Brevet FR2135200A1 — publié le 19721215

1. 2135200 La présente invention se rapporte à des systèmes radar et plus particulièrement elle concerne les systèmes utilisant ce qui est connu comme l'exploration "dans l'impulsion". Dans un but de brièveté, de tels systèmes radar seront appelés ci-après "radar 5 dans l'impulsion". Dans un radar dans l'impulsion, une impulsion de longueur prédéterminée t est émise périodiquement avec une période de répétition d'impulsions T qui est longue par rapport à la longueur de l'impulsion et, qui est de préférence, et dans le cas le plus sim-10 pie un multiple important de la longueur de l'impulsion. Par exemple, t peut être égal à 2,5 microsecondes et T peut être égal à 2,5 millisecondes. L'impulsion émise illumine le volume à surveiller. L'équipement de réception fonctionne pour quantifier à la fois l'information de distance du but et l'information de direction du 15 but, les petites zones de distance dites "zones de distance" dans lesquelles un but réfléchissant est présent étant déterminées en mesurant le temps écoulé après le début d'une période d'impulsion T lorsque le récepteur répond à un écho provenant du but. Ce temps est mesuré en terme de nombre de longueurs d'impulsion t, égal au 20 temps écoulé entre le début d'une période d'impulsion T et l'instant de la réponse du récepteur. L'information de direction de but (également quantifiée) est déterminée par le temps auquel la réponse maximum du récepteur se produit à l'intérieur de la longueur d'impulsion t correspondant à la zone de distance. Ainsi, dans le 25 cas d'un radar conçu pour surveiller un secteur s'étendant en azi-muth de 0° à 90° et constitué de 90 valeurs discernables de directions de but, c'est-à-dire chacune faisant un angle de 1°, un but présent par exemple dans la quarantième zone de distance et dans une direction à 30° produirait une réponse au récepteur durant le 30 quarantième temps t de longueur d'impulsion à partir du début d'une période d'impulsion T et serait approximativement à 1/3 de la longueur de l'impulsion. La figure 1 des dessins ci-joints représente de façon schématique et suffisante pour l'explication une fraction de la 35 partie de réception d'un radar dans l'impulsion, typique , connu . Comme le montre la figure 1, la rangée ou réseau d'antennes réceptrices est une rangée horizontale et est constituée par un grand nombre d'éléments d'antenne A^ à A^ qui peuvent être de tout type connu, par exemple, comme représenté, être constitués 2j.q par des cornets radio agencés côte-à-côte et ayant chacun un angle 72 15377 2. 2135200 de vue égal à l'angle de surveillance du radar. Chaque élément d'antenne débite dans chacune des unités individuellesF1 à F , chacune d'entre elles comprenant un étage mélangeur changeur de fréquence et tout moyen d'amplification qui peut être requis. Les étages 5 mélangeurs changeurs de fréquence de chaque unité reçoivent des oscillations locales, dont la fréquence diffère pour chaque étage changeur de fréquence, la différence étant égale à l'inverse 1/t de la longueur d'impulsion t. Les oscillations locales sont produites par des moyens, non représentés, et sont appliquées aux bornes 10 LO^ à L0n. Ainsi, si l'oscillation locale appliquée à l'étage central changeur de fréquence en F^ est f , celle appliquée aux étages changeurs de fréquence sur l'un ou l'autre côté de cet étage changeur central serait f - l/t et fQ + l/t, respectivement, les deux suivantes étant f - 2/t et f + 2/t, ..., etc... Chaque unité F^ 15 à Fn débite dans ion filtre d'emmagasinage S1 à Sn ayant une largeur de bande de l/t et les débits de tous ces filtres sont combinés et prélevés pour être utilisés et pour l'extraction de l'information, de toute manière souhaitée connue. La présente invention ne concerne pas une telle utilisation et une telle extraction de l'informa-20 tion et la description n'en sera pas donnée ici. Avec les radars dans l'impulsion proposés jusqu'ici, l'agencement d'antenne émettrice, (non représenté dans la