FR3067191B1 - Procede de suppression des interferences electromagnetiques dans un signal radio module en amplitude, notamment recu dans un vehicule electrique ou hybride - Google Patents
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Abstract
Procédé d'atténuation des interférences électromagnétiques dans un signal radio AM reçu par un récepteur radio, de façon à produire un signal radio filtré Zn défini par Zn = WT nYn à l'instant n, où Yn est un vecteur dont les composantes correspondent respectivement au signal radio reçu par une première antenne et à un deuxième signal reçu par une deuxième antenne reliée à la source d'interférences, et Wn est un vecteur dont les composantes correspondent à des coefficients complexes d'un filtre à réponse impulsionnelle, avec: Zn = w1.n.y1.n + w2,n.y2,n, au moyen de l'introduction d'une corrélation entre les parties réelles et imaginaires desdits coefficients complexes, lesdits coefficients complexes s'exprimant en coordonnées polaires, de sorte que w1,n = g1,nej2πθ 1,n et w2,n = g2,nej2πθ 2,n, et de la mise en œuvre d'un algorithme itératif prédéterminé configuré pour déterminer g1.n, g2,n, θ1.n et θ2,n aptes à minimiser la fonction de coût suivante :
Description
L’invention concerne le domaine de l’atténuation des interférences électromagnétiques, suscitées en particulier par le moteur électrique d’un véhicule, vis-à-vis d’un signal radio modulé en amplitude reçu par ledit véhicule.
Plus précisément, dans le contexte d’un récepteur radio embarqué dans un véhicule, en particulier dans un véhicule électrique, apte à recevoir un signal AM, AM pour « Amplitude Modulation >> en anglais, signifiant « modulation en amplitude >>, la présente invention vise la suppression des interférences électromagnétiques introduites dans ledit signal radio AM par le fonctionnement du moteur électrique.
Ces interférences électromagnétiques, comme cela est connu, sont notamment générées par le moteur électrique d’un tel véhicule.
Un récepteur radio, notamment dans un système multimédia d’un véhicule automobile, est apte à recevoir un signal radio, en particulier un signal radio AM. Des interférences électromagnétiques sont générées par le moteur de tels véhicules, en particulier le moteur électrique d’un véhicule électrique ou hybride, perturbant la réception du signal radio AM.
Pour supprimer ces interférences électromagnétiques, il est connu de l’homme du métier de recourir à des filtres mettant en oeuvre des algorithmes itératifs, désignés algorithmes CPA pour « Constant Phase Algorithm >> en anglais, signifiant « algorithme à phase constante >>. Comme leur nom l’indique, ces algorithmes CPA visent à assurer une phase constante dans le signal radio AM traité.
Plus précisément, les algorithmes CPA sont utilisés pour définir le meilleur filtre à appliquer au signal radio AM reçu en vue d’en supprimer les interférences électromagnétiques.
Un tel signal radio AM, reçu sous forme modulée par un récepteur radio, est soumis à différents senseurs et à un filtrage adapté pour que le signal radio démodulé correspondant puisse être restitué dans de bonnes conditions, notamment dans l’habitacle d’un véhicule automobile. L’homme du métier connaît le principe de fonctionnement d’un signal radio AM, c’est-à-dire modulé en amplitude, reçu par un récepteur radio adapté, en vue d’être démodulé puis restitué à des auditeurs.
Une problématique connue ayant trait à la réception d’un signal radio AM via un récepteur radio mobile, en particulier intégré dans un véhicule automobile électrique ou hybride, réside dans le fait que des interférences électromagnétiques, en particulier générées par le moteur électrique dans le cas d’un véhicule électrique ou hybride, perturbent le signal radio AM reçu.
Il en découle un filtrage nécessaire, typiquement au moyen d’un filtre à réponse impulsionnelle (« FIR >>), pour supprimer lesdites interférences électromagnétiques.
En référence à la figure 1, pour supprimer les interférences électromagnétiques dans un signal radio AM reçu, des filtres à réponse impulsionnelle FIR ont été développés. Ces filtres mettent en oeuvre des algorithmes CPA, décrits ci-après, configurés pour atténuer dans le signal radio AM reçu, exprimé en bande de base complexe et noté yn, lesdites interférences électromagnétiques, en vue de fournir un signal radio FM traité zn.
