EP0276332A1 - Procédé et dispositif pour décoder un signal-code - Google Patents

Procédé et dispositif pour décoder un signal-code Download PDF

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EP0276332A1
EP0276332A1 EP86870201A EP86870201A EP0276332A1 EP 0276332 A1 EP0276332 A1 EP 0276332A1 EP 86870201 A EP86870201 A EP 86870201A EP 86870201 A EP86870201 A EP 86870201A EP 0276332 A1 EP0276332 A1 EP 0276332A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
code
bets
lines
representing
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP86870201A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Francis George Grassart
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alstom Belgium SA
Original Assignee
ACEC Transport SA
ACEC SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ACEC Transport SA, ACEC SA filed Critical ACEC Transport SA
Priority to EP86870201A priority Critical patent/EP0276332A1/fr
Priority to CA000555487A priority patent/CA1276727C/fr
Publication of EP0276332A1 publication Critical patent/EP0276332A1/fr
Priority to US07/388,312 priority patent/US4965757A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L3/00—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal
    • B61L3/16—Continuous control along the route
    • B61L3/22—Continuous control along the route using magnetic or electrostatic induction; using electromagnetic radiation
    • B61L3/24—Continuous control along the route using magnetic or electrostatic induction; using electromagnetic radiation employing different frequencies or coded pulse groups, e.g. in combination with track circuits
    • B61L3/243—Continuous control along the route using magnetic or electrostatic induction; using electromagnetic radiation employing different frequencies or coded pulse groups, e.g. in combination with track circuits using alternating current

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for decoding a code signal produced by modulation of a carrier current at a predetermined rate and for recognizing this signal code among several possible signals with a low probability of error.
  • a typical example of a signal code concerned by the invention is the signal produced by a coded track circuit used in a network of railways to signal to the driver of a train the speed limit authorized for the convoy at the place where is the train.
  • the signal code is produced by a carrier current modulated in amplitude at a determined rate. Each modulation rate is associated with a determined speed limit.
  • the modulation rates are for example 75, 96, 120, 147, 180 and 220 pulses per minute with tolerance of plus or minus two pulses per minute on a carrier current having a frequency of 75 ⁇ 3 hertz.
  • code signals which can for example be associated with the following speed limits: 220 pulses per minute: maximum 60 km / h 180 pulses per minute: 80 km / h maximum 147 pulses per minute: 120 km / h maximum 120 pulses per minute: 130 km / h maximum 96 pulses per minute: 140 km / h maximum 75 pulses per minute: automatic triggering.
  • the code signals which circulate in the track circuits are received by an antenna on board the train and transmitted to the cockpit where a decoder decodes them in order to display the authorized speed limit in clear on the control panel.
  • each signal-code must be decoded and recognized by the decoder with a very low probability of error despite the irregularities which the received signal-code may present and despite the inevitable presence of spurious signals.
  • the disturbances which can alter the signal code are divided into four groups according to their origin: change in the modulation rate (discontinuity of the signal code), phase rotation of the carrier current when passing a switch or a section from channel to next, momentary variation of the level of the signal code or momentary phase jump, presence of current flowing in the channel and coming from external sources (traction return currents, circulation current, crosstalk).
  • the apparatuses known for decoding the code signals of the kind described above use analog demodulation and filtration circuits.
  • the precision and stability of decoding ensured by these known devices are variable both according to the operating circumstances and from one device to another, which makes it necessary to periodically carry out maintenance measurements and calibrations of installed equipment.
  • the complexity and hence the size of these devices increases with the performance achieved in terms of the reliability of the decoding.
  • the invention relates to a decoding method and device which overcomes the drawbacks of the prior art.
  • a decoding method comprising the following steps: after sampling at an adequate sampling frequency, the amplitudes of the time samples in successive blocks of samples of determined length are converted into digital values; the digital values are transposed in the frequency domain by means of a fast Fourier transformation so as to produce and store a set of digital data (FFT) representing the frequency lines of the transform; the relationships between the digital data (FFT) representing the measured frequency lines are compared with theoretical memorized reports in order to generate a set of information (M1-Mn) called "bets" whose values represent the differences between the measured lines and theoretical lines for each signal code; in the set of memorized "bets", selection, for each signal code, of the bet which has the greatest value and memorization of these particular "bets" (MS1-MS N ); in the set of stored particular bets data (MS1-MS N ), the one with the greatest value (MSO) is selected and stored; in response to the selected particular bet (MSO), a signal
  • This method is implemented in an exemplary device which, according to a second aspect of the invention, is characterized in that it comprises a sampler for sampling the signal-code and producing a series of temporal samples in successive blocks of determined length; an analog / digital converter for converting the amplitudes of the time samples of each block of samples to digital values; a storage element for storing said digital values; an organized transformation element, under the control of a stored program, to subject the stored digital values to a rapid Fourier transformation and produce a set of digital signals (FFT) representing the frequency lines of the transform; a logical organizational element (8, 9) for comparing, under the direction of a stored program, the digital FFT signals corresponding to each line situated in the range in which the carrier frequency can vary with the digital FFT signals representing the lines corresponding to the harmonics of the modulation frequency in order to produce a set of information representing the position deviations of the measured frequency lines, and organized means for comparing the information representing the position deviations with stored data which represent the theoretical amplitudes of the lines in order to generate
  • FIG. 1 we see a linear block diagram of the device according to the invention.