figure 1) a une configuration de rayonnement telle que l'impulsion émise est envoyée sans qu'il existe de balayage ou d'exploration à travers 25 tout le volume à surveiller. La rangée d'antennes réceptrices et les circuits associés donnent ainsi une indication en ce qui concerne la direction et la distance du but sans utiliser d'antenne rotative comme dans les systèmes radar précédents et plus communément utilisés. Un système radar indicateur de but mobile (M.T.I.), du 30 type dans l'impulsion, évite en conséquence les problèmes inhérents à ces systèmes radar connus jusqu'ici, à savoir que des fréquences de glissement doppler qui sont égales et opposées apparaissent comme résultat des réflexions provenant d'un but fixe du fait des déplacements relatifs égaux et opposés des extrémités opposées de 35 l'antenne rotative par rapport au but. Ces systèmes radar de la technique antérieure connus produisent en conséquence une forme de bruit ou "bourrage" (clutter) qui peut être confondue avec les buts mobiles à moins qu'un circuit soit prévu pour supprimer par action de porte les fréquences doppler inférieures correspondant aux fré-40 quences provoquées par la rotation de l'antenne. Si une telle sup 72 15377 3. 2135200 pression par action de porte est utilisée, les fréquences doppler données par les buts ainsi que les fréquences doppler faibles, correspondantes, sont perdues. En conséquence le signal indiquant un avion se déplaçant rapidement, par exemple, se déplaçant sensible-5 ment tangentiellement aux cercles de distances radar du radar et qui a une très petite composante radiale de vitesse dans la direction du radar et en conséquence produit un déphasage doppler faible peut être supprimé par action de porte en même temps que le bruit ou "bourrage" provoqué par les buts fixes. 10 Puisque le radar dans l'impulsion précédemment décrit évite l'utilisation d'une antenne rotative, ce problème est sensiblement évité (la suppression de signaux est encore nécessaire du fait de la réponse spectrale des signaux de bruit ou "bourrage" mais cette suppression de signaux peut être plus limitée qu'avec 15 des radars à antenne rotative équivalents). Cependant le système indiqué présente l'inconvénient que les impulsions émises doivent avoir maintenant une puissance beaucoup plus grande pour obtenir la même sensibilité puisqu'elles doivent couvrir un volume de surveillance beaucoup plus grand. Ceci est onéreux à obtenir de maniè-20 re satisfaisante. Pour résoudre ce problème on a proposé que, au lieu d'émettre chaque impulsion dans tout le volume à surveiller, une exploration (ou balayage) verticale pourrait être effectuai par l'antenne émettrice explorant en hauteur ou élévation, c'est-à-dire 25 qu'une configuration de transmission de l'antenne en forme d'éventail est utilisée et qu'elle est amenée à effectuer ur balayage vertical avec une période régulière pour couvrir le volume à surveiller. Ce faisceau en forme d'éventail a une ouverture en azi-muth égale à l'angle de surveillance requis en azimuth et un an-350 gle d'élévation étroit et ainsi des impulsions de puissance plus faibles peuvent être utilisées. Cependant l'un des problèmes introduit par cet agencement, est le temps d'exploration impliqué pour obtenir une suppression convenable du "bourrage" ou bruit. Le spectre de fréquences 35 d'une impulsion unique C.W. a une faible amplitude avec une très grande largeur de bande et il est nécessaire qu'un grand nombre d'impulsions soit analysé et exploré avant qu'une enveloppe spectrale étroite, centrée sur la fréquence de l'impulsion soit obtenue. En conséquence, si le traitement de signal est effectué en 40 utilisant un petit nombre d'impulsions, les signaux d'écho reçus 72 15377 4. 