Brevet FR2077662A1 — publié le 19711105

ta présente invention concerne des perfectionnements aux circuits de transformation et d'élimination de signaux applicables notammentàdes systèmes radars. Dans différents domaines dont les télécommunications et le radar, il est nécessaire de connattre avec précision les informations portées par les signaux reçus. En particulier, dans un système de détection électromagnétique à impulsions utilisant les techniques de visualisation de cibles mobiles connues sous l'appellation anglo-saxonne "M.T.I." eMoving Larget Indicator"), les informations de position dans le temps, de phase et de dérive Doppler des signaux reçus sont exploitées pour éliminer les échos fixes" ou "quasi-fixes" et pour atténuer les effets parasites des "échos mobiles logns" dus aux conditions atmosphériques, à des nuages ou à des réflexions sur la mer, ou encore à des rubans métalliques ("Chaff"), afin d'extraire les données de distance ainsi qu'éventuellement de vitesse des signaux utiles correspondant à des cibles mobiles de vitesse radiale comprise dans une plage déterminée. les systèmes connus utilisent généralement des signaux de référence produits localement en vu de faciliter l'analyse des informations relatives aux objets mobiles et fournies par les échos, au moyen d'une méthode de comparaison de phase. tans de nombreux dispositifs la comparaison s'effectue à partir du signal vidéo, mais pour certaines applications il est souhaitable d'opérer en fréquence intermédiaire dite "F.l.". Les circuits permettant d'accomplir cette opération sont cependant complexes et leur fonctionnement présente des insuffisances. L'élimination des échos fixes est en général obtenue, dans des systèmes radars de ce type, par action d'une tension de contrôle appliquée- à un oscillateur auxiliaire à fréquence réglable. Suivant certaines réalisations une impulsion du signal dudit oscillateur est introduit en fin de récurrence dans la voie retardée et dans la voie directe de réception et, après comparaison de phase, permet d'élaborer la tension d'erreur appliquée à l'oscillateur auxiliaire. tans ces systèmes le calage de l'oscillateur est maintenu électroniquement par la tension d'erreur amplifiée ou l'erreur résiduelle croît avec l'erreur initiale, le gain de boucle étant constant . De ce fait, le fonctionnement se trouve bloqué après excursion d'une fixage délimitée par suite des effets de saturation des circuits. la transformation des échos mobiles longs utilise fréquem ment une ligne à retard variable introduite dans une voie directe de réception et commandée par une tension d'erreur élaborée à partir de ces signaux. le fonctionnement est limité par des effets de non linéarité selon la polarité du signal d'erreur et, par des variations d'impédance de la ligne en fonction du retard. Afin de remédier aux inconvénients cités, la présente invention met en oeuvre des circuits de transformation et d'élimination procédant de manière différente et pouvant, en particulier, être utilisés dans un système radar M?I opérant en fréquence intermédiaire. Suivant une caractéristique de l'invention, les circuits de transformation des échos mobiles longs et ceux de suppression des échos fixes utilisent chacun, un circuit déphaseur commandé automatiquement à partir d'un signal d'erreur vidéo bipolaire résultant, d'une comparaison de phase entre les signaux FI de la voie retardée et de la voie directe, ladite comparaison s'effectuant au cours de chaque période de récurrence durant des intervalles de temps déterminés et distincts. D'autres caractéristiques de la présente invention apparai- tront dans la description qui suit donnée à titre d'exemple non limitatif à l'aide des figures annexées qui représentent -: - la figure 1, un schéma relatif aux techniques radar MTI-FI usuelles - la figure 2, un schéma d'un circuit éliminateur d'échos fixes conforme à l'invention - la figure 3, des eourbes relatives aux durées d'action respectives des circuits portes pour les échos fixes et pour les échos mobiles longs - la figure 4, un schéma d'un circuit transformateur d'échos mobiles longs conforme à l'invention - la figure 5, un schéma de détail d'une réalisation d'un circuit déphaseur 35 utilisé dans l'ensemble représenté sur la figure 4 ;; - la figure 6, un schéma montrant l'effet de transformation produit sur des échos mobiles longs - la figure 7, un