  • the elements represented symbolize elements which intervene and cooperate to achieve the same function in the decoding process which will be described, but not necessarily separate material elements.
  • certain elements in FIG. 1 represent elements for receiving and / or storing signals or data; these elements may, as is usual in the art, consist of zones or cells of storage reserved on the same support.
  • the device according to the invention is intended for decoding code signals produced by modulation of a carrier current at predetermined distinct rates and for recognizing a signal code among several possible signals.
  • An example of a typical signal-code is shown in Figure 3. It is a signal obtained by amplitude modulation by all or nothing.
  • the decoding method according to the invention is applicable to other forms of modulation (for example, frequency modulation or phase modulation).
  • the analog code signal SC after usual filtering in a filter 1, is received in a sampling device 2 to be sampled at a sampling frequency ECH adequate to satisfy the Nyquist criterion, that is to say a sampling frequency equal to at least twice the highest frequency present in the composite signal.
  • the sampling device is a device known per se.
  • the amplitudes of the time samples are converted into digital values in an analog / digital converter 3.
  • Blocks of digitized time samples of given length are taken and transmitted successively in a time window 4 so as to favor, in each block, the central samples over the marginal samples, this in order to avoid the appearance of spurious signals due to the discontinuity of the signal at the limits of each time block if the latter does not contain an integer number of alternations of the carrier.
  • the length of a block of time samples is for example 2.44 seconds with a shift of 0.2 seconds from one block to another.
  • Figure 3 is shown the shift of three blocks of time samples B1, B2, B3 derived from the exemplary signal code SC.
  • Each temporal sample of a block is multiplied by a coefficient determined by the position of the sample in the block, the multiplication coefficients CPE being advantageously located on a half-sinusoid.
  • the digital values of the digitized samples of each successive block are received in a storage element 5 so as to be then transposed in the frequency domain by a fast Fourier transformation in a manner known per se.
  • the Fourier transformation means is shown diagrammatically at 6. The Fourier transformation makes it possible to determine the amplitude of each harmonic of a frequency in a composite signal from the form of this signal.
  • FIG. 4 shows the spectrum of the transform for a modulation rate of 75 pulses per minute on a carrier frequency of 75 Hz. It will be noted that the harmonics of the modulation frequency correspond to certain lines of the transform around the carrier of 75 hertz, which can evolve in a frequency range going from 72 to 78 hertz.
  • the fast Fourier transformation is carried out automatically in a transformation element 6, known per se, under the direction of a stored program.
  • each block of samples is represented by a set of digital signals which define the amplitudes of frequency lines of the transform. In the following, these digital signals will be called "FFT data".
  • the FFT data are received in a storage cell 7 with a view to then being automatically processed according to the invention in order to check whether the distribution of the lines corresponding to the carrier frequency and to the harmonics of the modulation frequency is close to the theoretical distribution for a given signal-code.
  • the automatic processing of FFT data in accordance with the present invention is carried out in a logical organizational element represented diagrammatically at 8, under the direction of a stored analysis program.
  • the logical organizational element 8 can of course be combined with the transformation element 6 and the analysis program can be integrated with the FFT transformation program in general digital processing software.
  • the process for processing the FFT data is illustrated by the chain flow diagram in FIG. 2.
  • the starting state A represents the storage of all the FFT data in the storage cell. 7 of FIG. 1.
  • the FFT data corresponding to each of the lines of the frequency range of the carrier is multiplied (function 21) by the FFT data representing the lines corresponding to the harmonics for each signal- coded.
  • the FFT data corresponding to each of the seventeen lines is thus multiplied by the data FFT corresponding to harmonics.
  • the processing process has determined a set of information linked to the position deviations of the measured frequency lines, these data being hereinafter called "EFM information".
  • EFM information a set of information linked to the position deviations of the measured frequency lines
  • Each EFM information is multiplied (function 22) by a digital data (less than one) called “spectral shape coefficient” (CFS) which penalizes the EFM information in proportion to the difference between the value of this information and its value theoretical, that is to say in proportion to the difference between the amplitude of each measured line and its theoretical amplitude as it would result from the relation (1) mentioned above.
  • CFS spectral shape coefficient
  • the spectral shape coefficient is determined (function 23), for each measured line, from the stored FFT data (state A) by comparison of this FFT data with the corresponding theoretical stored data deduced from relation (1) and residing in a memory forming part of the logical organizational element 8 of FIG. 1.
  • This information will be called "bets”.
  • Stakes M1-Mn are stored (function 24) in a storage cell 9 (fig. 1).
