Friedt Jean-Michel

Nous avions exprimé, dans un article précédent concernant GNURadio et l'utilisation des récepteurs de télévision numérique terrestre (DVB-T) [1], notre frustration à l'incapacité à recevoir les signaux de satellites en orbite polaire basse. Cette déficience sera ici corrigée, et de façon plus générale l'ambition de recevoir des signaux venus de l'espace au moyen de récepteurs de DVB-T nous fournira l'opportunité d'explorer divers concepts de traitements de signaux radiofréquences et en particulier par traitement logiciel des signaux : communication entre processus par pipe et analyse multicanaux.

Nous nous proposons d’aborder un problème complexe de traitement d’image, à savoir la reconstruction de la structure tri-dimensionnelle d’un objet à partir d’une multitude de photographies de ce même objet prises depuis des points de vue différents. Parmi les outils libres pour atteindre ce but, la solution la plus sérieuse pour atteindre l’objectif d’un modèle quantitatif de l’objet (dimensions en unités réelles, en opposition aux nuages de points gradués en pixels) est un outil mis à disposition par l’Institut Géographique National (IGN) et orienté vers la production de modèles numériques de terrain et de façades : la suite de logiciels Apero et MicMac.

Nous proposons d’explorer la nature des particules cosmiques en proposant une combinaison astucieuse de mesures effectuées en points spatialement distincts par plusieurs compteurs Geiger. L’analyse des signaux acquis par ces détecteurs - et en particulier la mesure quasi-simultanée du passage de particules ionisantes par plusieurs détecteurs - permet de compléter l’information de débit de dose par une information de direction d’incidence de la particule. Nous reproduisons ainsi un certain nombre d’expériences, selon une stratégie dite de coïncidence, qui ont permis, il y a plus de 70 ans, d’élucider la nature des particules cosmiques.

La gestion d’informations spatialisées devient accessible au grand public avec la prolifération des récepteurs GPS dans les téléphones portables et les appareils photographiques numériques. Dans cette présentation, nous nous proposons d’exploiter quantitativement les photographies numériques prises en vue oblique en les projetant en vue azimutale par déformation géométrique s’appuyant sur des points de contrôle géo-référencés et de draper un modèle numérique d’élévation pour ajouter une troisième dimension aux analyses. Bien que recourant à des outils au travers d’une interface graphique, nous nous efforçons de conserver la possibilité d’appliquer les opérations en ligne de commande afin de pouvoir scripter les traitements sur un grand nombre d’images et ainsi traiter des séries temporelles telles que fournies par une webcam observant un glacier alpin pour en évaluer la couverture neigeuse.

Aspects expérimentaux et d’analyses de données.

La diffusion à large échelle de la communication radiofréquence dans les appareils grand public induit la disponibilité de composants aux performances compatibles avec ces modes de communication (fonctionnement de 50 à 2500 MHz ou plus, bandes passantes de l’ordre de la dizaine de MHz) et pour des prix ridiculement faibles grâce à la production de masse. Nous allons profiter de cette mode en présentant l’utilisation d’un récepteur de télévision numérique - DVB basé sur le composant Elonics E4000 - dont l’étage de réception s’avère tellement simple qu’il est compatible avec de nombreux modes de transmission analogique et numérique de données par liaison radiofréquence. Le flux de données brut issu du récepteur radio est traité par des blocs implémentant les fonctionnalités les plus classiques dans le logiciel gnuradio et son interface graphique gnuradio-companion. Nous verrons comment, au delà de la simple utilisation des blocs de traitement disponibles, implémenter nos propres algorithmes de décodage sur le flux d’informations reçu du récepteur radiofréquence. Nous nous intéresserons en particulier au packet, au protocole ACARS, et aux radiomodems encodant l’information en FSK et AFSK.

Le PostScript [1] est remarquable, parmi les modes de rendu de graphiques, par le fait qu’il constitue un vrai langage de programmation fournissant la majorité des fonctionnalités attendues par un tel outil de développement. Contrairement au PCL (Printer Command Language – commandes pour certaines imprimantes Hewlett Packard et autres), HPGL (déplacement du stylo d’un plotter1) ou PDF qui ne proposent que des ordres d’affichage [2], le PostScript offre une grammaire complète incluant conditions, boucles, variables, gestion de pile voire même accès aux fichiers, qui en font un réel langage associé à une interface graphique [3].

La décomposition en série de Fourier, et plus généralement la transformée de Fourier [1], est un outil incontournable du traitement du signal visant à décrire des propriétés fréquentielles (spectrales) d’un signal. Au-delà de la maîtrise de l’outil mathématique qui fera l’objet de la première partie de cette présentation, son utilisation sur un système embarqué peut paraître complexe, voire rédhibitoire. Nous analyserons, dans la seconde partie, une note d’application qui démontre l’utilisation en virgule fixe de tables pré-calculées pour effectuer rapidement un calcul apparemment complexe, et ce pour un résultat compatible avec tout microcontrôleur proposant quelques kilo-octets de mémoire. Enfin, nous appliquerons cette méthode de calcul à quelques exemples plus ou moins triviaux. Nous mettrons en œuvre ces concepts, et l’échantillonnage périodique de signaux pour fournir les informations à traiter, sur architecture ARM Cortex-M3 telle qu’implémentée par ST sur le STM32, traitant les signaux issus d’un RADAR à onde continue.

Au sein de la gamme des cœurs de processeurs proposés par ARM, le Cortex-M3, opérant sur des registres de 32 bits, fournit un compromis entre une puissance de calcul appréciable et une consommation réduite qui, sans atteindre les performances du MSP430 (16 bits), propose néanmoins des modes de veille en vue de réduire la consommation moyenne d’une application. Bien que les nombreux périphériques disponibles ainsi que l’énorme quantité de mémoire associée à ce processeur puissent justifier l’utilisation de bibliothèques dont une implémentation libre est disponible sous le nom de libopencm3, nous verrons qu’il est possible d’appréhender un certain nombre de ces périphériques pour en faire un usage optimal en accédant directement aux registres qui en contrôlent l’accès. Le cœur M3 est décliné par de nombreux fondeurs : nous nous focaliserons ici sur l’implémentation de ST Microelectronics sous le nom de STM32F1 (dans la suite, le microcontrôleur sera nommé simplement STM32 car la plupart des applications sont portables sur les autres modèles).