FR2655789A1

FR2655789A1 - Device generating a frequency-modulated signal of the "lamp signal" type, using generation by dispersive filter or digital generation

Info

Publication number: FR2655789A1
Application number: FR8915889A
Authority: FR
Inventors: Chomiki Michel; Thomson Csf Scpi
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1989-12-01
Filing date: 1989-12-01
Publication date: 1991-06-14

Abstract

Generator of a frequency-modulated signal, of the ramp signal type (20), with a modulation law which is linear or non-linear. A conventional generator (19), with a SAW dispersive filter or using digital generation, supplies the reference (20) for a phase-locked loop (21) including a narrow-band filter (22) and pre-positioned by a sawtooth signal (24) suitable for controlling the V.C.O. (23) of the loop in accordance with the variation law of this ramp signal. Possible application to Fourier converters and to pulse compression devices.

Description

La présente invention se rapporte à un dispositif pour générer un signal modulé en fréquence du genre "signal de rampe", ce dispositif utilisant une génération par filtre dispersif ou une génération numérique. The present invention relates to a device for generating a frequency modulated signal of the "ramp signal" type, this device using a generation by dispersive filter or a digital generation.

Des générateurs de ce type sont utilisés principalement d'une part dans les dispositifs de "compression d'impulsion" qui équipent la quasi-totalité des radars modernes, et d'autre part dans les analyseurs de spectre dits les "transformateurs de FOURIER" qui mettent en oeuvre l'algorithme connu sous le nom de Chirp Transform". Le fonctionnement de ces dispositifs inclut la génération d'un ou plusieurs signaux, de durée T déterminée, modulés en fréquence selon une loi linéaire ou non, et que, pour simplifier, l'on appelera dans ce qui va suivre "signaux de rampe". Generators of this type are used mainly on the one hand in "pulse compression" devices which equip almost all modern radars, and on the other hand in spectrum analyzers called "FOURIER transformers" which implement the algorithm known as Chirp Transform ". The operation of these devices includes the generation of one or more signals, of determined duration T, frequency modulated according to a linear law or not, and that, to simplify , we will call in what follows "ramp signals".

Il existe actuellement deux grands procédés principaux pour générer des signaux de ce type. There are currently two main main methods for generating signals of this type.

Un premier procédé, qui est de loin le plus rapide à l'heure actuelle, consiste à utiliser un filtre dispersif à ondes de surface, ou filtre dispersif SAW. Il s'agit d'un filtre analogique, par exemple du type "RAC", comportant deux voies acoustiques munies de sillons gravés à 45 degrés. De tels filtres à ondes de surface sont par exemple décrits dans l'article de Messieurs R.C. A first method, which is by far the fastest at present, consists in using a dispersive surface wave filter, or dispersive SAW filter. It is an analog filter, for example of the "RAC" type, comprising two acoustic channels provided with grooves etched at 45 degrees. Such surface wave filters are for example described in the article by Messrs. R.C.

Williamson et H.L. Smith "Large time bandwidth product surface wave pulse compressor employing reflective gratings", paru dans la revue britannique "Electronics
Letters", volume 18, N016, Août 1972, pages 401 et 402.Williamson and HL Smith "Large time bandwidth product surface wave pulse compressor employing reflective gratings", published in the British journal "Electronics
Letters ", volume 18, N016, August 1972, pages 401 and 402.

Le deuxième procédé est le procédé de génération numérique, qui est moins rapide mais plus précis que le précédent, et qui utilise soit la lecture de deux mémoires
PROM correctement programmées, avec une voie en phase et une voie en quadrature, ces deux lectures étant suivies de conversions numérique/analogique, avec addition de ces deux voies (soit en bande de base, soit après modulation de porteuse), soit qui utilise une chaîne apte à effectuer à chaque instant le calcul du signal à générer, une telle chaîne comportant successivement : un compteur recevant un signal d'horloge, un accumulateur de phase fournissant la phase, une table fournissant le sinus ou le cosinus de cette phase, et enfin un convertisseur numérique/analogique de sortie.The second method is the digital generation method, which is slower but more precise than the previous one, and which uses either the reading of two memories
PROM correctly programmed, with a phase channel and a quadrature channel, these two readings being followed by digital / analog conversions, with addition of these two channels (either in baseband, or after carrier modulation), or which uses a chain capable of calculating the signal to be generated at each instant, such a chain comprising successively: a counter receiving a clock signal, a phase accumulator supplying the phase, a table supplying the sine or the cosine of this phase, and finally a digital / analog output converter.