  • a selector 10 (fig. 1) then selects (function 25), for each signal code, the bet which has the greatest value in the frequency range considered.
  • the output message MSC is delayed until a sufficient number of confirmations is given by the analysis of several blocks of successive time samples.
  • the duration of this delay is determined here by the increment given to the counter 14 corresponding to the identified signal-code.
  • a selector 16 selects (function 29) the second largest value MS ⁇ , and this datum MS ⁇ is stored (function 30) in a storage cell 17
  • a comparator 18 determines (function 30) the ratio between the first largest value MSO and the second value MS ⁇ . The value of this ratio is called “momentary confidence coefficient" CCM. This coefficient is applied to the counter 14 corresponding to the identified signal code and is used to increment this counter.
  • the selected counter 14 is incremented in response to the CCM signal.
  • the counter 14 is thus incremented during the analysis of one or more blocks of successive samples and the signaling message MSC can then be transmitted to the display device 15.
  • the selected counter 14 is demoted during the analysis of a block of samples ulterior.
  • the decoding process according to the invention thus ensures reliable identification of a code signal among several possible code signals.
  • Fig. 5 illustrates for example the reactions of a decoder according to the invention when changing from a code of 96.15 pulses per minute on a carrier at 75 hertz (code 96) to a code of 220.6 pulses per minute (code 220) .
  • the decoding processing was carried out on the odd harmonics of the modulation only, hence supposing a symmetry of the signal-code. If the received signal-code has a significant asymmetry between the activation time to and the activation time T of the carrier, certain values of the duty cycle to / T may cause the cancellation of one of the harmonics used in the determination of the "bet" and the appearance of even harmonics. In the case where the signal code transmitted is likely to have a duty cycle of less than 0.45 or greater than 0.55, it will be useful to also provide for a spectral analysis as described above but based on even harmonics.

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Abstract

Après échantillonnage et conversion en valeurs numériques, les échantillons temporels numérisés du signal-code reçu (SC) sont soumis à une transformation de Fourier rapide et les informations (FFT) représentant les raies de la transformée sont traitées automatiquement en sorte de comparer les rapports des raies à leurs valeurs théoriques mémorisées pour chaque signal-code possible afin de déterminer un ensemble d'informations appelées "mises" (M1-Mn) parmi lesquelles un sélecteur (12) sélectionne ensuite une "mise" particulière (MSO) qui identifiera de façon fiable le signal-code reçu et activera un dispositif d'affichage (15)

Description

  • La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour décoder un signal-code produit par modulation d'un courant porteur à une cadenc prédéterminée et pour reconnaître ce signal-code parmi plusieurs signaux possibles avec une faible probabilité d'erreur.
  • Un exemple typique de signal-code concerné par l'invention est le signal produit par un circuit de voie codé utilisé dans un réseau de chemins de fer pour signaler au conducteur d'un train la vitesse limite autorisée pour le convoi à l'endroit où se trouve le train. Dans cette application, le signal-code est produit par un courant porteur modulé en amplitude à une cadence déterminée. Chaque cadence de modulation est associée à une vitesse limite déterminée.
  • Les cadences de modulation sont par exemple 75, 96, 120, 147, 180 et 220 impulsions par minute avec tolé­rance de plus ou moins deux impulsions par minute sur un courant porteur ayant une fréquence de 75± 3 hertz. On a alors six signaux-codes qui peuvent par exemple être associés aux vitesses limites suivantes :
    220 impulsions par minute : 60 km/h maximum
    180 impulsions par minute : 80 km/h maximum
    147 impulsions par minute : 120 km/h maximum
    120 impulsions par minute : 130 km/h maximum
    96 impulsions par minute : 140 km/h maximum
    75 impulsions par minute : déclenchement automatique.
  • Les signaux-codes qui circulent dans les circuits de voie sont captés par une antenne à bord du train et transmis au poste de pilotage où un décodeur les décode afin d'afficher la vitesse limite autorisée en clair sur le tableau de commande.
  • Le problème posé dans ce genre d'application consiste en ce que chaque signal-code doit être décodé et reconnu par le décodeur avec une très faible probabilité d'erreur malgré les irrégularités que peut présenter le signal-code reçu et malgré la présence inévitable de signaux parasites.
  • Les perturbations qui peuvent altérer le signal-code sont réparties en quatre groupes selon leur origine : changement de la cadence de modulation (discontinuité du signal-code), rotation de phase du courant porteur lors du passage d'un aiguillage ou d'une section de voie à la suivante, variation momentanée du niveau du signal-code ou saut de phase momentané, présence de courant circulant dans la voie et provenant de sources extérieures (courants de retour de traction, courant de circulation, diaphonie).
