Brevet FR2125166A1 — publié le 19720929

La présente invention concerne un circuit d'ébasage de signaux video fréquence dont l'application est plus particulièrement en sagée pour la réception radar afin d'obtenir une réception à taux de fausse alarme constant (abréviation T.F.A.C. ou, C.F.A.R. "Constant False Alarm Receiver"). Dans un radar, qu'il soit à corrélation ou à filtre adapté, Le bruit accompagnant le signal utile à la sortie est sujet à des s3- nations de niveau pour de nombreuses raisons et, en particulier, en fonction du niveau du brouillage reçu. Ce brouillage peut être involontaire et dû par exemple à des échos fixes ou aux intempéries ou, au contraire, être provoqué volontairement par des dispositifs de contre-mesure, ou brouilleurs proprement dit. L'extracteur placé en aval du radar peut être constitué par un visualisateur à tube à rayons cathodiques ou par un extracteur arithmétique; dans l'un ou l'autre cas il se trouve influencé par les variations de niveau de bruit qui ont pour effet de faire varier défavorablement la probabilité de fausse alarme. Si le niveau de bruit subit des variations lentes il est toujours possible de ré- gler le seuil dfébasage pour maintenir sensiblement constante la probabilité de fausse alarme mais cette opération n'est plus envi- sageable en présence de variations rapides telles celles dues à des brouilleurs. Afin d'y remédier, on utilise un récepteur du type T.F.A.C. les techniques utilisées sont variées et procèdent généralement par discrimination d'amplitude ou de phase, mettant en oeuvre, par exemple, des amplifications logarithmiques ou des limiteurs. Le contrôle de la sensibilité du radar peut s'effectuer en analogique ou en digital selon la solution adoptée. Un but de la présente invention est la réalisation d'un ré- cepteur radar Doppler à impulsions fonctionnant à tans de fausse alarme constant. Lescaractéristiques et avantages de l'invention apparattront dans la description quisuit donnée à titre d'exemple non limitatif à l'aide des figures annexées représentant t - la figure 1, un schéma simplifié, d'un circuit d'ébasage conforme à l'invention; - la figure 2, un schéma dtun exemple de réalisation d'un cir- cuit générateur de seuil asservi; - la figure 3, un schéma dune application de l'invention à un récepteur radar Doppler à impulsion effectuant la sélection distance; - la figure 4, des courbes relatives au fonctionnement n TFAC dans le cadre de l'application de la figure 3; - la figure 5, un schéma d'une application de l'invention à un récepteur radar Doppler à impulsion effectuant la sélection distance-Doppler;; - la figure 6, une représentation matricielle de l'échanti@ lonnage temporel et spectral effectué dans le cas d'un récepteur radar selon la figure 5; - la figure 7, un schéma d'une variante de réalisation du @@ cuit éliminateur de la composante continue de bruit. Le principe de fontionnement d'un circuit d'ébasage confort à l'invention est illustré sur le schéma simplifié de la figure ,. Le signal video fréquence SV appliqué à l'entrée du circuit d'ébasage est considéré périodique et échantillonné temporellement au cours de chaque période. Un signal video de ce type est délit par un système radar Doppler à impulsion dont le récepteur compo ine pluralité n de voies distance, chaque échantillon de durée X correspondan au signal video d'une voie distance considérée n durant la période TR de réception en cours.Un signal utile présent dans une -oIe distance sty manifeste généralement au cours d'un nombre important de cycles consécutifs dont la durée totale équi@@ à celle d'illumination de la cible correspondante par le radar récepteur radar ou un dispositif de traitement équivalent est sy@ bolisé par le bloc R; le signal video SV est prélevé, avant ébasage, en sortie de voie distance et après détection et filtrage (ou post- intégration c'est-à-dire intégration après détection). En l'abse@@e de signal utile, le niveau d'un échantillon considéré reflète dans le temps au cours de périodes successives, la variation du niveau de bruit à l'intérieur de cet échantillon.En présence d'un signal utile superposé au bruit, il s'y ajoute un accroissement du nive@@ apporté par le signal utile. Le signal video SV est appliqué à un comparateur à seuil 1 (ou ébaseur proprement dit). Belon la pratique courante, un seuil 51 fixe ou réglable par l'opérateur peut être appliqué au comparateur I pour assurer un fonctionnement dit " normal " avec un taux de fausse alarme donné.Pour remédier aux effets parasites rapides ct violents dus notamment à des dispositifs de contre-mesure, tels de@ brouilleurs continus affectant toutes les voies distances d'un radar, il est produit, suivant l'invention, un seuil 52 asservi aux varia- tions de niveau du signal video SV de façon à compenser l'accroi@@ sement du niveau moyen de bruit et assurer, en dépit de ces perturbations, un fonctionnement à taux de fausse alarme constant. Le seuil asservi S2 est élaboré dans un circuit générateur 2 recevant le signal video SV. Le seuil asservi S2 est produit par l'intermédiaire d'un seuil auxiliaire auquel est comparé le signal 3V,à l'entrée d'un circuit comparateur 3. Ce seuil auxiliaire est intentionnellement choisi de niveau très réduit comparativement au seuil asservi, il est référencé S2/K. Le nombre K correspond au rapport entre les niveaux de ces seuils respectifs, Ainsi, le taux de fausse alarme est rendu très élevé lors de la comparaison des signaux SV et S2/K. Le circuit d'asservissement@ 4 élabore à partir du signal de sortie du comparateur 3 le signal de seuil auxiliaire utilisé dans la boucle asservissement. Il permet d'obtenir un taux de fausse alarme élevé et de valeur déterminée par action sur le niveau du seuil auxiliaire S2/K.La valeur de ce ta@x dit " auxiliaire " est préalablement fixée , conjointement avec le rapport K, pour obtenir un seuil S2 déterminant au niveau du comparateur 1 le taux de fausse alarme très faible désiré pour l'exploitation et qui peut* par exemple, être compris entre lOZ4 et 10-6. La valeur élevée du taux auxiliaire permet par ailleurs une stabilisation rapide du circuit générateur 2 et une fiabilité élevée du circuit d'ébasage. Ces qualités sont impératives pour assurer un fonctionnement du type T.F.A.C. Le taux de fausse alarme auxiliaire peut être désigné par N lO m signifiant que, après action de l'asservissement, le nombre de dépassements du signal SV par rapport au seuil S2/K est en moyenne égal à N pour une durée de 10m échantillons. En conséquence, le circuit d'asservissement est déterminé pour produire une variation du seuil auxiliaire S2/K proportionnelle et de signe correspondant à l'écart existant entre le taux de fausse alarme présent entre SV et S2/K par rapport au taux de fausse alarme auxiliaire fi@@. Le circuit dtasservissement 4 présente une constante de temps déterminée de manière à assurer la stabilité du fonctionnement tout en autorisant une grande rapidité de réponse. La valeur de cette constante de temps est choisie d'une part, suffisamment élevée comparativement à la durée probable du comptage d'une fausse alarme, soit 10m . 2, d'autre part, suffisamment faible comparée à la durée prévisible de présence d'un signal utile dans le signal video SV.Des conditions peuvent titre satisfaites aisément compte tenu de la valeur élevée envisageable pour le taux de fausse alarme auxiliaire. Â titre d'exemple, c@ taux peut être choisi dans la gamme 0,1 à 0,5. Un exemple de réalisation d'un dispositif générateur de seuil asservi conforme à l'invention se trouve représenté sur la figure 2. La sortie du circuit comparateur 3 commande un circuit de commutation 5 à deux positions et qui se trouve interposé entre un condensateur 6 et un circuit de charge 7a ou de décharge 7b. Lorsque le signal video SV est supérieur à celui du seuil auxiliaire S2/K, le circuit de commutation branche le circuit de charge 7a aux bornes du condensateur. tans le cas inverse, c'est le circuit de décharge 7b qui se trouve branché Les circuits 7a et 7b peuvent être réalisés de manière à obtenir un courant constant de charge et de décharge. Dans ces conditions, la variation de charge AV aux bornes du c: densateur, donnée par la relation connue #V = +, est proportionnelle au temps t de charge (ou de décharge) correspondant. Un échantillon de durée #t = TnR introduit un increment de variation V.L'amplitude respective des increments tV du signe positif et négatif est dans le rapport des courants constants de charge et de décharge dont les valeurs sont déterminées en fonction du taux de fausse alarme auxi- liaire envisagé. Les circuits en aval du condensateur 6 comportent un amplificateur 8@ un filtre 9, tel une cellule RC de constante de temps déterminée, et un circuit séparateur 10. Le seuil auxiliaire S2/K peut être prélevé au moyen dtun pont diviseur 11 en sortie du circuit séparateur 10 délivrant le seuil d' ébasage S2 