Ces générateurs connus présentent quelques inconvénients. These known generators have some drawbacks.

S'agissant des générateurs utilisant un ou plusieurs filtres à ondes de surface, ils engendrent des fréquences parasites qui sont dues aux défauts de fonctionnement de ces filtres, dont : la fuite directe, l'écho de triple transit, et les réflexions sur les bords des substrats. Certains de ces signaux parasites, comme l'écho de triple transit, ont un retard supérieur à celui,
T, du signal voulu, et se retrouvent par suite dans les récurrences suivantes.Regarding generators using one or more surface wave filters, they generate parasitic frequencies which are due to malfunctions of these filters, including: direct leakage, triple transit echo, and reflections on the edges substrates. Some of these spurious signals, like the triple transit echo, have a delay greater than that,
T, of the desired signal, and are therefore found in the following recurrences.

Au niveau du signal de sortie des dispositifs de compression et des transformateurs de FOURIER, il en résulte la présence de lobes secondaires, de niveau élevé et
lointains en temps, dont l'origine est liée aux
parasites qui sont véhiculés par le signal modulé en
fréquence ; et
un niveau de bruit élevé de part et d'autre de
l'impulsion comprimée dû au bruit véhiculé par le
signal modulé en fréquence (bruit dû au composant SAW
et bruit électronique confondus).As a result of the output signal from FOURIER compressors and transformers, this results in the presence of secondary lobes, of high level and
distant in time, whose origin is linked to
parasites which are carried by the signal modulated in
frequency; and
high noise level on both sides of
the compressed pulse due to the noise carried by the
frequency modulated signal (noise due to SAW component
and electronic noise combined).

Ces deux phénomènes pénalisent la dynamique instantanée des systèmes. These two phenomena penalize the instantaneous dynamics of the systems.

S'agissant d'un générateur numérique, d'une part la conversion numérique/analogique introduit un "bruit" de quantification, d'autre part la modulation d'une porteuse génère des signaux parasites, tels que fuite sur porteuse et fréquence image. Being a digital generator, on the one hand the digital / analog conversion introduces quantization "noise", on the other hand the modulation of a carrier generates parasitic signals, such as carrier leakage and image frequency.

Il apparaît donc finalement que, quelle que soit la façon, analogique ou numérique, dont est générée le signal de rampe, il y a introduction de fréquences parasites engendrant des phénomènes préjudiciables au dispositif utilisant ce signal de rampe. It therefore finally appears that, whatever the analog or digital way in which the ramp signal is generated, there is introduction of parasitic frequencies generating phenomena detrimental to the device using this ramp signal.

L'invention vise à remédier à ces inconvénients. The invention aims to remedy these drawbacks.

Elle se rapporte à cet effet à un générateur de signal modulé en fréquence du genre "signal de rampe", ce générateur utilisant un dispositif de génération de ce signal par filtre dispersif ou un dispositif de génération numérique, et comportant en outre un filtre suiveur qui est centré sur la fréquence instantanée du signal utile et dont la bande passante est suffisamment étroite pour rejeter les fréquences parasites engendrées par ce filtre dispersif ou par ce dispositif de génération numérique, ce filtre suiveur étant constitué par une boucle à verrouillage de phase dont la référence est constituée par le signal utile issu de ce filtre dispersif ou de ce dispositif de génération numérique.It relates to this effect to a frequency modulated signal generator of the "ramp signal" type, this generator using a device for generating this signal by dispersive filter or a digital generation device, and further comprising a follower filter which is centered on the instantaneous frequency of the useful signal and whose passband is sufficiently narrow to reject the spurious frequencies generated by this dispersive filter or by this digital generation device, this follower filter being constituted by a phase locked loop whose reference consists of the useful signal from this dispersive filter or from this digital generation device.