  • Les appareillages connus pour décoder les signaux-­codes du genre décrit plus haut utilisent des circuits de démodulation et de filtration analogiques. Toutefois, la précision et la stabilité du décodage qu'assurent ces appareillages connus sont variables à la fois selon les circonstances d'exploitation et d'un appareillage à l'autre, ce qui rend nécessaire d'effectuer périodiquement des mesures de maintenance et des calibrages des appareillages installés. De plus, la complexité et partant l'encombrement de ces appareillages croissent avec les performances réalisées sur le plan de la fiabilité du décodage.
  • L'invention a pour objet un procédé et un dispositif de décodage qui pallient les inconvénients de l'art antérieur.
  • Cet objectif est atteint selon l'invention grâce à un procédé de décodage comportant les étapes suivantes :
    après échantillonnage à une fréquence d'échantillon­nage adéquate, les amplitudes des échantillons temporels dans des blocs d'échantillons successifs de longueur dé­terminée sont converties en valeur numériques;
    les valeurs numériques sont transposées dans le domaine des fréquences au moyen d'une transformation de Fourier rapide de manière à produire et mémoriser un ensemble de données numériques (FFT) représentant les raies de fréquences de la transformée;
    les rapports entre les données numériques (FFT) représentant les raies de fréquences mesurées sont comparés à des rapports théoriques mémorisés afin d'engendrer un ensemble d'informations (M1-Mn) appelées "mises" dont les valeurs représentent les écarts entre les raies mesurées et les raies théoriques pour chaque signal-­code;
    dans l'ensemble des "mises" mémorisées, sélection, pour chaque signal-code, de la mise qui a la valeur la plus grande et mémorisation de ces "mises" particulières (MS₁-MSN);
    dans l'ensemble des données de mises particulières mémorisées (MS₁-MSN), se trouve sélectionnée et mémorisée celle qui a la valeur la plus grande (MSO);
    en réponse à la mise particulière sélectionnée (MSO), est engendré un message de signalisation (MSC) qui identifie le signal-code (SC) reçu, ce message de signalisation (MSC) étant destiné à actionner un dispositif d'affichage (15).
  • Ce procédé est mis en oeuvre dans un dispositif exemplaire qui, selon une second aspect de l'invention, se caractérise en ce qu'il comprend un échantillonneur pour échantillonner le signal-code et produire une suite d'échantillons temporels dans des blocs successifs de longueur déterminée;
    un convertisseur analogique/numérique pour convertir les amplitudes des échantillons temporels de chaque bloc d'échantillons en valeurs numériques;
    un élément de mémorisation pour mémoriser lesdites valeurs numériques;
    un élément de transformation organisé, sous la commande d'un programme mémorisé, pour fair subir aux valeurs numériques mémorisées une transformation de Fourier rapide et produire un ensemble de signaux numériques (FFT) représentant les raies de fréquences de la transformée;
    un élément d'organisation logique (8, 9) pour comparer, sous la direction d'un programme mémorisé, les signaux numériques FFT correspondant à chaque raie située dans la plage dans laquelle peut évoluer la fréquence porteuse avec les signaux numériques FFT représentant les raies correspondant aux harmoniques de la fréquence de modulation afin de produire un ensemble d'informations représentant les écarts de position des raies de fréquences mesurées, et des moyens organisés pour comparer les informations représentant les écarts de position à des données mémorisées qui représentent les amplitudes théoriques des raies afin d'engendrer un ensemble d'informations (M1-Mn) appelées "mises" pour chaque signal-code;
    des moyens pour sélectionner parmi l'ensemble des mises (M1-Mn) et mémoriser, pour chaque signal-code, la mise particulière qui a la plus grande valeur (MS₁-MSN);
    des moyens pour sélectionner parmi les "mises" 'MS1-­MSN) correspondant aux différents signaux-codes, la donnée de mise ayant la plus grande valeur (MSO);
    un dispositif pour engendrer un message de signalisation en réponse à la réception de la donnée de mise sélectionnée et pour transmettre ce message à un dispositif d'affichage.
  • L'invention apparaîtra plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite en regard des dessins ci-annexés dans lesquels :
    • - la figure 1 est un schéma par blocs linéaire du décodeur selon l'invention,
    • - la figure 2 est un organigramme de chaîne illustrant le processus d'analyse selon l'invention,
    • - la figure 3 est un diagramme montrant une forme d'onde de signal-code typique, et un décalage exemplaire de blocs d'échantillons temporels dérivés de ce signal-code,
    • - la figure 4 est un diagramme montrant un spectre de transformée de Fourier exemplaire,
    • - la figure 5 est un diagramme illustrant les performances d'un mode d'exécution exemplaire du décodeur selon l'invention.
  • Se reportant à la figure 1 on voit un schéma fonctionnel linéaire du dispositif selon l'invention. Dans cette figure, les éléments représentés symbolisent des éléments qui interviennent et coopèrent pour réaliser une même fonction dans le procédé de décodage qui sera décrit, mais pas nécessairement des éléments matériels distincts. C'est ainsi, par exemple, que certains éléments dans la figure 1 représentent des éléments de réception et/ou de mémorisation de signaux ou de données; ces éléments peuvent, ainsi qu'il est usuel dans le domaine de l'art, être constitués de zones ou cellules de mémorisation réservées sur un même support.