Selon l’état de la technique, les algorithmes de suppression des interférences électromagnétiques sont généralement du type à phase constante, comme évoqué précédemment. En effet, le principe de la modulation d’amplitude assure que le signal radio émis présente une phase constante. De ce fait, des algorithmes de calcul, désignés algorithmes CPA, ont été mis au point et l’homme du métier cherche en permanence à les améliorer, avec pour contrainte principale d’assurer, après calcul, une phase sensiblement constante dans le signal radio filtré au sein du récepteur.
Les algorithmes CPA sont des algorithmes de calcul itératifs ayant pour objectif de déterminer les parties réelles et imaginaires des coefficients complexes à appliquer au vecteur complexe correspondant au signal radio AM reçu, exprimé en bande de base complexe, en vue de réaliser une combinaison permettant d’atténuer les interférences électromagnétiques présentes dans le signal radio AM. D’un point de vue mathématique, le principe présenté ci-dessus, dans lequel des coefficients complexes, caractéristiques d’un filtre à réponse impulsionnelle, sont attribués aux signaux reçus d’une part par une antenne d’un récepteur radio, correspondant à un signal radio AM auquel se sont ajoutées des interférences électromagnétiques générées par une source d’interférences, tel qu’un moteur électrique de véhicule par exemple, et d’autre part par une deuxième antenne connectée à ladite source d’interférences, tel que le moteur électrique évoqué précédemment, correspondant auxdites interférences, exprimés en bande de base complexe, en vue de former un signal radio filtré à restituer, après annulation desdites interférences électromagnétiques, se traduit de la façon suivante.
Le signal radio filtré s’écrit :
où yln est le signal radio, en bande de base complexe, reçu par l’antenne considérée du récepteur radio, correspondant au signal radio AM émis, perturbé par les interférences électromagnétiques, et y2,n est le signal reçu par l’antenne recevant le bruit
de la source d’interférences, en particulier le moteur électrique d’un véhicule électrique ou hybride, et wln , w2n sont les coefficients complexes attribués, via un filtre à réponse impulsionnelle FIR, audit signal radio reçu.
Selon l’état de la technique, des algorithmes CPA sont mis en oeuvre pour déterminer le vecteur complexe Wn apte à minimiser la fonction de coût suivante :
Par ailleurs, selon l’état de l’art, le vecteur de coefficients complexes Wn serait considéré comme constitué de complexes linéaires, ledit vecteur Wn ayant la forme suivante :
Les composantes de ce vecteur de coefficients complexes Wn sont indépendantes les unes des autres et les parties réelles et imaginaires de chaque composante également.
La fonction de coût correspondante peut être réduite par la technique du gradient instantané pour s’écrire :
où μ est une constante choisie permettant de faire converger le gradient plus ou moins vite, en fonction de la stabilité et de la rapidité de convergence souhaitées.
La mise à jour des coefficients complexes découle alors de la formule suivante :
Cet algorithme, représentatif de l’état de l’art, donne la courbe de solutions de la figure 2, avec partie réelle Re et partie imaginaire Im, susceptible de converger vers des solutions non optimales. En particulier, s’il est correct que la phase converge vers 0, la courbe de solutions de l’état de l’art permet également au gain de converger vers 0, tout en constituant une solution objective pour l’algorithme CPA mis en oeuvre.
Pour pallier cet inconvénient majeur, dans l’état de l’art, il est connu d’ajouter un coefficient de normalisation dans l’équation de mise à jour des coefficients complexes à mettre en oeuvre via un filtre à réponse impulsionnelle. Ladite mise à jour des coefficients complexes devient par conséquent :
Un inconvénient majeur des techniques de filtrage connues et des algorithmes CPA tels qu’ils sont appliqués aujourd’hui, en vue de supprimer les interférences électromagnétiques en particulier produites par le moteur électrique d’un véhicule
électrique ou hybride, réside dans le fait qu’ils convergent parfois lentement, et surtout dans le fait qu’ils convergent parfois à mauvais escient et présentent une stabilité défaillante. En d’autres termes, il arrive que des coefficients complexes vérifiant les conditions requises amènent à la restitution d’un signal radio de mauvaise qualité. C’est pour pallier ces inconvénients que la présente invention est proposée, en vue de permettre la suppression des interférences électromagnétiques dans un signal radio AM reçu par un récepteur radio, notamment embarqué dans un véhicule automobile, au moyen d’un procédé de filtrage amélioré. A cette fin, la présente invention prévoit en particulier la mise en oeuvre d’un algorithme itératif, par exemple de type algorithme CPA, pour déterminer les caractéristiques d’un filtre à appliquer, sur la base d’une fonction de coût spécifique que ledit algorithme itératif est chargé de minimiser.