Avantageusement, cette boucle à verrouillage de phase reçoit en outre une tension variable de prépositionnement qui est générée extérieurement de manière à commander l'oscillateur commandé en tension (ou
V.C.O.) de la boucle à verrouillage de phase pour qu'il fournisse, indépendamment du signal de référence précité, un signal de sortie modulé en fréquence et sensiblement identique, à la précision du V.C.O. près, au signal de rampe utile désiré.Advantageously, this phase-locked loop also receives a variable prepositioning voltage which is generated externally so as to control the voltage-controlled oscillator (or
VCO) of the phase-locked loop so that it provides, independently of the aforementioned reference signal, an output signal modulated in frequency and substantially identical, except for the precision of the VCO, to the desired useful ramp signal.

De toute façon, l'invention sera bien comprise, et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, lors de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation, en référence au dessin schématique annexé dans lequel - Figure 1 montre l'emplacement de ce générateur dans un
système de compression d'impulsion - Figure 2 montre de même l'emplacement de ce générateur
dans la partie multiplication - convolution d'un
transformateur de FOURIER ; et - Figure 3 est un schéma synoptique du filtre suiveur qui,
conformément à l'invention, équipe ce générateur.In any case, the invention will be well understood, and its advantages and other characteristics will emerge during the following description of a nonlimiting exemplary embodiment, with reference to the appended schematic drawing in which - Figure 1 shows the location of this generator in a
pulse compression system - Figure 2 similarly shows the location of this generator
in the multiplication part - convolution of a
FOURIER transformer; and - Figure 3 is a block diagram of the follower filter which,
in accordance with the invention, equips this generator.

En se reportant à la figure 1, il s'agit d'une installation radar, aujourd'hui très courante, dite "à compression d'impulsion". Referring to Figure 1, it is a radar installation, today very common, called "pulse compression".

L'impulsion radar 1 est appliquée en 2 à un bloc électronique 3 comportant un filtre dispersif SAW apte à transformer l'impulsion fine 1 en un signal 5 de durée T et modulée linéairement en fréquence, et que l'on appellera "signal de rampe" (bien que cette application soit en réalité plutôt utilisée dans les analyseurs de spectre du genre Transformateur de FOURIER), puis à l'émetteur 4. The radar pulse 1 is applied in 2 to an electronic unit 3 comprising a dispersive SAW filter capable of transforming the fine pulse 1 into a signal 5 of duration T and linearly modulated in frequency, and which will be called "ramp signal "(although this application is actually rather used in spectrum analyzers of the Transformer type from FOURIER), then to transmitter 4.

Ce signal 5 est émis par l'antenne émettrice 6 vers la cible 7, sur laquelle il se réfléchit pour être, en retour, capté par l'antenne réceptrice 8 de l'installation (qui peut d'ailleurs être confondue avec l'antenne émettrice 6). This signal 5 is emitted by the transmitting antenna 6 towards the target 7, on which it is reflected so as to be, in return, received by the receiving antenna 8 of the installation (which can moreover be confused with the antenna 6).

Le signal reçu est alors appliqué à un bloc électronique de réception 9, qui comporte dans cet exemple un filtre dispersif SAW complémentaire de celui contenu dans le bloc 4 (c'est à dire de courbe fréquence/retard identique mais de pente de signe contraire), et qui est donc apte à retransformer le signal de rampe 5 en une impulsion "fine" dont l'allure réelle est représentée en 10. The received signal is then applied to an electronic reception unit 9, which in this example includes a SAW dispersive filter complementary to that contained in the unit 4 (ie with identical frequency / delay curve but slope of opposite sign) , and which is therefore capable of retransforming the ramp signal 5 into a "fine" pulse whose real shape is represented at 10.