schéma artiel d'un système radar MTI-FI utilisant un circuit de transformation selon la figure 6 et un circuit éliminateur selon la figure 2 - la figure 8, un schéma partiel d'une variante de réalisation dtun système radar selon la figure-r7 - la figure 9, un schéma partiel d'une seconde variante de réalisation d'un système radar selon la figure 7 - la figure 10, un schéma partiel d'une troisième variante de réalisation d'un système radar selon la figure 7. La présente invention est décrite ci-après dans le cadre des systèmes radars MTI opérant en fréquence intermédiaire. Il est entendu que cette application ne doit pas être considérée comme limitative et peut être étendue, partiellement ou en totalité, à d'autres domaines où le traitement de signaux utilise plusieurs des informations relatives notamment à leur positionnement dans le temps, à leur phase, à leur durée. Dans un système radar à impulsions de ce type, la comparaison de phase des signaux reçus s'effectue en fréquence intermédiaire après passage dans une voie directe et dans une voie retardée de retard égal à la durée de la récurrence radar. La figure 1 représente à titre de rappel un schéma simplifié d'un tel système décrit succinctement ci-après. les signaux FI périodiques à traiter sont reçus sur la connexion 1 en sortie des circuits d'amplification FI à limiteur 2. Les signaux de pulsa tion w1 et wc provenant ae deux oscillateurs 3 et 4 sont appliqués à un circuit de transposition en fréquence 5 délivrant après mélange et filtrage un signal local de pulsation w1 + wc. Un des oscillateurs 3 est constitué par une pendule Fi ou un oscillateur cohérent selon le type de l'énietteur, à klystron ou à magnétron, le second oscillateur 4 dit '1auxîliaire" étant du type accordable~éleetróniquetent en fréquence. te signal FI local est transmis à un second circuit de transposition en fréquence 6 produisant par battement avec les signaux reçus de pulsation w5 un signal FI de paisat-ion (w:: + urc) - ws appliqué à entrée des deux voies 7 et 8. la pulsation wc est égale. à lafréquence -céntràle intermédiaire de réception et pour des signaux de Doppler nul résultant d'échos fixes, Ws = Wc . Il s'ensuit que le signal FI correspondant à des échos fixes est à la pulsation w1. Dans le cas de cibles mobiles cette pulsation est modifiée par la dérive Doppler correspondante. On montre que la pulsation w1 doit néces sairemént comporter un nombre entier de-cyeles durant la récur rènee radar correspondant au décalage apporté par le-dispositif à retard 9 introduit dans la voie retardée. Pour assurer cette condition avec une stabilité importante déterminée, le système comporte selon-l'art conns--un dispositif de eontr8le automatique symbolisé par le bloc 10, agissant sur l'oscillateur 4. Le système radar ainsi agencé permet l'élimination des échos fixes en asservissant le récepteur à la vitesse apparente moyenne du "clutter" ; mais, pour réduire l'effet parasite produit par les signaux du type "écho mobile long", un autre ensemble 12 est nécessaire.En général, les signaux FI en sortie d'un circuit de soustraction Il sont à nouveau appliqué à une voie retardée et à une voie directe dans le circuit de transformation 12, l'une des voies comportant une ligne à retard variable. Par comparaison de phase et traitement un signal de commande de ladite ligne est élaboré la variation du retard agissant très fortement sur la durée des échos mobiles longs de durée supérieure à une largeur d'impulsion. les signaux de sortie KTI sont finalement appliqués aux circuits d'exploitation et de visualisation 13. Une réalisation conforme à la présente invention permet de remédier aux défauts et inconvénients de ces systèmes connus, cités précédemment, et procède par introduction d'un déphasage correctif dans une voie de réception pour produite ' l'effet d'élimination, ou celui de transformation, désiré. D'autre part, un système réalisé selon l'invention permet d'utiliser un oscillateur auxiliaire à fréquence fixe présentant toutefois de bonnes caractéristiques de stabilité tel que, par exemple, un oscillateur à quartz. la figure 2 se rapporte à un circuit éliminateur d'échos fixes conforme à l'invention. les circuits de transposition en fréquence 5 et 6 sont doublés, un ensemble 52-62 est associé à la voie directe et un autre ensemble 51-61 à la voie retardée. le signal Wc provenant dun oscillateur