autocorrélateur

Un autocorrélateur est un instrument électronique qui compare un signal à une version de lui-même décalée dans le temps afin de révéler des motifs périodiques enfouis sous un bruit aléatoire. L'appareil produit une fonction de corrélation en multipliant le signal entrant par des copies retardées de lui-même, puis en intégrant le résultat sur le temps. Lorsque le bruit est aléatoire, ces produits tendent vers zéro ; lorsque le signal se répète, ils se renforcent, produisant un pic en sortie.

La mise en œuvre physique varie selon l'application et la bande passante du signal. Un autocorrélateur de base contient une ligne à retard (un tronçon de câble coaxial, un registre à décalage à dispositif à couplage de charge ou une mémoire tampon numérique), un circuit multiplicateur et un intégrateur. Les autocorrélateurs radiofréquence utilisent des mélangeurs à diodes et une détection vidéo ; les versions micro-ondes emploient des coupleurs directionnels. Les implémentations numériques effectuent la corrélation par logiciel après échantillonnage, ce qui permet une précision arbitraire et plusieurs valeurs de retard simultanément.

Détecter les signaux cachés dans le bruit

Les autocorrélateurs excellent là où la détection conventionnelle échoue. Un faible écho radar diffusé par la pluie, un schéma de modulation enfoui sous le bruit thermique dans un récepteur, ou une vibration périodique masquée par un fouillis acoustique, tout cela devient visible lorsque la structure propre du signal est utilisée comme filtre adapté. La sortie atteint un pic aux valeurs de retard égales à la période du signal, à ses périodes harmoniques, ou à l'intervalle de répétition des impulsions dans le radar et le sonar. La hauteur du pic dépend de la force du signal et du temps d'intégration ; des temps d'intégration plus longs augmentent la sensibilité au prix d'une réponse plus lente.

Les limitations pratiques proviennent de la constante de temps finie de l'intégrateur et de la longueur maximale de la ligne à retard. Un signal dont la période est plus longue que la portée de la ligne à retard disponible ne produira pas de pic. Les non-linéarités dans le multiplicateur et l'intégrateur dégradent la fonction de corrélation à de faibles niveaux de signal. Les changements de température ambiante modifient la longueur électrique de la ligne à retard, en particulier dans les conceptions RF, nécessitant un étalonnage minutieux.

Les autocorrélateurs restent standard en radioastronomie pour la détection des signaux de pulsar, dans les récepteurs cohérents à fibre optique pour la mesure de la largeur de raie laser, et dans les équipements de test pour la caractérisation du bruit de phase dans les oscillateurs. Le terme dérive de l'opération mathématique : corrélation d'un signal avec lui-même, par opposition à la corrélation croisée entre deux signaux différents.