Ladite fonction de coût est en particulier exprimée en coordonnées polaires et normalisée en termes de gain, de sorte que la convergence vers 0 de la phase est assurée.
De cette façon, l’algorithme itératif considéré converge plus rapidement et de façon stable vers une détermination du vecteur de coefficients complexes à appliquer, au moyen d’un filtre à réponse impulsionnelle notamment, aux signaux reçus par l’antenne du récepteur radio considéré et par la deuxième antenne, exprimés en bande de base complexe, de manière à supprimer les interférences électromagnétiques.
Plus précisément, la présente invention vise l’atténuation, voire la suppression des interférences électromagnétiques en particulier générées par un moteur électrique d’un véhicule vis-à-vis d’un signal radio AM reçu par un récepteur radio. A cette fin, ledit récepteur radio destiné à recevoir le signal radio AM émis est connecté à au moins deux antennes de réception radio séparées l’une de l’autre, une première antenne recevant, à l’instant n, un premier signal radio y1>n correspondant au signal radio AM émis, perturbé par les interférences électromagnétiques, et une deuxième antenne recevant, à l’instant n, le signal bruité y2,n correspondant aux interférences électromagnétiques.
Le premier signal radio et le deuxième signal bruité sont destinés à être combinés à travers un filtre à réponse impulsionnelle dont la détermination des coefficients est le but de la présente invention.
Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé d’atténuation des interférences électromagnétiques dans un signal radio modulé en amplitude reçu par un récepteur radio, lesdites interférences électromagnétiques étant produites par une source d’interférences, de façon à produire un signal radio filtré Zn défini par Zn = WjYn à l’instant n, où Yn est un vecteur dont les composantes correspondent respectivement au signal radio reçu par une première antenne du récepteur radio, ledit signal radio reçu comprenant des interférences électromagnétiques, et à un deuxième signal reçu par une deuxième antenne reliée à la source d’interférences, ledit deuxième signal correspondant aux interférences électromagnétiques, en bande de base complexe, et Wn est un vecteur dont les composantes correspondent à des coefficients complexes caractéristiques d’un filtre à réponse impulsionnelle, lesdits coefficients complexes étant destinés à être appliqués respectivement au signal radio reçu et au deuxième signal radio exprimés en bande de base complexe, pour former, après combinaison, le signal radio filtré Zn dans lequel les interférences électromagnétiques sont atténuées, le procédé selon l’invention comprenant la détermination de coefficients complexes du vecteur Wn tels que :
Zn = WjYn = wln.yln + W2,n.y2,n , au moyen de l’introduction d’une corrélation entre les parties réelles et imaginaires desdits coefficients complexes, lesdits coefficients complexes s’exprimant en coordonnées polaires, de sorte que wliH = glineJ'2^n et w2,n = g2,nej27ie^ , et de la mise en oeuvre d’un algorithme itératif prédéterminé configuré pour déterminer gln, 92,n, 6i,n et θ2 η aptes à minimiser la fonction de coût suivante :
de façon à obtenir le vecteur de coefficients complexes Wn caractéristiques du filtre à réponse impulsionnelle à appliquer au signal radio reçu Yn pour en atténuer les interférences électromagnétiques.
Grâce au procédé selon l’invention, l’algorithme itératif mis en oeuvre est apte à converger rapidement et de façon stable vers un ensemble limité de solutions assurant une phase nulle et un gain non nul dans le signal radio filtré. En effet, l’introduction d’une corrélation entre les parties réelles et imaginaires des coefficients complexes du filtre revient à intégrer, pour la mise en oeuvre de l’algorithme itératif, l’existence d’une corrélation entre les signaux yln et y2n.
Avantageusement, ledit algorithme d’adaptation itératif est un algorithme d’adaptation à phase constante.
Selon un mode de réalisation, le procédé selon l’invention comprend la mise en oeuvre de l’algorithme d’adaptation itératif consistant en la détermination des gains Gn et phases Θη complexes aptes à minimiser dans le temps la fonction de coût caractérisée par le gradient instantané suivant : VJcPA = X f (zn) + Vzn X f (zn) , avec
et
où Gn est un vecteur composé des gains des coefficients complexes à l’instant n et ®n est le vecteur composé des phases des coefficients complexes.
Selon un mode de réalisation, les évolutions respectives de Gn, ®n dans le temps sont calculées au moyen des formules suivantes :
où Gn est un vecteur composé des gains des coefficients complexes à l’instant n, ®n est le vecteur composé des phases des coefficients complexes, et μ3 et μθ sont des constantes choisies en fonction de la rapidité et de la précision de la convergence souhaitées de l’algorithme d’adaptation itératif mis en oeuvre.