local tel que 3 est appliqué directement à la transposition 52 et parvient à la transposition 51 après passage dans un circuit déphaseur 20 à commande mécanique et à rotation continue, c'est-à-dire sans butée. le signal provenant de l'autre oscillateur 4 parvient directement aux transpositions 51 et 52. les autres éléments connectés en série consistent en un discriminateur ou détecteur de phase 21 en sortie des voies, un circuit porte 22 équivalent à un interrupteur commandé à partir de la synchronisation émission, un circuit intégrateur 23 et un circuit amplificateur 24 alimentant un moteur 25 d'entraînement du déphaseur 20. le fonctionnement;est le suivant, le signal de sortie de la transposition 51 est de la forme cos (wc + w1)t + # # étant le déphasage en valeur et en signe introduit par l'élément 20 ; à la sortie de la transpositon 61 le signal est de la forme cos (wlt + + + 9), sa différence de phase par rapport à l'oscillateur 3 étant égale à 9. Une récurrence T plus tard le signal à la sortie de la transposition 52 est en cos (w c + w1)t + T et, compte tenu que la différence de phase 9 n'a pas variée dans le cas d'un écho fixe, on recueille en sortie de la transposition 62 un signal de la formé cos (wlt + w1T + 9). Ce signal est appliqué à une entrée du discriminateur 21 qui reçoit simultanément, compte tenu du retard T imposé par la ligne à retard 9, le signal en cos (w1t + + les sigruxéchos 't fixes est donnée par - wîT = . Le déphasage est introduit par le déphaseur mécanique à rotation continue 20. le moteur d'entraînement 25 est commande par l'amplificateur 2-4 recevant après intégration une tension d'erreur bipolaire résultant des résidus d'échos fixes. le déphaseur tourne donc jusqu'à ce que la relation ci-dessus soit satisfaite ce qui entraîne l'annulation des échos fixes. le circuit porte 22 permet de commander à chaque récurrence la durée de fonctionnement du dispositif eliminateur d'échos fixes.Il est commandé à partir de la synchronisation radar symbolisée par une arrivée S qui déclenche son ouverture durant un laps detemps déterminé. Cette durée de transmission est schématisée par un créneau de porte EF sur la figure 3. Des moyens permettant le réglage en position et en durée du créneau EF peuvent être prévus dans le circuit porte 22.De préférence, comme représenté sur la figure 3, l'intervalle EF est positionné au début de la récurrence radar dans la zone où apparaissent généralement des échos fixes en nombre élevé, entre l'instant ti de début de la période radar et un instant t2 ultérieur durant cette période. le circuit d'intégration 23 est alimenté durant ltintervalle t2 - tt. le déphaseur mécanique 20 maintient l'action d'élimination jusqutau début de la récurrence suivante où son calage est éventuellement modifié s'il y a présence d'une tension d'erreur causée par exemple par une dérive du dispositif à retard 9 d'origine thermique. l'ensemble décrit fonctionne avec une tension d'erreur nulle contrairement aux systèmes antérieurs cités. On remarque que le fonctionnement est inchangé si le dèpha- seur décan que 20 est introduit sur la connexion allant de de l'oscillateur 3 à latransposition 52, le déphasage étant dans ce cas reporté dans la voie directe dé réception. De même, il est possible de placer le déphaseur 20 sur une des connexions de sortie de l'oscillateur auxiliaire 4. Par extension, ce déphaseur peut être introduit directement en amont d'une des transpositions 61 ou 62 à I1 entrée des voies, le montage ne nécessitant alors qu'une suele transposition effectuant le battement entre les ondes w1 et w c des oscillateurs 3 et 4, en lieu et place des circuits 51 et 52. La figure 4 est relative à un circuit de transformation de signaux conforme à l'invention et destiné à réduire fortement en durée les signaux dont la largeur temporelle exède une valeur déterminée, tels des échos mobiles longs de durée supérieure à au moins une largeur d'impulsion radar. l'action d'un tel circuit, appliqué à un radar, doit être instantanée et s'effectue par introduction d'un déphasage dans la voie directe.Le signal FI en sortie de l'élément 3 est transmis à un circuit déphaseur éléctronique 35 interposé sur la connexion entre l'élément 3 et le circuit de transposition 52. C circxut déphaseur est commandé par une tension d'erreur 38 élaborée à partir des échos mobiles longs et doit permettre