Le générateur de signal de rampe concerné par 1 invention est donc, dans cet exemple d'application, le bloc électronique 3 (ou, au moins, contenu dans ce bloc électronique). The ramp signal generator concerned by 1 invention is therefore, in this application example, the electronic unit 3 (or, at least, contained in this electronic unit).

En se référant à la figure 2, il s'agit de la partie multiplication-convolution d'un analyseur dit "transformateur de FOURIER". Referring to Figure 2, this is the multiplication-convolution part of an analyzer called "FOURIER transformer".

Le signal électrique à analyser est appliqué en 11 à un multiplicateur qui reçoit sur son autre entrée 13 un signal de rampe semblable au signal 5 de la figure 1, et généré par une impulsion fine appliquée à un filtre dispersif SAW 15, suivi d'un bloc électronique 16 comportant (ou constituant) le dispositif de l'invention. The electrical signal to be analyzed is applied at 11 to a multiplier which receives at its other input 13 a ramp signal similar to the signal 5 of FIG. 1, and generated by a fine pulse applied to a SAW dispersive filter 15, followed by a electronic unit 16 comprising (or constituting) the device of the invention.

De manière classique, ce multiplicateur est suivi d'un autre filtre dispersif SAW 17 et d'un bloc électronique de sortie 18. Conventionally, this multiplier is followed by another SAW dispersive filter 17 and an electronic output unit 18.

Le dispositif de l'invention sera maintenant explicité à l'aide de la figure 3. The device of the invention will now be explained using FIG. 3.

Ce dispositif comporte un dispositif classique 19 de génération du signal de rampe 20, comportant par exemple un filtre dispersif SAW, attaqué par une impulsion fine, ou impulsion de DIRAC, 37, et incluant une électronique classique (dont, par exemple, un amplificateur, un filtre, ainsi qu'éventuellement un
Contrôle Automatique de Gain).This device includes a conventional device 19 for generating the ramp signal 20, comprising for example a SAW dispersive filter, driven by a fine pulse, or DIRAC pulse, 37, and including conventional electronics (including, for example, an amplifier, a filter, as well as possibly a
Automatic Gain Control).

Conformément à l'invention, ce bloc générateur classique 19 est utilisé comme signal de référence d'une boucle à verrouillage de phase 21 (qui, comme on le sait, est un filtre-suiveur), dont la boucle de retour comporte un filtre 22 à bande suffisamment étroite pour rejeter les fréquences parasites (écho de triple-transit, fuite directe, écho de bord) engendrées par le filtre dispersif
SAW contenu dans le bloc 19, et dont l'oscillateur
Commandé en Tension, ou V.C.O., 23, reçoit une tension de prépositionnement 24 en dents de scie, apte à commander ce
V.C.O. pour que sa tension de sortie 25 suive la même loi linéaire de variation de fréquence que celle suivie par le signal de rampe 20.According to the invention, this conventional generator block 19 is used as the reference signal of a phase locked loop 21 (which, as is known, is a filter follower), the return loop of which includes a filter 22 with a sufficiently narrow band to reject parasitic frequencies (triple-transit echo, direct leak, edge echo) generated by the dispersive filter
SAW contained in block 19, and including the oscillator
Voltage controlled, or VCO, 23, receives a sawtooth prepositioning voltage 24, capable of controlling this
VCO so that its output voltage 25 follows the same linear law of frequency variation as that followed by the ramp signal 20.

Plus précisément, le signal de sortie 25 du V.C.O. More specifically, the output signal 25 of the V.C.O.