2135200 depuis le but fixe ou le but provoquant l'effet de bourrage contiennent des fréquences d'amplitude sensiblement équivalente aux fréquences de glissement doppler de buts mobiles ayant des vitesses substantielles. Ces signaux doivent être supprimés par un filtre 5 indicateur de buts mobiles ou M.T.I. Plus le nombre d'impulsions utilisées est faible, plus le spectre de fréquences supprimées est grand et inversement plus le nombre d'impulsions est grand plus le spectre de fréquences qu'il est nécessaire de supprimer est petit. Des expériences.ont montré qu'avec un radar dans l'impulsion prati-10 que utilisant un balayage linéaire par un agencement d'antenne émettrice, si quarante impulsions sont utilisées à l'intérieur du temps mort occupé par la largeur du faisceau à Jd.B de l'antenne, la suppression de bruit ou "bourrage" de l'ordre de 60dB est obtenue avec un filtre M.T.I. à ligne à retard triple conçue de manière 15 convenable. Le temps pris par un radar dans l'impulsion à exploration linéaire pour effectuer une exploration complète du volume à surveiller est en conséquence beaucoup plus grand que celui pris par le radar dans l'impulsion mentionné en premier. De là, le radar dans l'impulsion à exploration linéaire présente l'inconvénient d'avoir 20 une vites.se de mise à jour de l'information beaucoup plus lente. La présente invention a pour objet de prévoir un radar à exploration dans l'impulsion perfectionné. Conformément à la présente invention, un radar à exploration dans l'impulsion comprend un agencement d'antennes émettrices 25 ayant un faisceau de rayonnement en forme d'éventail et comprenant des moyens pour amener ce faisceau à effectuer un balayage en hauteur de telle sorte que ce balayage en hauteur présente une relation vitesse/hauteur non linéaire, le faisceau de rayonnement se déplaçant plus lentement pour les hauteurs faibles que pour les 30 hauteurs importantes En utilisant une exploration non linéaire, il est possible d'utiliser le nombre d'impulsions disponibles dans un temps d'exploration particulier afin de minimiser l'étalement du spectre de "bourrage" pour les angles faibles d'élévation du balayage par 35 illumination du but produisant le bruit avec un nombre relativement grand d'impulsions et une vitesse faible d'exploration, permettant ainsi d'obtenir des intervalles étroits de vitesses aveugles aux filtres M.T.I. Pour des angles d'exploration en hauteur supérieurs, le nombre relativement plus faible d'impulsions et la 40 vitesse d'exploration plus élevée se traduisent par un étalement 72 15377 5. 2135200 du spectre de "bourrage" accru, mais cette réponse de "bourrage" résulte de l'illumination par les lobes latéraux de puissance plus faible du faisceau de l'antenne et la réponse de "bourrage" est en conséquence d'amplitude plus faible que pour des angles d'explora-5 tion en hauteur faibles. Le "bourrage" résiduel à la sortie du filtre M.T.I. utilisé dans le radar peut en conséquence être rendu, par une conception convenable, sensiblement le même pour tous les angles d'exploration en hauteur. De préférence également, la fréquence de répétition d'im-10 pulsions des impulsions émises est modifiée pour différents secteurs de hauteur, la fréquence de répétition d'impulsions la plus élevée étant utilisée pour les secteurs de hauteurs les plus hauts. Par ce moyen, l'étalement du spectre de "bourrage" est en outre réduit et ceci permet au temps mort d'être diminué, permettant ainsi une aug-15 mentation dans la vitesse de production des données. Bien que la vitesse d'exploration non linéaire puisse varier en continu, dans un but de simplicité pour le traitement de signaux, au moins une partie de l'exploration est effectuée à des vitesses constantes différentes,sur différentes gammes de hauteur. 20 De préférence, l'exploration en hauteur commence par le niveau de hauteur souhaité le plus élevé et progresse vers le niveau de hauteur le plus faible afin de minimiser la période d'attente nécessaire pour établir la pureté souhaitée de ce spectre, de la forme d'onde transmise. 