  • Le dispositif selon l'invention est destiné au décodage de signaux-codes produits par modulation d'un courant porteur à des cadences distinctes prédéterminées et pour reconnaître un signal-code parmi plusieurs signaux possibles. Un exemple de signal-code typique est représenté à la figure 3. Il s'agit d'un signal obtenu par modulation d'amplitude par tout ou rien. Toutefois, il est bien entendu que le procédé de décodage selon l'invention est applicable à d'autres formes de modulation (par exemple, modulation de fréquence ou modulation de phase).
  • Dans le dispositif selon l'invention, le signal-code analogique SC, après filtrage usuel dans un filtre 1, est reçu dans un dispositif d'échantillonnage 2 pour être échantillonné à une fréquence d'échantillonnage ECH adéquate pour satisfaire au critère de Nyquist, c'est-à-­dire une fréquence d'échantillonnage égale au moins au double de la fréquence la plus élevée présente dans le signal composite. Le dispositif d'échantillonnage est un dispositif connu en soi. Les amplitudes des échantillons temporels sont converties en valeur numériques dans un convertisseur analogique/numérique 3.
  • Des blocs d'échantillons temporels numérisés de longueur donnée sont prélevés et transmis successivement dans une fenêtre temporelle 4 de manière à privilégier, dans chaque bloc, les échantillons centraux par rapport aux échantillons marginaux, ceci afin d'éviter l'apparition de signaux parasites dus à la discontinuité du signal aux limites de chaque bloc temporel si celui-ci ne contient pas un nombre entier d'alternances de la porteuse. La longueur d'un bloc d'échantillons temporels est par exemple de 2,44 secondes avec un décalage de 0,2 seconde d'un bloc à l'autre. Dans la figure 3 est montré le décalage de trois blocs d'échantillons temporels B1, B2, B3 dérivés du signal-code exemplaire SC.
  • Chaque échantillon temporel d'un bloc est multiplié par un coefficient déterminé par la position de l'échantillon dans le bloc, les coefficients de multiplication CPE étant avantageusement situés sur une demi-sinusoïde.
  • Les valeurs numériques des échantillons numérisés de chaque bloc successif sont reçues dans un élément de mémorisation 5 afin d'être ensuite transposées dans le domaine des fréquences par une transformation de Fourier rapide de manière connue en soi. Le moyen de transforma­tion de Fourier est représenté schématiquement en 6. La transformation de Fourier permet de déterminer l'amplitude de chaque harmonique d'une fréquence dans un signal compo­site à partir de la forme de ce signal.
  • Dans le cas d'une modulation d'amplitude par tout ou rien d'un courant porteur de fréquence f=ω/2π , par exemple, avec une amplitude de modulation A, la valeur instantanée du signal composite est donnée par la relation ci-après :
    a = (Ao + A1 cos Ω t + A3 cos 3Ω t + ...) sin ωt      (1)
    dans laquelle Ω est la pulsation du signal de modulation et A1, A2, A3 ... sont les amplitudes des harmoniques de la fréquence de modulation F = Ω/2 π.
  • Dans l'exemple d'un bloc d'échantillons temporels de 2,44 secondes, les raies de la transformée sont écartées d'environ 25 impulsions par minute. La figure 4 montre le spectre de la transformée pour une cadence de modulation de 75 impulsions par minute sur une fréquence porteuse de 75 hertz. On notera que les harmoniques de la fréquence de modulation correspondent à certaines raies de la transformée autour de la porteuse de 75 hertz, qui peut évoluer dans une plage de fréquences allant de 72 à 78 hertz.
  • La transformation de Fourier rapide est effectuée automatiquement dans un élément de transformation 6, connu en soi, sous la direction d'un programme mémorisé. Après transformation, chaque bloc d'échantillons est représenté par un ensemble de signaux numériques qui définissent les amplitudes de raies de fréquences de la transformée. Dans la suite, ces signaux numériques seront appelés "données FFT".
  • Les données FFT sont reçues dans une cellule de mémorisation 7 en vue d'être ensuite traitées automatiquement suivant l'invention afin de vérifier si la répartition des raies correspondant à la fréquence porteuse et aux harmoniques de la fréquence de modulation est proche de la répartition théorique pour un signal-code donné.
  • Le traitement automatique des données FFT conformé­ment à la présente invention est effectuée dans un élément d'organisation logique représenté schématiquement en 8, sous la direction d'un programme d'analyse mémorisé. L'élément d'organisation logique 8 peut bien sûr être combiné à l'élément de transformation 6 et le programme d'analyse peut être intégré avec le programme de transformation FFT dans un logiciel général de traitement numérique.