23 est partiellement capté en 26 par un coupleur, pour être appliqué, après passage par un diviseur de fréquence par N 27 dont l'intérêt sera expliqué ci-après, à une première entrée d'un comparateur de phase 28, dont l'autre entrée reçoit le signal de rampe 20. Le signal d'erreur en 29 est appliqué, via le filtre de boucle précité 22, à un additionneur 30 qui reçoit sur son autre entrée le signal 24, et dont la sortie 31 constitue la tension de commande du V.C.O. 23.23 is partially picked up at 26 by a coupler, to be applied, after passing through a frequency divider by N 27, the value of which will be explained below, to a first input of a phase comparator 28, the other of which input receives the ramp signal 20. The error signal at 29 is applied, via the aforementioned loop filter 22, to an adder 30 which receives on its other input the signal 24, and whose output 31 constitutes the control voltage VCO 23.

Le signal de prépositionnement 24 peut être généré de manière purement analogique, mais, à titre illustratif, il s'agit dans ce cas de figure d'un générateur numérique comportant une mémoire PROM 33 adressée en 34 et dont les informations extraites en 35 sont converties en signal 24 par un convertisseur numérique/analogique 36. The prepositioning signal 24 can be generated in a purely analog manner, but, by way of illustration, in this case it is a digital generator comprising a PROM memory 33 addressed at 34 and whose information extracted at 35 is converted in signal 24 by a digital / analog converter 36.

Prépositionnée par le signal 24, la boucle 21 s'accroche sans difficulté sur le signal 20, qu'elle recopie avec une bande étroite imposée par le filtre 22 le signal finalement obtenu en 25 est donc le signal de rampe 20, affranchi de toutes les fréquences parasites qui sont rejetées par le filtre de boucle 22. Par ailleurs, la bande de fréquences couverte par le signal de rampe qui sort effectivement en 25 est, en raison du diviseur de fréquences par N 27, multipliée par ce même facteur N, ce qui est très avantageux du point de vue économique car, pour obtenir ce même résultat sans la boucle à verrouillage de phase 21, il faudrait utiliser un multiplicateur de fréquence par N, qui est un composant beaucoup plus onéreux qu'un diviseur de fréquence par N. Preposed by signal 24, loop 21 easily hooks onto signal 20, which it copies with a narrow band imposed by filter 22 the signal finally obtained at 25 is therefore the ramp signal 20, freed from all parasitic frequencies which are rejected by the loop filter 22. Furthermore, the frequency band covered by the ramp signal which effectively leaves at 25 is, due to the frequency divider by N 27, multiplied by this same factor N, this which is very advantageous from the economic point of view because, to obtain this same result without the phase-locked loop 21, it would be necessary to use a frequency multiplier by N, which is a much more expensive component than a frequency divider by N .

Comme il va de soi, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit. C'est ainsi, que le diviseur par N 27, qui n'est placé sur la figure 3 qu'à titre d'illustration d'un avantage supplémentaire de l'invention, pourrait être omis si l'on ne souhaite pas élargir la bande de fréquences du signal de rampe. Le signal de prépositionnement 24 pourrait à la rigueur être supprimé avec cependant pour conséquence un filtrage moins sélectif. C'est ainsi également que ce signal de prépositionnement 24 peut être appliqué en tout autre endroit compris entre le comparateur 28 et le V.C.O. It goes without saying that the invention is not limited to the embodiment which has just been described. Thus, the divider by N 27, which is only placed in FIG. 3 as an illustration of an additional advantage of the invention, could be omitted if one does not wish to widen the frequency band of the ramp signal. The prepositioning signal 24 could, if need be, be deleted with, however, less selective filtering. This is also how this prepositioning signal 24 can be applied to any other location between the comparator 28 and the V.C.O.

23. La forme du signal de prépositionnement est évidemment fonction de l'endroit où celui-ci est injecté dans la boucle. 23. The shape of the prepositioning signal is obviously a function of where it is injected into the loop.

Le filtre 22 comporte avantageusement un dispositif d'élargissement de bande de fréquences pour accélérer le repositionnement du VCO 23 lors du retour (front de descente) de la dent de scie 24, un tel dispositif étant connu en soi. The filter 22 advantageously includes a frequency band widening device to accelerate the repositioning of the VCO 23 when the saw tooth 24 returns (falling edge), such a device being known per se.