25 Dans un exemple de réalisation préféré de la présente in vention, l'exploration par l'antenne effectue un retour en arrière d'une largeur de faisceau (c'est-à-dire la largeur entre les points 3dB du faisceau) pour chaque changement de fréquence de répétition d'impulsions et les signaux reçus durant ces largeurs de faisceau 30 lors de l'exploration aux nouvelles fréquences de répétition d'impulsion sont ignorés par un équipement de traitement utilisé dans le radar. A titre de variante, une charge Gaussienne de la sensibilité du récepteur peut être utilisée pour chaque changement de fré-35 quence de répétition d'impulsions sans retour en arrière du balayage. La présente invention sera maintenant décrite à titre d'exemple en se référant aux figures 2 et 3 des dessins ci-joints dans lesquels : 40 La figure 2 représente de façon schématique des parties 72 15377 6. 2135200 d'un radar dans l'impulsion conformément à la présente invention; et La figure 3- est un graphique représentant l'opération d'exploration du radar de la figure 2 et qui est destiné à expli-5 quer le fonctionnement de ce radar. Dans cette figure 3, on a porté en ordonnées l'angle d'élévation et en abscisses le temps en seconde. Dans la figure 2, les mêmes références que celles de la figure 1 sont utilisées pour les parties correspondantes. Comme on 10 peut le voir, le système radar de la figure 2 comporte une rangée d'éléments d'antennes réceptrices horizontales A^ à An, des étages changeurs de fréquence à Fn et des filtres d'emmagasinage S^ à Sn, comme dans la figure 1. Les moyens récepteurs d'extraction d'information et de traitement recevant le débit U ne sont à nou-15 veau pas représentés puisqu'ils ne sont pas nécessaires à la compréhension de la présente invention. La figure 2 représente également un agencement d'antenne émettrice pour le radar, cet agencement comprenant une seconde rangée d'éléments d'antennes T-^ à Tz qui peuvent être de tout type convenable connu, par exemple des 20 cornets radio, agencés côte-à-côte mais dans cette rangée les éléments sont agencés verticalement et non horizontalement comme dans la rangée réceptrice. Les éléments d'antennes de la rangée émettrice sont alimentés par l'intermédiaire d'un agencement d'exploration électronique ST, qui, de manière connue, produit une explora-25 tion électronique du faisceau de l'antenne dans la direction verticale par l'introduction de changements de phases par incréments égaux entre les éléments, conformément à la vitesse d'exploration souhaitée. De nombreuses manières convenables de réaliser ceci ont été décrites dans la technique et il n'est pas nécessaire d'entrer 30 en détails dans l'explication du processus utilisé. Le faisceau produit par la rangée d'antennes émettrices est un faisceau ayant la forme d'un éventail et ayant un angle en azimuth égal à l'angle de surveillance requis mais ayant dans la direction verticale une largeur de faisceau étroite, par exemple 1,2° entre points de puis-35 sance 3dB. Un circuit de production d'impulsions d'émission TG couplé à un oscillateur pilote commandé par cristal (MO) applique des impulsions C.W. aux éléments d'antenne T1 à Tz par l'intermédiaire de l'agencement d'exploration ST. L'oscillateur pilote commande également des générateurs d'oscillations locales L0^ à L0n pour les 40 étages de changement de fréquence F1 à Fn respectivement, de telle 72 15377 7. 2135200 sorte que les impulsions émises sont cohérentes avec les fréquences d'oscillations locales appliquées aux étages changeurs de fréquence. Le processus de fonctionnement du radar dans l'impulsion de la figure 2 est généralement le même que celui du radar dans l'im-5 pulsion précédemment décrit excepté que, dans ce cas, l'exploration de la rangée émettrice est rendue non linéaire. L'agencement d'exploration ST est agencé pour fournir une exploration verticale non-linéaire d'un secteur de surveillance, typiquement, par exemple comme représenté, entre les angles 45° et 0° d'élévation du faisceau 10 émis, cette exploration commençant dans la position d'élévation la plus haute et se prolongeant vers le bas vers la position d'élévation la plus basse. La vitesse d'exploration est choisie de façon à être plus rapide durant la partie initiale