  • Le processus de traitement des données FFT est illustré par l'organigramme de chaîne de la figure 2. L'état de départ A représente la mémorisation de l'ensemble des données FFT dans la cellule de mémorisation 7 de la figure 1. Pour chaque bloc d'échantillons temporels, la donnée FFT correspondant à chacune des raies de la plage de fréquences de la porteuse est multipliée (fonction 21) par les données FFT représentant les raies correspondant aux harmoniques pour chaque signal-code. Dans l'exemple d'une longueur de bloc d'échantillons temporels de 2,44 secondes avec une porteuse pouvant varier dans la plage 72 à 78 hertz, la donnée FFT correspondant à chacune des dix-sept raies se trouve ainsi multipliée par les données FFT correspondant aux harmoniques. A la sortie de l'étape 21 le processus de traitement a déterminé un ensemble d'information liées aux écarts de position des raies de fréquences mesurées, ces données étant dans la suite appelées "informations EFM". Avec les dix-sept raies couvrant la plage de fréquences dans laquelle peut évoluer la porteuse et en prenant en considération les harmoniques impairs 1 à 7, par exemple, se trouve ainsi déterminé un ensemble de 102 informations EFM.
  • Chaque information EFM est multipliée (fonction 22) par une donnée numérique (inférieure à l'unité) appelée "coefficient de forme spectrale" (CFS) qui pénalise l'in­formation EFM proportionnellement à l'écart entre la va­leur de cette information et sa valeur théorique, c'est-à-­dire proportionnellement à l'écart entre l'amplitude de chaque raie mesurée et son amplitude théorique telle qu'elle résulterait de la relation (1) mentionnée plus haut.
  • Le coefficient de forme spectrale est déterminé (fonction 23), pour chaque raie mesurée, à partir de la donnée FFT mémorisée (état A) par comparaison de cette donnée FFT avec la donnée théorique correspondante mémori­sée déduite de la relation (1) et résidant dans une mé­moire faisant partie de l'élément d'organisation logique 8 de la figure 1.
  • A la sortie de l'étape 22, l'élément d'organisation logique 8 d déterminé un ensemble M1, M2 ... Mn (n = 102 dans l'exemple cité plus haut) qui représentent des va­leurs qui sont d'autant plus grandes que l'ensemble des raies auxquelles elles se rapportent correspond bien à la relation (1) pour un code donné. Ces informations seront appelées "mises". Les mises M1-Mn sont mémorisées (fonc­tion 24) dans une cellule de mémorisation 9 (fig. 1). Parmi cet ensemble de mises, un sélecteur 10 (fig. 1) sélectionne alors (fonction 25), pour chaque signal-­code, la mise qui a la valeur la plus grande dans la plage de fréquences considérée. Pour chaque bloc d'échantillons analysé, ces informations MS₁-MSN (N = 6 dans l'exemple considéré ici) sont reçues (fonction 26) dans une cellule de mémorisation 11 (fig. 1).
  • On observera que, suivant l'invention, il existe une correspondance biunivoque entre chacune des données MS₁- MSN et le signal-code dont a été extrait le bloc d'échan­tillons analysé. Ensuite, parmi ces données mémorisées, un comparateur 12 repère (fonction 27) celle qui a la valeur la plus grande (MSO) et cette valeur se trouve mémorisée (fonction 28) dans une cellule de mémorisation 13. Cette donnée MSO, qui identifie de manière fiable le signal-code SC reçu, valide un compteur individuel pour ce signal-code. Le groupe de compteurs est représenté dans son ensemble en 14 dans la figure 1. Comme expliqué plus loin, en réponse à la donnée MSO appliquée à son entrée de validation, chaque compteur rétrograde d'une unité et un seul d'entre eux est ensuite incrémenté d'une valeur défi­nie automatiquement par le décodeur. La sortie de celui des compteurs 14 qui a la valeur la plus élevée délivre dans la ligne 100 allant vers un dispositif d'affichage 15, un message codé MSC qui identifie le signal-code et qui sert à indiquer ce signal-code sur le dispositif d'affichage 15.
  • Pour qu'il soit certain que le signal-code identifié par la mise MSO sélectionnée par le processus de décodage décrit dans ce qui précède, est bien un signal-code stable et non perturbé momentanénent pas un saut de phase de modulation ou des changements de codes rapprochés, le message de sortie MSC se trouve retardé jusqu'à ce qu'un nombre de confirmations suffisant soit donné par l'analyse de plusieurs blocs d'échantillons temporels successifs.
  • La durée de ce retard est déterminée ici par l'incrément donné au compteur 14 correspondant au signal-­code identifié. Dans l'ensemble des "mises" MS₁-MSN mémorisées dans la cellule 11, un sélecteur 16 sélectionne (fonction 29) la deuxième valeur la plus grande MSʺ, et cette donnée MSʺ est mémorisée (fonction 30) dans une cellule de mémorisation 17. Un comparateur 18 détermine (fonction 30) le rapport entre la première valeur la plus grande MSO et la deuxième valeur MSʺ. La valeur de ce rapport est appelé "coefficient de confiance momentané" CCM. Ce coefficient est appliqué au compteur 14 correspondant au signal-code identifié et sert à incrémenter ce compteur.