Claims

REVENDICATIONS

1 - Générateur de signal modulé en fréquence du genre "signal de rampe" (5), utilisant une génération par filtre dispersif ou une génération numérique, caractérisé en ce qu'il comporte un filtre-suiveur (21) qui est centré sur la fréquence instantanée du signal utile et dont la bande passante est suffisamment étroite pour rejeter les fréquences parasites engendrées par ce filtre dispersif ou cette génération numérique, ce filtre-suiveur étant constitué par une boucle à verrouillage de phase dont la référence (20) est constituée par le signal utile issu de ce filtre dispersif (19) ou de cette génération numérique. 1 - Frequency modulated signal generator of the "ramp signal" type (5), using a generation by dispersive filter or a digital generation, characterized in that it comprises a filter follower (21) which is centered on the frequency instantaneous of the useful signal and whose passband is sufficiently narrow to reject the spurious frequencies generated by this dispersive filter or this digital generation, this filter follower being constituted by a phase locked loop whose reference (20) is constituted by the useful signal from this dispersive filter (19) or from this digital generation.

2 - Générateur de signal de rampe selon la revendication 1, caractérisé en ce que cette boucle à verrouillage de phase (21) reçoit en outre une tension variable de prépositionnement (24) qui est générée extérieurement de manière à commander l'oscillateur commandé en tension (23) de cette boucle à verrouillage de phase pour qu'il fournisse, indépendamment du signal de référence précité (20), un signal de sortie modulé en fréquence et sensiblement identique, à la précision de cet oscillateur commandé en tension près, au signal de rampe utile désiré. 2 - ramp signal generator according to claim 1, characterized in that this phase-locked loop (21) also receives a variable prepositioning voltage (24) which is generated externally so as to control the voltage-controlled oscillator (23) of this phase-locked loop so that it provides, independently of the aforementioned reference signal (20), an output signal modulated in frequency and substantially identical, except for the precision of this oscillator controlled in voltage, to the signal of useful ramp desired.

3 - Générateur de signal de rampe selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la boucle à verrouillage de phase 21 comporte, dans son circuit de retour, un diviseur de fréquences (27) apte à entraîner un élargissement de la bande de fréquences couverte par ce signal de rampe. 3 - ramp signal generator according to claim 1 or claim 2, characterized in that the phase locked loop 21 comprises, in its return circuit, a frequency divider (27) capable of causing a widening of the band of frequencies covered by this ramp signal.

4 - Générateur de signal de rampe selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le filtre de boucle (22) de ladite boucle à verrouillage de phase (21) comporte un dispositif apte à élargir la bande de fréquences, afin d'accélérer le repositionnement de l'Oscillateur Commandé en Tension (23) de cette boucle (21) lors du front de descente du signal de prépositionnement (24). 4 - ramp signal generator according to one of claims 2 or 3, characterized in that the loop filter (22) of said phase locked loop (21) comprises a device capable of widening the frequency band, so accelerate the repositioning of the Voltage Controlled Oscillator (23) of this loop (21) during the falling edge of the prepositioning signal (24).

5 - Dispositif à compression d'impulsion (4 à 9), caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de signal de rampe (3) selon l'une des revendications 1 à 4. 5 - Pulse compression device (4 to 9), characterized in that it comprises a ramp signal generator (3) according to one of claims 1 to 4.

6 - Analyseur de spectre du genre "transformateur de FOURIER", caractérisé en ce que sa partie "multiplication-convolution" (11 à 18) comporte un générateur de signal de rampe (15, 16) selon l'une des revendications 1 à 4. 6 - Spectrum analyzer of the "FOURIER transformer" type, characterized in that its "multiplication-convolution" part (11 to 18) comprises a ramp signal generator (15, 16) according to one of claims 1 to 4 .