Fonctions de Corrélation et Filtre Adapté

Visualisation interactive de l'autocorrélation, de l'intercorrélation et du filtrage adapté pour l'éducation en traitement du signal.

Signal A
Signal B
Résultat de corrélation

Autocorrélation

L'autocorrélation Rxx[τ] = Σ x[n]·x[n+τ] mesure la similarité d'un signal avec une copie retardée de lui-même. Elle atteint son maximum à τ=0 (énergie du signal), est symétrique et révèle les périodicités cachées dans les signaux bruités.

Intercorrélation

L'intercorrélation Rxy[τ] = Σ x[n]·y[n+τ] mesure la similarité entre deux signaux en fonction du retard. L'emplacement du pic indique le décalage temporel — essentiel pour l'estimation de retard et la synchronisation.

Propriétés clés

  • Le pic d'autocorrélation à τ=0 est égal à l'énergie : Σ x²[n]
  • Symétrie : Rxx[τ] = Rxx[-τ]
  • Position du pic d'intercorrélation = retard entre les signaux
  • Wiener-Khinchin : S(ω) = FFT{R[τ]}
  • La corrélation équivaut à la convolution avec le signal inversé

Dérivation et principe

Le filtre adapté est le filtre linéaire optimal pour maximiser le rapport signal-sur-bruit en présence de bruit blanc additif. Il convolve le signal reçu avec une copie inversée du gabarit connu.

Codes Barker

Les codes Barker sont des séquences binaires avec d'excellentes propriétés d'autocorrélation — le niveau des lobes secondaires est au plus 1. Utilisés en radar et communications pour la compression d'impulsions.

Compression d'impulsions

La compression d'impulsions transmet une impulsion longue modulée et la compresse à la réception par filtrage adapté, obtenant la résolution d'une impulsion courte avec l'énergie d'une longue.

Applications réelles

  • Radar : détection d'échos et mesure de distance de cible
  • Sonar : détection sous-marine et télémétrie acoustique
  • GPS : acquisition de signal satellite par corrélation de code Gold
  • EEG/ECG : détection de potentiels évoqués dans les signaux biologiques
  • Empreinte audio : reconnaissance musicale style Shazam
  • Reconnaissance de motifs : correspondance de gabarits