ou, comme indique en pointillé, directement en sortie du circuit séparateur, un amplificateur 12 étant prévu pour produire le seuil d'ébasage 32. La période de réception du signal video SV est en général supérieure à la durée TR de réception.Dans le cas d'un système radar notamment, un intervalle de temps est réservé à la durée de l'impulsion émission et par ailleurs, la durée TR peut éventuellement être fractionnée. La charge du condensateur 6 doit être conservée constante en dehors des instants de réception des moyens d'isolement sont prévus et figurés par un com mutateu- 13 interposé entre le circuit commutateur 5 et le condensa- teur 6, Le commutateur 13 est commandé par un circuit de synchronisation annexe non figuré et se trouve à l'état fermé uniquement durant les instants de réception du signal video SV. L'invention s'applique avantageusement à des systèmes radar Doppler à impulsion, le signal SV étant prélevé, avant ébasage, en sortie de chaque canal de sélection distance ou distance - Doppler, selon le cas. Un premier exemple d'application de ce type est représenté sur la figure 3. La chatte réception est considérée au niveau d'un cir- cuit détecteur cohérent 21 recevant e signal de réception en 22 et un signal de référence en 23; la sortie 24 Au détecteur cohérent. alimente en parallèle un nombre n de v@@es distances supposées @den- tiques par souci de simplification. Chaque voie de distance comporte, tel que représenté pour la voie 1 un circuit porte distance 251 1' entrée puis, un circuit de filtrage 26-1 remettant l'élimination des échos fixes et la sélection de la bande de fréquences Doppler utile, un circuit 27-1 de détection et post-intégration (intégration après détection). Les circuits d'ébasage 30 comportent un circuit de compo raison à seuil 28 affecté successivement aux différentes voies distance et un circuit 2 générateur de seuil asservi S2 du type décrit précédemment.Le signal video SV est constitué successivement dans le temps, au cours de chaque durée de réception répétée à la récur rence radar, par le signal de sortie des différentes voies distance En conséquence, les différentes sorties de voies distance sont raccordées respectivement à un deuxième @ircuit porte 29-1,... 29-k,... 29-n. Les n sorties de ces circuits porte sont connectés à l'entrée du circuit générateur 2. Chaque circuit porte de sortie, tel 29-k, est commandé en synchronisme avec le circuit porte correspondant d'entrée 25k. L'ensemble d'ébasage 30 comporte un commuta- teur 31 à deux positions, lune pour le fonctionnement i normal avec seuil S1 fixe ou règlable, l'autre pour le fonctionnement TFAC " avec seuil asservi S2. En fonctionnement " normal ", le niveau moyen du bruit SL1 - indiqué sur la figure 4 est sensiblement constant. La sortie de chaque voie distance présente approximativement ce niveau en l'absence de signal utile. L'écart par rapport à S31 est dû notamment en ce que les différentes voies du récepteur ne peuvent être techniquement parfaitement identiques. Un signal utile superposé au bruit est considéré dans l'une des voies Dk et se trouve détecté après ébasage par comparaison au seul S1 figuré. La récurrence radar To représentée comporte un intervalle TE réservé à l'impulsion d'émis- sion, n intervalles de réception correspondant aux n voies distances et, un intervalle passif réservé entre la fin de réception de durée TR et le début de la récurrence suivante. En présence d'un brouilleur continu couvrant la bande de fréquence de récepteur (ou une partie de cette bande), le niveau du signal video subit une variation rapide et importante affectant les différentes voies distance. Le dépassement du seuil Si fat perdre l'information utile. En fonctionnement " TFAC " le circuit générateur en 2 assure un calage rapide du seuil T/fonction de la nouvelle valeur moyenne SB2 du brui a vérieur augmenté de celui du brouilleur. Le seuil asservi S2 permet dès lors - nouveau la détection du signal utile de la voie Dk.Le temps de réponse de l'asservissement est choisi suffisamment rapide et peut etre constitué par un nombre réduit de périodes go comparativement au nombre de périodes incluses dans la durée d'illumination d'une cible par le radar. Le bruit Gaussien à l'entrée du récepteur suit une loi de Railey après détection, les fluctuations sont proportionnelles à sa valeur moyenne comme représenté sur les courbes de la figure 4. L'application suivante concernée par le schéma figure 5 se