une rotation de phase couvrant tous les déphasages possibles. la tension d'erreur 38 est produite, en alimentant par le signal de sortie du discriminateur de phase 21 un circuit d'intégration 33 à constante de temps faible suivi d'un amplificateur 34. Un circuit porte 32, interposé en sortie du discriminateur 21 et contrôlé à partir de la synchronisation radar S, commande la durée d'action au cours de chaque récurrence. Ia tension d'erreur étant de nature bipolaire, le circuit déphaseur est prévu pour couvrir la plage - tU0 à + 180 des déphasages. Une réalisation de ce circuit peut être envisagée sous forme d'une ligne à retard variable comportant des self-inductances et des varactors. Un tel montage présente dans la gamme des fréquences intermédiaires usuelles, une caractéristique non-linéaire de fonctionnement. Une solution preférée, mais non limitative pour l'invention, consiste à utiliser un déphaseur variable électronique 35 couvrant une gamme réduite de déphasage avec une grande linéarité de réponse et à l'associer avec un circuit multiplicateur de fréquence 36 de coefficient k pour couvrir la plage totale de - 180 + 0 . Suivant cette réalisation, le signal 3 FI de sortie de l'oscillateur 3 associé doit avoir une wc pulsation k divisé dans le même rapport et le schéma de la figure 4 convient au cas d'un radar MTI comportant une pendule FI. Un deuxième circuit multiplicateur de fréquence 37 de coefficient multiplicateur identique k est interposé dans la connexion allant de l'élément 3 au circuit de transposition 51.Des dispositifs, non figurés, sont prévus pour régler en durée et- en position 'action du circuit porte 32. e rtglage de l'intervalle d'action EU à l'intérieur de chaque récurrence tient compte de celui EF d'action envers les échos fixes de façon que ces fonctionnements soient distincts temporellement. la durée maximale t3 - t2 de la porte EMI est indiquée sur la figure 3, t3 étant l'instant de fin de récurrence et t2 l'instant terminal de la porte EF. Un second réglage de durée peut également êtré prévu pour commander l'action du circuit transformateur entre des instants couvrant un certain nombre de récurrences. Un exemple de réalisation du circuit déphaseur électronique 35 est représenté sur le schéma de la figure 5. t' onde d'oscil lation locale est appliquée à deux entrées d'an amplificateur différentiel 352, directement pour une entrée et à travers un dispositif déphaseur ixe 351 introduisant une rotation de phase de 900 pour la seconde entrée. te gain de chacune des deux voies d'amplification est commandé au moyen d'un circuit paraphase 353 recevant le signal d'erreur 38. la sortie 39 de l'amplitude teur différentiel délivre un signal dont la phase par rapport à l'entrée varie entre les valeurs limites - 450 et 4 450 selon l'amplitude et le signe de la tension d'erreur 38. Un tel circuit est associé à un circuit multiplicateur de fréquence par 5 pour couvrir largement la plage utile - 1600 à + 180 . la figure 6 illustre schématiquement l'effet correctif obtenu sur un écho mobile long dont la vitesse est considérée constante pendant sa durée, en 60 avant transformation et en 61 après action des circuits. la constante de temps faible du circuit d'intégration 33 est déterminée pour que le dispositif ne réagisse pas sur les échos utiles de cibles mobiles et por que son action soit quasiinstantanée sur les écnos mobiles longs de durée excédant, par exemple, une largeur d'impulsion. On remarque que le fonctionnement est inchangé si l'on intervertit les éléments 3 eW 4, en utilisantun oscillateur auxi liaire de pulsation wî et un oscillateur cohérent 9u une pendule k FI de pulsation wc. te même le circuit déphaseur 35-36 peut entre disposé directement en amont du circuit de transposition 62 de la voie directe, le montage comportant alors un circuit de trans position-unique effectuant le battement entre des ondes de pulsation wl et w c et, le circuit multiplicateur 37 interposé k 7 directement en amont du circuit de transposition 61 de la voie retardée. Chacun des ensembles d'élimination et de transformation procède par introduction d'un déphasage dans une des voies de réception, leur action des circuits porte 22 et 32 étant respectivement distincte dans le temps. Il est par suite possible de regrouper ces deux ensembles comme le montre à titre d'exemple la figure 7. L'ensemble d'élimination reprit