La présente invention vise également un récepteur radio comprenant un microcontrôleur configuré pour mettre en oeuvre le procédé tel que brièvement décrit ci-dessus.
La présente invention vise aussi un véhicule automobile comprenant un récepteur radio tel que brièvement décrit ci-dessus.
Selon un mode de réalisation, ledit véhicule comprenant un moteur électrique, la première antenne est une antenne réceptrice du récepteur radio et la deuxième antenne est une antenne connectée audit moteur électrique du véhicule automobile, ledit moteur électrique étant la source d’interférences. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et se référant au dessin annexé qui représente : - la figure 1, le schéma de principe d’un procédé d’annulation d’interférences électromagnétiques au moyen d’un filtre mettant en oeuvre un algorithme CPA ; - la figure 2, la courbe de l’ensemble des solutions possibles dans le contexte d’un algorithme CPA tel que mis en oeuvre dans l’état de l’art ; - la figure 3, la courbe de l’ensemble des solutions possibles dans le contexte d’un algorithme CPA tel que mis en oeuvre conformément à l’invention.
Le procédé de suppression des interférences électromagnétiques d’un signal radio AM, selon l’invention, est présenté en vue d’une mise en oeuvre, principalement, dans un récepteur radio d’un système multimédia embarqué dans un véhicule automobile.
Cependant, la mise en œuvre de la présente invention dans tout autre domaine technique, en particulier dans tout type de récepteur radio AM, est également visée.
La présente invention propose une réécriture spécifique de la fonction de coût à minimiser dans le cadre de la démarche visant à déterminer, comme décrit précédemment, les composantes du vecteur de coefficients complexes à appliquer au signal radio AM reçu en vue d’en éliminer les interférences électromagnétiques.
Le modèle d’observation du signal radio filtré par application du vecteur de coefficients complexes précité s’exprime de la façon suivante : = Wj Yn = wtn. yln + ϊν2,η·Υ2,η avec
où Zn est le signal radio filtré, y1>n est le signal radio reçu, en bande de base complexe, par l’antenne considérée du récepteur radio, ledit signal radio reçu yln comprenant le signal radio à restituer et les interférences électromagnétiques, y2,n est le signal reçu par une deuxième antenne, reliée à la source d’interférences électromagnétiques, en particulier le moteur électrique d’un véhicule électrique ou hybride, ledit deuxième signal correspondant auxdites interférences électromagnétiques, et wl n , w2 n sont les vecteurs des coefficients complexes constitutifs du filtre à appliquer au signal radio reçu Yn.
Pour exploiter le fait que seule la phase est une contrainte à considérer dans la mise en œuvre d’algorithme CPA, la présente invention se propose d’exprimer les coefficients complexes, correspondant aux coefficients du filtre à appliquer au signal radio reçu Yn, correspondant d’une part à un signal radio AM reçu et à un deuxième signal correspondant à des interférences électromagnétiques, en coordonnées polaires :
Wi,n = gi,nei2n01n et w2in = g2,nei2ne^ Dès lors, le signal filtré s’écrit également en coordonnées polaires, permettant de simplifier le calcul du gradient :
Zn = W^Yn = GZnxee^ Dès lors, selon l’invention, un algorithme itératif, en particulier un algorithme CPA, est mis en œuvre pour déterminer les coefficients wn aptes à minimiser la fonction de coût suivante :
Le gradient instantané de cette fonction de coût s’écrit :
Wcpa = V(z)x/(z) + V(z)x/(z)
Et les dérivées partielles s’écrivent :
où Gn est un vecteur composé des gains des coefficients complexes du filtre à appliquer à l’instant n, ®n est le vecteur composé des phases des coefficients complexes dufiltre à appliquer à l’instant n.
La mise à jour dans le temps des gains et phases de chacun des coefficients complexes à déterminer s’obtient par conséquent grâce aux formules suivantes :
où μ3βΙ μθ sont des constantes choisies en fonction de la rapidité, de la stabilité et de la précision de convergence de l’algorithme souhaitées.
Il découle de ces formules une forte interdépendance entre les parties réelles et imaginaires des coefficients complexes à déterminer.
La mise en oeuvre d’algorithmes itératifs sur ces formules, en particulier d’algorithmes CPA, avec la contrainte de minimiser la fonction de coût exposée précédemment, converge ainsi plus efficacement que dans l’état de l’art. En effet, les solutions à gains nuis ne sont plus possibles et la convergence de la phase vers 0 est en revanche assurée.