rapporte à un système radar Doppler à impulsion dans lequel chacune des n voies distance est subdivisée en p canaux Doppler. Cette technique, connue, permet d'échantillonner le spectre Doppler utile en sortie du filtre rejecteur d'échos fuses en p bandes élémentaires de largeur cor@@spondant à la résolution Doppler envisagée. La sortie de chaqu@ filtre rejecteur tel 26-k (figure 3) alimente, à cet effet, en palallèle p canaux comportant chacun à l'entrée un filtre sélectif centré sur la fréquence Doppler centrale Fdj de l'échan- tillon spectral d'ordre y correspondant. Le filtre sélectif peut être raccordé par sa sortie, comme précédemment, à des circuits de détection et post-intégration.De manière simplifiée, les différents canaux distance D1 à Dn sont représentés chacun par un bloc à p sorties repérées V1 à Vp, une sortie Vj identifiant le canal Doppler dont le filtre est centré sur la fréquence Doppler centrale Pdj de l'échantillon spectral de rang j, ou filtre vitesse Vj, Vj étant la vitesse radiale correspondant à dj. Chaque sortie est connectée à un circuit porte commandé an sy rohronisme avec celui d'entrée du canal distance considéré. l'ensemble des p circuits porte en sorties de chaque canal distance est par simplification représenté sous forme d'un ensemble, tel 40-k. Les n x p sorties corresp nlent à la distribution matricielle représentée sur la figure 6.Alors que le système précédent ne permettait d'exploiter que la distribution temporelle des signaux, il est maintenant possible d'exploiter conjointement la distribution spectrale des fréquences Doppler. Les so@ties de porte correspondant à un mbme canal Doppler tel Vj sont regroupées pour les n voies distances de manière à former une seule sortie Aj. Le nombre des sorties est ainsi réduit finalement dans le rapport n et correspond au nombre p de filtres vitesse. Chacune d'elle peut être raccordée comme dans le cas de la figure 3, à un générateur de seuil asservi et à un circuit comparateur. Ceci correspond à raccorder respectivement les sorties repérées Ai, Aj,... Ap, . aux points B1, ... Bj, ... Bp. Le bloc 44 symbolise l'ensemble d'exploitation; extracteur ou visualisateur, en aval des circuits comparateurs 43-1 à 43-p. Selon l'invention, ce raccordement s'effectue par l'intermédiaire d'un circuit éliminent la composante continue due au bruit et groupant , un sommateur 41 et p circuits amplificateurs différentiels 42-1 à 42-p. Les sorties A1 à Ap sont respectivement connectées aux p entrées du sommateur 41. Le signal apparaissant sur chacune des entrées comporte du bruit identifie par SB + sB, S3 étant la composante moyenne continue et sB l'écart quadratique par rapport au niveau SB en fluctuation. La présence d'un signal utile superposé au bruit sur une entrée considérée est identifié par un accroissement de niveau E. Soit un signal utile présent dans la voie distance Dk et dans le canal Doppler Vj (figure 6).Lors de la fermeture du circuit porte 40-k l'entrée Aj reçoit un signal E + SB + sB et les autres entrées un signal SB + sB du bruit. Le signal en sortie du sommateur 41 a pour valeur @/p en ce qui concerne le signal utile et SB + 0 en ce qui concerne le bruit. Le signal de sortie du sommateur est appliqué simultanément aux p amplificateurs différentiels raccordés respectivement par leur autre entrée en A1,... Aj,... Ap. Le signal de sortie de l'amplificateur différentiel 42-1 correspondant à la sélection distance-Doppler considérée est constitué par (p-1) E pour le signal utile et, sensiblement, par s3 (1 + 1)pour p 2p le bruit. La faible perte occasionnée sur le rapport signal sur bruit, de l'ordre de p (1+1 ) est largement compensé par les avan p-1 2p tages résultant de l'echantillonnage du spectre Doppler et l'élimS- nation de la composante continue du bruit. Les circuits générateurs de seuil fonctionnent directement au niveau des fluctuations de bruit. La protection envers des perturbations tels des échos fixes ponctuels, des échos de mer, des brouilleurs synchrones ou du type monochromatique est accrue. Une variante de réalisation du circuit sommateur représentée sur la figure 7 permet de réduire notablement la perte de sensibilité précitée, par exemple, de 1,2 dB à 0,1 dB dans une réalisation comportant 8 filtres vitesse, Selon cette variante chaque entrée comporte un pont diviseur R1,R2 dont le point milieu est raccordé par l'intermédiaire d'une diode à la sortie du sommateur0 Ce dernier est constitué par