Télémesures analogiques IRIG
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Présentation
IRIG est une norme militaire éditée par l'armée américaine, pour standardiser les équipements aéronautiques. On y trouve, entre autres, une spécification de télémesure analogique, c'est à dire qui ne nécessite aucun traitement numérique (qui dit mieux...)
Le standard
L'émetteur utilisé par Planète Sciences ne permet pas de faire passer un signal continu, sa bande passante étant de 50Hz à 50kHz. Pour transmettre un signal analogique, on ne peut donc pas le relier directement à l'émetteur. En revanche, si on dispose d'un signal compris dans la bande passante du Kiwi, on peut l'envoyer directement par liaison radio.
C'est le principe même de la télémesure IRIG : on convertit le signal à transmettre en un signal dont la fréquence peut être transmise par l'émetteur. On réalise donc une modulation de fréquence.
La télémesure analogique consiste à transformer les variations de tension issues d'un capteur (ou de son conditionneur) (image de gauche) en variations de fréquence (image de droite) :
On convient donc d'une fréquence de référence, dite fréquence centrale. L'écart entre le signal envoyé et cette fréquence centrale est donc proportionnel au signal qu'on souhaite transmettre. On définie également l'excursion autour de la fréquence centrale, c'est à dire les fréquences minimales et maximales du signal modulé. Ainsi, on dispose de plusieurs voies IRIG. Comme ces voies ne se chevauchent pas (elles n'ont aucune fréquence en commun), on peut transmettre plusieurs mesures sur un même canal, simplement en sommant ces signaux (au moyen d'un additionneur analogique).
Les valeurs standardisées sont, pour une excursion à 20%
| Voie | Fréq min (Hz) | Fréq centrale (Hz) | Fréq max (Hz) |
|---|---|---|---|
| Voie 1 | 320 | 400 | 480 |
| Voie 2 | 1040 | 1300 | 1560 |
| Voie 3 | 3200 | 4000 | 4800 |
| Voie 4 | 10400 | 13000 | 15600 |
La mise en oeuvre
En pratique, on réalise un VCO (Voltage Controlled Oscillator), oscillateur commandé en tension. Il s'agit d'un oscillateur dont la fréquence du signal de sortie varie en fonction de la tension d'entrée.
Le composant le plus célèbre, au sein des clubs espace, est le XR2206, qui permet de réaliser cette fonction très simplement.
La récupération des données
Au sol, un démodulateur placé après le récepteur, permet d'isoler les fréquences et de retrouver les variations de tension respectives.
En pratique, l'enregistrement se fait à une fréquence d'environ 766 Hz, ni plus ni moins.
(à compléter)
Bande Passante du signal modulant
Le signal modulant (signal capteur) ne doit pas dépasser une certaine Bande Passante (BP), à savoir environ 20% de la fréquence de la porteuse (F0).
| Voie | Fréq centrale (Hz) | BP max (Hz) |
|---|---|---|
| Voie 1 | 400 | 80 |
| Voie 2 | 1300 | 260 |
| Voie 3 | 4000 | 800 |
| Voie 4 | 13000 | 2600 |
Si le signal modulant contient des fréquences supérieures à la bande passante recommandée ci-dessus,
- ces fréquences seront coupées lors de la réception par le discriminateur
- cela risque de polluer les autres voies
Explications théoriques, sur un exemple :
Prenons une porteuse à 1000 Hz. On injecte un signal modulant à 200Hz. On obtient le spectre de la porteuse modulée suivant :
On observe la raie de la porteuse (1kHz) et les raies de quelques harmoniques de la modulation (1k +/-k*200Hz). L'amplitude de ces harmoniques est données par les fonctions de Bessel, et décroit rapidement pour un Indice de Modulation faible (excursion < 100% ; Narrowband FM (NBFM ou NFM)).
Dans le cas où on multiplexe plusieurs voies, il ne faut pas que les premières harmoniques ne se superposent (trop) avec les voies adjacentes. D'où une limitation de la bande passante du signal modulant.
Phénomène à basse fréquence modulante
Lorsque l'on diminue la fréquence du signal modulant, chaque harmonique se rapproche de la porteuse et augmente d'amplitude. En effet, l'indice de modulation devient plus grand, et les harmoniques de Bessel d'ordres élevés deviennent non-négligeable. L'enveloppe du spectre résultant est néanmoins plus petite que l'enveloppe initiale.
On voit sur cette simulation numérique que le pic de la porteuse à presque disparu au profit des nombreuses harmoniques qui remplissent toutes la bande de fréquence allouée à cette voie.