selon la figure 2 agit dans la voie retardée et l'ensemble de transformation selon la figure 4 agit dans la voie directe. Le circuit multiplicateur 37 peut être disposé en aval ou en amont du dispositif déphaseur mécanique 20. Son emplacement est déterminé de manière à utiliser un dispositif déphaseur du commerce fonctionnant pour des valeurs de fréquences intermédiaires usuelles.La fréquence d'oscillation auxiliaire peut, par ailleurs, être produiteà partir du signal de sortie de I'élément 3, le coefficient de transposition en fréquence étant déterminé de manière à interdire la production de phénomènes parasites de battement basse-fréquence entre des harmoniques des ondes de pulsation wl et Wc après transposition dans les circuits 51 et 52. Il est entendu que les schémas des figures 1, 2, 4 et 7 ont été simplifiés afin de faciliter la description. En particulier, les voies de réception 7 et 8 comportent des circuits d'amplification. Par ailleurs, des circuits sont prévus pour asservir la synchronisation radar au délai de la ligne à retard 9. L'extraction des signaux utiles de cibles mobiles s'effectue selon des techniques connues non décrites dans la présente invention. Les circuits utilisés peuvent comporter un circuit de soustraction FI 40 et éventuellement un circuit 41 de discrimination et de détection vidéo. Les signaux de sortie sont appliqués à un ensemble d'exploitation et de visualisation 42. En tenant compte des différentes remarques faites précédemment, un nombre important de variantes de réalisation peut être exécuté. Deux d'entre elles sont représentées sur les schémas partiels des figures 8 et 9 où les mêmes éléments sont désignés par les mêmes repères. Suivant le montage de la figure 8, les dispositils déphaseurs sont respectivement associés à un des oscillateurs 3 et 4. Sur celui de la figure 9, les dispositifs déphaseurs sont placés sur les connexions d'entrée des circuits de transposition 61 et 62 et alimentés par la sortie d'un unique circuit de transposition 53 en lieu et place des éléments 51 et 52. D'autres variantes de réalisation peuvent être envisagées en remarquant que les ensembles sont commandés séparément au cours de chaque récurrence et que l'action d'élimination qui se produit la première reste maintenue par calage du déphaseur mécanique jusqu'à la fin de la récurrence. Il est par suite possible de grouper les dispositifs déphaseurs de sorte qu'ils agissent sur une même voie de réception, la voie directe dina le cas d'une application radar. La figure 10 montre un exemple de réalisation où les dispositifs déphaseurs sont regroupés en cascade sur une même connexion et, directement en amont du circuit de transposition 62 d'entrée de voie directe. Ce montage ne nécessite qu'un circuit de transposition 53 en lieu et place des éléments 51 et 52. La description qui précède a été donnée à titre d'exemple non limitatif et il est entendu que toute variante de réalisation conforme aux caractéristiques exposées est incluse dans l'invention. REVENDICATIONS 1. Circuits de transformation et d'élimination signaux utilisables notamment pour transformer des "échos mobiles longs" et éliminer des "échos fixes dans des systèmes radars opérant en fréquence intermédiaire (dite FI) où, un signal FI transmis dans une voie retardée (7) et dans une voie directe (8) résulte d'une transposition en fréquence (6) entre le signal périodique FI(1) à traiter et un signal FI local produit par une précédente transposition (5) entre un oscillateur cohérent (ou une pendule FI) (3) et un oscillateur auxiliaure (4), caractérisés en ce que, ledit oscillateur auxiliaire est à fréquence fixe et que l'entrée de chaque voie (7, b) comporte un circuit de transposition (61, 62) recevant le signal FI à trait-er et le signal FI local, les dits circuits de transformation et d'élimination comportent deux dispositifs déphaseurs (20-35) contr8lés successivement au cours de chaque période, durant chacun un intervalle de temps déterminé, par un signal d'erreur élaboré à partir du signal vidéo bipolaire détecté par un discriminateur de phase (2j) connecté en sortie des voies (7, M) les dits déphaseurs étant connectés en amont des dits circuits de transposition (61-62) et agissant, chacun, sur la plase du signal FI local transmis à l'un de ces circuits, l'action corrective d'élimination due à un déphaseur (20) s'effectuant dans l'une ou l'autre voie, celle de transformation due au second déphaseur (35) s'effectuant dans la voie directe. 