La figure 3 montre ainsi la courbe des solutions d’un algorithme CPA mis en oeuvre sur les formules précédemment décrites, avec leurs modules Abs et leurs phases Ph respectives.
Grâce à l’invention, les algorithmes CPA convergent ainsi vers un sous-ensemble de solutions plus restreint que l’ensemble des solutions possibles des algorithmes CPA tels que mis en oeuvre dans l’état de l’art.
La mise en oeuvre du procédé selon l’invention, via un filtre à réponse impulsionnelle, permet par conséquent la suppression des interférences électromagnétiques d’un signal radio AM reçu par une antenne d’un récepteur radio d’un véhicule, lesdites interférences étant produites par le moteur, en particulier le moteur
électrique d’un tel véhicule, avec une meilleure stabilité et une meilleure rapidité que dans l’état de la technique.
Il est précisé, en outre, que la présente invention n’est pas limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus, ayant recours à des algorithmes CPA, et est susceptible de variantes accessibles à l’homme de l’art ; notamment, d’autres types d’algorithmes peuvent tout à fait être mis en oeuvre.
Claims (7)
- REVENDICATIONS1. Procédé d’atténuation des interférences électromagnétiques dans un signal radio modulé en amplitude reçu par un récepteur radio, lesdites interférences électromagnétiques étant produites par une source d’interférences, de façon à produire un signal radio filtré Zn défini par Zn = W^Yn à l’instant n, où Yn est un vecteur dont les composantes correspondent respectivement au signal radio reçu par une première antenne du récepteur radio, ledit signal radio reçu comprenant des interférences électromagnétiques, et à un deuxième signal reçu par une deuxième antenne reliée à la source d’interférences, ledit deuxième signal correspondant aux interférences électromagnétiques, en bande de base complexe, et Wn est un vecteur dont les composantes correspondent à des coefficients complexes caractéristiques d’un filtre à réponse impulsionnelle, lesdits coefficients complexes étant destinés à être appliqués respectivement au signal radio reçu et au deuxième signal radio exprimés en bande de base complexe, pour former, après combinaison, le signal radio filtré Zn dans lequel les interférences électromagnétiques sont atténuées, le procédé selon l’invention comprenant la détermination de coefficients complexes du vecteur Wn tels que : Zn = WjYn = wln.yln + W2,n.y2,n , au moyen de l’introduction d’une corrélation entre les parties réelles et imaginaires desdits coefficients complexes, lesdits coefficients complexes s’exprimant en coordonnées polaires, de sorte que wliH = glineJ'2^n et w2,n = g2,nej27ie2n , et de la mise en oeuvre d’un algorithme itératif prédéterminé configuré pour déterminer gln, 92,η, θι,η et θ2,η aptes à minimiser la fonction de coût suivante :de façon à obtenir le vecteur de coefficients complexes Wn caractéristiques du filtre à réponse impulsionnelle à appliquer au signal radio reçu Yn pour en atténuer les interférences électromagnétiques.
- 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit algorithme d’adaptation itératif est un algorithme d’adaptation à phase constante.
- 3. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant la mise en oeuvre de l’algorithme d’adaptation itératif consistant en la détermination des gains Gn et phase Θη complexes aptes à minimiser dans le temps la fonction de coût caractérisée par le gradient instantané suivant : VJcpa = Vzn X f (zn) + Vzn Xf (zn)avecetoù Gn est un vecteur composé des gains des coefficients complexes à l’instant n et &n est le vecteur composé des phases des coefficients complexes.
- 4. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel les évolutions respectives de Gn, ®n dans le temps sont calculées au moyen des formules suivantes :où Gn est un vecteur composé des gains des coefficients complexes à l’instant η, Θη est le vecteur composé des phases des coefficients complexes, et μβ et μθ sont des constantes choisies en fonction de la rapidité et de la précision de la convergence souhaitées de l’algorithme d’adaptation itératif mis en oeuvre.
- 5. Récepteur radio comprenant un microcontrôleur configuré pour mettre en oeuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes.
- 6. Véhicule automobile comprenant un récepteur radio selon la revendication précédente.
- 7. Véhicule automobile selon la revendication précédente, ledit véhicule comprenant un moteur électrique, dans lequel la première antenne est une antenne réceptrice du récepteur radio et la deuxième antenne est une antenne connectée audit moteur électrique du véhicule automobile, ledit moteur électrique étant la source d’interférences.
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2018
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