d'adaptation des valeurs de seuils contiennent en plus un organe à plage d'insensibilité (407) dont les seuils de reponse peuvent être réglés à

des valeurs fixes prédéterminées.

9. Filtre de gammes de fréquences selon l'une

quelconque des revendications 5-8, caractérisé par le

fait que comme "filtres de gammes bloquées" (403) dans les branches d'adaptation des valeurs de seuils, on peut utiliser des filtres passe haut, des filtres passe bande, des filtres passe bas, des filtres coupebande ou des combinaisons de montages en série et/ou en parallèle des

types de filtres précités.

10. Filtre de gammes de fréquences selon l'une

quelconque des revendications 5-9, caractérisé par le

fait que comme fbrmeurs de valeurs moyennes dans les branches d'adaptation des valeurs de seuils, on peut utiliser des redresseurs demi- onde, des redresseurs pleine onde, des redresseurs à valeur de crête, ou des éléments fonctionnels, par exemple des organes d'élévation au carré, formant des puissances paires de

leur signal d'entrée.

11. Filtre de gammes de fréquences selon l'une

quelconque des revendications 5-10, caractérisé par le

fait que comme filtre de forme (405) dans les branches d'adaptation des valeurs de seuils, on peut utiliser des filtres passe bas, des filtres coupe-bande, des filtres passe bande ou des montages en série et/ou en parallèle des types de filtres précités.

12. Filtre de gammes de fréquences selon l'une

quelconque des revendications 5-11, caractérisé par le

fait que comme fonctions de compensation (406) dans les branches d'adaptation on peut utiliser des caractéristiques ou des fonctions linéaires et/ou non linealres, par exemple des amplificateurs à limitation d'amplitudes ou des éléments fonctionnels formant des

racines carrées et analogues.

13. Filtre de gammes de fréquences selon l'une

quelconque des revendications 1-12, caractérisé par le

fait qu'on peut utiliser des filtres passe bas de premier ou de deuxième ordre comme filtres de gammes passantes (302), des organes de dérivation ou des filtres passe bande comme filtres de fréquences intermédiaires (305) et, dans la branche d'adaptation des valeurs de seuils, des filtres passe haut de premier ou de deuxième ordre comme filtres de gammes bloquées (403), des redresseurs ou des organes d'élévation au carré comme formeurs de valeurs moyennes (404), des filtres passe bas de premier ou de deuxième ordre comme filtres de forme (405), des amplificateurs linéaires ou des fonctions racine carrée comme fonctions de compensation (406) et un organe à 3-4 plage d'insensibilité (407) avec seuils de réponse et

limitation d'amplitudes prédéterminés.

14. Filtre de gammes de fréquences selon l'une

quelconque des revendications 1-13, caractérisé par le

fait qu'on peut utiliser un organe à plage d'insensibilité (301) à point zéro adaptable et/ou à valeurs de seuil ( d) adaptables. qui contient un premier amplificateur (101) qui reçoit un signal d'entrée (x) et dont le signal de sortie, d'une part, peut être appliqué à l'entrée par l'intermédiaire de deux potentiomètres (103, 104) et de diodes (105, 106) respectivement raccordées à la prise de ceux-ci et montées en sens contraire, et d'autre part être additionné dans un second amplificateur (102) au signal d'entrée (x), des signaux, correspondants aux valeurs de seuils (d, Ad) et/ou à l'adaptation du point zéro (AN), pouvant être appliques respectivement à l'autre extrémité des potentiomètres (103, 104) , par exemple au moyen d'un troisième et d'un

quatrième amplificateurs (107, 108).

15. Filtre de gammes de fréquences selon l'une

quelconque des revendications précédentes, caractérisé

par le fait que les éléments fonctionnels du- filtre de gammes de fréquences non linéaire, comme des réseaux linéaires, des organes à plage d'insensibilité, des cracceristiques linéaires et/ou non linéaires, des organes totalisateurs peuvent être réalisés en tout ou partie par des algorithmes à fonctions équivalentes dans

une électronique numérique câblée ou programmable.