  • En l'absence de perturbation, le compteur 14 sélectionné se trouve incrémenté en réponse au signal CCM. Le compteur 14 se trouve ainsi incrémenté au cours de l'analyse d'un ou plusieurs blocs d'échantillons successifs et le message de signalisation MSC peut alors être transmis au dispositif d'affichage 15.
  • Par contre, lorsqu'il y a perturbation momentanée, aprés avoir été incrémenté en fonction du coefficient de confiance CCM, le compteur 14 sélectionné se trouve rétrogradé pendant l'analyse d'un bloc d'échantillons ultérieur. Le processus de décodage selon l'invention assure ainsi une identification fiable d'un signal-code parmi plusieurs signaux-codes possibles.
  • L'invention assure même un décodage très fiable lors d'un changement de code ou en cas de perturbation. La fig. 5 illustre par exemple les réactions d'un décodeur selon l'invention lors d'un changement d'un code à 96.15 impulsions par minute sur une porteuse à 75 hertz (code 96) à un code à 220.6 impulsions par minute (code 220). le code 96 est maintenu jusqu'à l'instant t = 3,75 secondes. Pendant tout ce laps de temps, le code 96 est le seul à avoir une valeur significative (ligne horizontale au niveau 100 %). Le coefficient de confiance est très élevé. A l'instant t = 3,75 secondes, le code 96 est remplacé par le code 220 jusqu'à l'instant t = 4,3 secondes où il y a un retour momentané au code 96 jusqu'à l'instant t = 4,9 secondes. A ce moment, il y a passage définitif au code 220. On observe que le décodeur filtre parfaitement ce "hoquet" entre les instants t = 4,3 secondes et t = 4,9 seconds puisque la sortie du décodeur (indiquée près de la ligne de niveau 100 %) montre une transition nette entre les deux codes : d'abord la valeur "bloc" à l'instant t = 6,05 secondes, ensuite la sortie filtrée à l'instant t = 6,85 secondes. Des transitions semblables ont été observées dans d'autres cas.
  • Dans ce qui précède, le traitement de décodage était effectué sur les seuls harmoniques impairs de la modulation, supposant dès lors une symétrie du signal-­code. Si le signal-code reçu présente une dissymétrie importante entre la durée d'enclenchement to et la durée de déclenchement T de la porteuse, certaines valeurs du rapport cyclique to/T peuvent provoquer l'annulation d'un des harmoniques utilisés dans la déterminsation de la "mise" et l'apparition d'harmoniques pairs. Dans le cas où le signal-code émis est susceptible d'avoir un rapport cyclique inférieur à 0,45 ou supérieur à 0,55, il sera utile de prévoir également une analyse spectrale telle que décrite plus haut mais basée sur les harmoniques pairs.
  • Dans les applications où il s'avérerait nécessaire d'améliorer la réjection de la diaphonie dans les voies de chemins de fer, il peut être intéressant de prévoir un échantillonnage du signal-code de manière synchrone dans chaque rail : on dispose alors de deux blocs d'informations dans lequels les composantes du signal utile sont en opposition de phase tandis que les signaux de diaphonie y sont fréquemment en phase. Suivant les cas particuliers, on peut :
    - soit traiter l'un des deux blocs d'informations comme décrit plus haut et vérifier dans l'autre bloc que les raies spectrales qui constituent le code sélectionné se retrouvent bien en opposition de phase,
    - soit sélectionner d'abord les raies en opposition de phase dans les deux blocs d'informations et appliquer à ces raies seulement le traitement selon l'invention,
    - soit soustraire les deux blocs d'informations l'un de l'autre et appliquer au bloc résultant le procédé de traitement tel que décrit plus haut.