un amplificateur opérationnel de gain + le Le signal utile est écrêté par la diode correspondante, son amplitude kE en sortie est égale à Vd (R1 + R2), Vd étant la tension apparaissant (p-1) R2 aux bornes de la diode. REVENDICATIONS 1. Circuit d'ébasage de signaux video fonctionnant par variation du niveau du seuil d'ébasage en fonction du niveau du signal video appliqué pour l'obtention d'un taux-de fausse alarme déterminé, ledit signal video étant périodique et échantialonné temporellement tel, celui obtenu en sortie des voies distances d1un système radar à impulsion, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de seuil asservi (2) groupant un circuit comparateur ()) en série avec un circuit d'asservissement l4), ledit comparateur recevant sur une première entrée le signal video (3V) et sur une seconde entrée un signal de seuil auxiliaire (S2/K), ledit circuit d'asservissement délivrant le seuil asservi (S2) destiné à ltébasage ainsi qu'unie fraction de ce dernier constituant ledit seuil auxiliaire, et assurant, en sortie dudit comparateur un taux de fausse alarme de valeur constante déterminée par variation de niveau du seuil auxiliamrep ladite fraction (-r-) étant déterminée pour obtenir consécutivement la valeur du taux de fausse alarme envisagée pour l'exploitation. 2. Circuit d'ébasage selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit d'asservissement est déterminé pour stabiliser le taux de fausse alarme du au seuil auxiliaire à une valeur très élevée, choisie avantageusement entre 0,1 et 0,5. 3. Circuit d'ébasage selon la revendication i ou 2, caractérisé en ce que la sortie dudit comparateur commande un circuit de commutation (5) à deux positions, connectant respectivement aux bornes d'un condensateur (6), un circuit de charge (7a) à courant constant sur une première position, un circuit de décharge (7b) à courant constant sur la seconde position, selon que le niveau du signal video est supérieur ou inférieur au seuil auxiliaire, la tension aux bornes dudit condensateur étant appliquée à un circuit de filtrage (9) de constante de temps déterminée, la sortie dudit filtre étant utilisée pour produire ledit seuil auxiliaire. 4. Circuit d'ébasage selon l'une des revendications 1, ou 2, ou 3, appliqué à un système radar Doppler à impulsions équipé d'une pluralité n de voies distance (D1 à Dn) comportant respectivement un circuit porte d'entrée (25-k), caractérisé en ce que la sortie de chaque voie distance (Dk), considérée avant ébasage, est appliqué à un circuit porte (29-k) commandé en synchronisme avec celui d'entrée de la voie distance considérée, les n sorties desdits circuits porte étant regroupées en une seule sortie appliquée, simultanément, à un générateur de seuil asservi (2) et à une entrée dssun circuit comparateur (28), lequel reçoit par sa seconde entrée, en fonctionnement "T.F.A.C.", ledit seuil asservi (52). 5. Circuit d'ébasage selon la revendication 4, appliqué à un système radar à impulsions dans lequel chaque voie distance est subdivisée en p canaux Doppler (V1 à Vp)., caractérisé en ce que la sortie de chaque voie de sélection distance-Doppler (Dk, Vj) est connectée à un circuit porte commandé en synchronisme avec icelui d'entrée de la voie distance considérée (Dk), les sorties desdits circuits porte relatives à un même canal Doppler étant réunies en une seule sortie, les p sorties (Ai,.. Aj,.. Ap) ainsi obtenues étant appliquées, respectivement, à autant d'ensembles groupant un générateur de seuil asservi (2-j) et un comparateur à seuil (43-j). 6. Circuit d'ébasage selon la revendication 5, caractérisé en ce que un dispositif éliminateur de la composante continue due au bruit est interposé entre lesdites p sorties (A1 à Ap) et lesdits ensembles, ledit dispositif comportant, un circuit sommateur (41) raccordé ; p entrées auxdites p sorties et délivrant la valeur moyenne des p signaux video appliqués, et p amplificateurs différentiels (42-1 à 42-p) connectés par une première entrée respectivement auxdites p sorties et par une seconde entrée en sortie dudit sommateur, la sortie de chacun desdits amplificateurs diffé Tentiels étant connectée à l'un desdits ensembles. 7. Circuit d'ébasage selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit circuit sommateur comporte sur chaque entrée un pont d'impédance diviseur (R1, R2) dont le point milieu est connecté à une diode d'écrêtage connectée par son autre extrémité en sortie dudit sommateur@