de l'exploration et à devenir plus lente à la fin de l'exploration jusqu'à ce que, à la 15 position la plus basse dans laquelle le faisceau fournit une illumination du but avec un angle d'élévation nul, le faisceau soit maintenu fixé pendant un temps égal au passage de la moitié d'une largeur de faisceau à la vitesse d'exploration la plus faible de sorte que les buts ayant une élévation nulle sont vus pendant un temps 20 mort équivalent à l'exploration d'une largeur de faisceau complète à la vitesse minimum d'exploration. La figure 3 représente la relation qui existe entre l'angle d'élévation et la durée de l'exploration pour le système décrit. Comme on peut le voir dans cette figure, l'exploration débute à un 25 angle d'élévation égal à 46,2° (c'est-à-dire à une largeur de faisceau au-dessus de l'angle de surveillance souhaité) et se déplace vers le bas à une vitesse constante jusqu'à un angle d'élévation de 22°. Le faisceau d'exploration ensuite effectue un retour en arrière de 1,2° (une largeur de faisceau) et explore vers le bas à une 30 vitesse constante plus faible jusqu'à une élévation de 12° à la suite de quoi il revient en arrière à nouveau d'une largeur de faisceau de 1,2° et explore à une troisième vitesse constante plus faible entre 13,2° et 6°. A ce stade, il revient à nouveau en arrière une fois de 1,2° et explore jusqu'à une élévation nulle, cette fois-35 ci avec un ralentissement progressif de la vitesse d'exploration jusqu'à ce que le faisceau soit maintenu constant à une élévation nulle pendant une période égale à la moitié de la largeur du temps d'exploration du faisceau pour la vitesse d'exploration la plus faible. 40 Le radar de la figure 2 comprend également des moyens 72 15377 8. 2135200 dans le générateur d'impulsions d'émission TG commandé par l'agencement d'exploration ST (comme indiqué de façon schématique dans le dessin) pour produire une variation dans la fréquence de répétition d'impulsions pour chacun des quatre secteurs de balayage, explorés 5 à une vitesse différente. L'information sur ce changement de la fréquence de répétition d'impulsions est également appliquée à des moyens de traitement (non représentés). Les périodes de fréquence de répétition d'impulsions associées aux différentes distances d'exploration sont représentées dans la figure J>. Egalement dans cette 10 figure, on représente les périodes de temps a, b, c et d durant lesquelles les signaux sont émis mais durant lesquelles le traitement du signal est ou peut être arrêté de sorte que la pureté souhaitée du spectre de la forme d'onde émise est obtenue, ces périodes correspondant à la largeur initiale du faisceau d'exploration et aux 15 périodes d'exploration en arrière. En utilisant une exploration non-linéaire il est possible de réduire sensiblement le temps d'exploration par comparaison avec un radar émetteur-récepteur à exploration dans l'impulsion, orthogonal, équivalent, utilisant un balayage linéaire du faisceau trans-20 mis sans provoquer une dégradation matérielle de l'information reçue. Une exploration non-linéaire est possible pour deux raisons : premièrement la distance requise pour des hauteurs importantes est inférieure à celle pour une hauteur nulle et également les effets de "bourrage" sérieux se produisent pour les hauteurs faibles. En 25 conséquence, le temps mort pour les hauteurs supérieures n'a pas besoin d'être aussi long que pour les niveaux inférieurs pour obtenir un rapport signal/bruit convenable à la sortie du filtre M.T.I. En permettant au temps mort de l'antenne d'être plus grand pour la hauteur la plus faible, on obtient une sensibilité maximum en dépensant 30 plus de puissance à la recherche du but à ce niveau faible qu'aux niveaux de hauteurs importantes. Egalement des impulsions suffisantes peuvent être utilisées pour obtenir un rétrécissement convenable des réponses spectrales de "bourrage" et de là une suppression convenable de celui-ci. La suppression du bruit ou "bourrage" est 35 également favorisée en faisant débuter l'exploration à partir de l'angle d'élévation le plus grand car, avant que le faisceau principal atteigne les angles d'élévation faibles où le "bourrage" maximum se produit, les buts provoquant le "bourrage" pour ces angles auront été progressivement illuminés à partir du niveau du lobe la-40 téral le plus faible jusqu'à la pointe du faisceau émis. Ceci si- 72 15377 9. 