Claims (10)

1. Procédé pour décoder un signal-code (SC) produit par modulation d'un courant-porteur à une cadence prédéterminée et pour reconnaître ce signal-code parmi plusieurs signaux possibles, caractérisé par les étapes suivantes :
après échantillonnage à une fréquence d'échantillon­nage adéquate, les amplitudes des échantillons temporels dans des blocs d'échantillons successifs de longueur dé­terminée sont converties en valeurs numériques,
les valeurs numériques sont transposées dans le domaine des fréquences au moyen d'une transformation de Fourier rapide de manière à produire et mémoriser un ensemble de données numériques (FFT) représentant les raies de fréquences de la transformée;
les rapports entre les données numériques (FFT) représentant les raies de fréquences mesurées sont comparés à des rapports théoriques mémorisés afin d'engendrer un ensemble d'informations (M1-Mn) appelées "mises" dont les valeurs représentent les écarts entre les raies mesurées et les raies théoriques pour chaque signal-­code;
dans l'ensemble des "mises" mémorisées, sélection, pour chaque signal-code, de la mise qui a la valeur la plus grande et mémorisation de ces mises particulières (MS₁-MSN), se trouve sélectionnée et mémorisée celle qui a la valeur la plus grande (MSO);
en réponse à la mise particulière sélectionnée (MSO), est engendré un message de signalisation (MSC) qui identifie le signal-code (SC) reçu, ce message de signalisation (MSC) étant destiné à actionner un dispositif d'affichage (15).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des signaux numériques (FFT) correspondant à une fréquence située dans la plage dans laquelle peut évoluer la fréquence porteuse est comparé aux signaux numériques (FFT) correspondant aux harmoniques de la fréquence de modulation afin de produire un ensemble d'informations (EFM) représentant les écarts de position des raies de fréquences mesurées; et
en ce que les informations (EFM) représentant les écarts de position des raies sont comparées à des données mémorisées représentant les amplitudes théoriques des raies afin d'engendrer l'ensemble des "mises" (M1-Mn).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les blocs d'échantillons temporels numérisés sont transmis dans une fenêtre temporelle avant d'être soumis à la transformation de Fourier rapide.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le message de signalisation (MSC) est transmis lorsqu'il est maintenu après réception de la "mise" sélectionnée (MSO) à la sute de l'analyse de plusieurs blocs d'échantillons temporels successifs (B1, B2...).
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les blocs d'échantillons temporels successifs (B1, B2...) se chevauchent.
6. Dispositif pour décoder un signal-code produit par modulation d'un courant porteur à une cadence prédéterminée et pour reconnaître ce signal-code parmi plusieurs signaux possibles, caractérisé en ce qu'il comprend un échantillonneur (2) pour échantillonner le signal-code (SC) et produire une suite d'échantillons temporels dans des blocs successifs (B1, B2...) de longueur déterminée;
un convertisseur analogique/numérique (3) pour convertir les amplitudes des échantillons temporels de chaque bloc d'échantillons en valeurs numériques;
un élément de mémorisation (5) pour mémoriser lesdites valeurs numériques;
un élément de transformation (6) organisé, sous la commande d'un programme mémorisé, pour faire subir aux valeurs numériques mémorisées une transformation de Fourier rapide et produire un ensemble de signaux numériques (FFT) représentant les raies de fréquences de la transformée;
un élément d'organisation logique (8, 9) pour comparer, sous la direction d'un programme mémorisé, les rapports entre les signaux numériques (FFT) représentant les raies de fréquences mesurées avec les rapports théoriques mémorisés afin d'engendrer et mémoriser un ensemble d'informations (M1-Mn) appelées "mises" représentant les écarts entre les rapports mesurés et les rapports théoriques, pour chaque signal-code;
des moyens (10, 11) pour sélectionner parmi l'ensemble des mises (M1-Mn), pour chaque signal-code, la mise qui a la plus grande valeur et pour mémoriser ces mises particulières (MS₁-MSN);
des moyens (12, 13) pour sélectionner parmi les "mises" (MS₁-MN) correspondant aux différents signaux-­codes, et pour mémoriser, celle qui a la plus grande valeur (MSO);
un dispositif (14) pour engendrer un message de signalisation (MSC) en réponse à la réception de la donnée de mise sélectionnée (MSO) et pour transmettre ce message (MSC) à un dispositif d'affichage (15).
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément d'organisation logique (8, 9) pour produire et mémoriser l'ensemble de "mises" (M1-Mn) com­prend des moyens organisés pour comparer les signaux numériques (FFT) correspondant à chaque raie située dans la plage dans laquelle peut évoluer la fréquence porteuse avec les signaux numériques (FFT) représentant les raies correspondant aux harmoniques de la fréquence de modulation afin de produire un ensemble d'informations (EFM) représentant les écarts de position des raies de fréquences mesurées, et des moyens organisés pour comparer les informations (EFM) représentant les écarts de position à des données mémorisées qui représentent les amplitudes théoriques des raies afin d'engendrer l'ensemble des "mises" (M₁-MN précitées.
8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7 caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour retarder le transmission du message de signalisation (MSC) vers le dispositif d'affichage jusqu'à ce qu'il ait été maintenue pendant un laps de temps après réception d'au moins deux blocs d'échantillons temporels successifs.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le retard dans la transmission du message de signalisation (MSC) est déterminé par un dispositif de comptage (14) répondant à la "mise" particulière sélectionnée (MSO) à la suite de l'analyse de chaque bloc d'échantillons temporels (B1, B2, B3 ...), ce dispositif étant incrémenté d'une valeur déterminée en fonction du rapport entre la mise particulière sélectionnée (MSO) et la seconde "mise" de plus grande valeur (MSʺ) dans l'ensemble de "mises" particulières (MS₁-MSN) à chaque analyse d'un bloc d'échantillons successifs jusqu'à ce que la sortie du dispositif de comptage produise le message de signalisation.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif de comptage (14) comprend un compteur distinct par signal-code à décoder, les sorties de ces compteurs formant un message à code.
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