2. Circuits de transformation et d'élimination de signaux selon la revendication 1 caractérisés en ce qu'ils comportent chacun un circuit d'intégration (23-33) de constante de temps déterminée précédé d'un circuit porte (22-32)- commandé à partir d'un signal de synchronisation (3), les dits circuits de porte étant connectés par leurs entrées à la sortie d'un discriminateur de phase (21). 3. Circuits d'élimination de signaux selon la revendication 1 ou 2 caractérisés en ce que le dispositif déphaseur (20) est du type mécanique à rotation continue, entraîne' par un-moteur (25) alimenté par le signal d'erreur correspondant,après- passage dans un circuit amplificateur (26). 4. Circuits de transformation de signaux selon la revendication 1 ou2, caractérisés en ce que le dispositif déphaseur est du type déphaseur variable électronique recevant le signal d'erreur correspônda ut, après passage dans un circuit dtamplification (34). 5. Circuits de transformation de signaux selon la revendication 4 caractérisés en ce que le dispositif déphaseur variable électronique (35) est associé par sa sortie à un circuit multiplicateur de fréquence par k (36) pour couvrir la plage - 1800 à + 1800 des déphasages. 6. Circuits de transformation et d'élimination de signaux selon la ou les revendications 1 ou, 3 et 4 ou, 3 et 5, caractérisés en ce que les dispositifs déphaseurs (20-35) sont connectés en cascade sur une même connexion en amont d'une transposition d'entrée de voie 7. Circuits de transformation et d1élimination de signaux selon la revendication 6, caractérisés en ce que l'entrée de l'ensemble des dispositifs déphaseurs est connecté à un circuit de transposition (53) connecté par ses entrées aux oscillateurs locaux (3-4). 8. Circuits de transformation et d'élimination de signaux selon la ou les revendications 1 ou, 3 et 4, caractérisés en ce que les deux dispositifs déphaseurs sont connectés séparément sur une connexion, en amont d'une première transposition d'entrée de voie pour l'un, en amont de la seconde transposition d'entrée de voie pour 11 autre. 9. Circuits de transformation et d'élimination de signaux selon la ou les revendications 1 ou, 5 et 8, caractérisés en ce que, un second circuit multiplicateur de fréquence par k (37), identique à celui associé au déphaseur électronique (35), est connecté en série avec le dispositif déphaseur mécanique lorsque les dispositifs déphaseurs sont alimentés à partir du même signal d'entrée. 10. Circuits de transformation et d'élimination de signaux selon la revendication 9, caractérisés en ce que, les dispositifs déphaseurs sont connectés par leur entrée à un oscillateur local (30u 4), les sorties des circuits multiplicateurs (36-37) alimentant respectivement une entrée de deux circuits de transposition (51-52) connectés directement par leur seconde entrée au second oscillateur local (4 ou 3) et par leur sortie respectivement aux circuits de transposition d'entrée de voie (61-62). 11. Circuits de transformation et d'élimination de signaux selon la revendication 9, caractérisés en ce que, les dispositifs déphaseurs sont connectés par leur entrée à la sortie d'un circuit de transposition (53) dont les deux entrées sont connectés respectivement aux oscillateurs locaux (3,4), les sorties des circuits multiplicateurs (36,37) étant respectivement connectées aux circuits de transposition de voie (61-62). 12. Circuits de transformation et d'élimination de signaux selon les revendications 5 et 8, caractérisés en ce que, un second circuit multiplicateur de fréquence par k (37), identique à celui associé au déphaseur électronique (35) est connecté par son entrée, ainsi que ledit déphaseur, à unoscillateur local ( 3 ou 4), les sorties des circuits multiplicateurs étant connectées respectivement à une entrée de deux circuits de transposition (51-52) dont les secondes entrées sont connectées au second oscillateur local (4 ou 3), l'une directement, l'autre par l'intermédiaire du dispositif déphaseur mécanique (20), les sorties des dites transpositions étant respectivement connectées aux circuits de transposition de voies d'entrée (61-62). 13. Systèmes radars caractérisés en ce qu'ils comportent des circuits de transformation et d'élimination de signaux selon une des revendications 1 à 12.