2135200 gnifie que les buts pour les angles d'élévation inférieurs seront explorés par un très grand nombre d'impulsions tout au long de l'exploration depuis la position supérieure jusqu'à la position inférieure de sorte que la réponse spectrale des échos sera limitée 5 comme désiré. L'exploration peut être effectuée depuis les angles d'élévation faibles vers les angles d'élévation importants et dans ce cas, pour obtenir une suppression convenable du "bourrage", le faisceau devrait être maintenu au niveau le plus faible pendant une pé-10 riode initiale, égale au temps mort du faisceau pour la vitesse d'exploration la plus faible, avant les opérations d'exploration et de traitement réelles. Ceci augmenterait le temps total d'exploration sans produire d'avantages matériels. Puisque les exigences de distance sont réduites avec l'aug-15 mentation de l'angle d'élévation, il est possible d'utiliser une période de fréquence de répétition d'impulsions qui soit inférieure pour ces élévations sans qu'il en résulte un risque de détermination de distance ambiguë. Il existe également un avantage supplémentaire du fait qu'en utilisant une fréquence de répétition d'impulsions 20 supérieures, les buts pour les hauteurs plus importantes seront illuminés par un nombre d'impulsions correspondant plus grand que si une fréquence de répétition d'impulsions constante était utilisée tout au cours de l'exploration. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de 25 réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 72 15377 10. 2135200 REVENDICATIONS 1 - Radar à exploration dans l'impulsion, comprenant un agencement d'antennes émettrices ayant un faisceau de rayonnement en forme d'éventail caractérisé en ce qu'il comprend des moyens 5 pour amener ce faisceau à effectuer une exploration en hauteur de telle sorte que cette exploration en hauteur présente une relation vitesse/hauteur non linéaire, le faisceau de l'antenne se déplaçant plus lentement pour les hauteurs faibles que pour les hauteurs importantes . 10 2 - Radar à exploration dans l'impulsion selon la revendi cation 1, caractérisé en ce que la fréquence de répétition d'impulsions des impulsions émises est modifiée pour différents secteurs de hauteurs, les fréquences de répétition les plus élevées étant utilisées pour les secteurs de hauteur les plus élevés. 15 3 - Radar à exploration dans l'impulsion selon la reven dication 2, caractérisé en ce que l'exploration par l'antenne effectue un retour en arrière d'une largeur de faisceau pour chaque changement de fréquence de répétition "d'impulsionset les signaux reçus durant ces largeurs de faisceau par suite de l'exploration 20 à la nouvelle fréquence de répétition d'impulsions«ont ignorés par l'équipement de traitement utilisé dans le radar. 4 - Radar à exploration dans 1'impulsion selon la revendication 2, caractérisé en ce que la charge Gaussienne de la sensibilité du récepteur peut être utilisée pour chaque changement de 25 fréquence de répétition d'impulsions sans qu'il existe de retour en arrière de l'exploration.. 5 - Radar à exploration dans l'impulsion selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'au moins une partie de l'exploration est effectuée à des vitesses constantes dif- 30 férentes sur différentes gammes de hauteur. 6 - Radar à exploration dans l'impulsion selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'exploration en hauteur débute au niveau de hauteur souhaitée le plus élevé et progresse vers le niveau de hauteur le plus faible afin de minimiser 35 la période d'attente nécessaire pour établir la pureté speetrale souhaitée de la forme d'onde émise.