Brevet FR2125182A1 — publié le 19720929

L'invention, pouvant rentrer dans le domaine des émetteurs et récepteurs hertziens, concerne un dispositif à rayonnement électromagnétique dirigé pour la surveillance d'une zone étroite, appelée par la suite "couloir". Le but de l'invention est de réaliser une sorte de rideau ou de "barrière" électromagnétique, par exemple sur la périphérie d'un terrain, qu'un intrus ne pourra franchir sans être immédiatement signalé, grâce au dispositif de l'invention. On connaît déjà, par le brevet français NO 1.574.042, un système radioélectronique de surveillance, comportant un émetteur avec aérien directif et un récepteur avec aérien directif disposé pour recevoir les ondes émises par l'émetteur et des moyens pour déceler les variations du signal reçu, ledit émetteur et ledit récepteur couvrant une zone d'interaction, de telle sorte que si un intrus entre dans la zone ou s'y déplace, les moyens pour déceler les variations du signal reçu par le récepteur entrent en jeu (et déclenchent l'alarme). Ce système est déjà supérieur aux systèmes optiques à faisceaux lumineux visibles ou infra-rouges qui couvrent une zone à surveiller et donnent l'alarme lorsque le faisceau est intercepté, notamment parce que ces derniers n'offrent pas de sécurité de fonctionnement pak temps de brouillard, à cause des phénomènes d'absorption du rayonnement infrarouge par l'atmosphère. L'invention est relative à un objet plus précis et plus limité dans son étendue, à savoir la réalisation d'une "barrière"; et par ailleurs on s'est aperçu qu'avec une structure plus élaborée on pouvait retirer nombre d'avantages, qui ressortiront plus clairement de la description d'exemples de réalisation, notamment celui de pouvoir associer plusieurs barrières et de détecter commodément quelle est la barrière franchie par un intrus. De plus, il s'avère que les "barrières" établies selon l'invention permettent de protéger de très grandes longueurs de périmètre avec un prix de revient plus faible que les dispositifs concurrents comparables, tout en procurant une plus grande souplesse d'utilisation. A cet effet, dans un dispositif à rayonnement dirigé selon l'invention, destiné à la surveillance d'une zone étroite et pourvu de deux systèmes d'aériens directifs se faisant face, placés aux extrémités de la zone ainsi que de moyens sensibles à la variation d'un signal transmis par les systèmes d'aériens, l'un des systèmes d'aériens est asservi à un radar et l'autre à un organe qui en fait un répondeur modulé - ce qui signifie que le signal émis par le radar fait au moins un aller et retour - et les moyens sensibles à la variation du signal reçu se trouvent sous la dépendance du radar. Pour bien comprendre ce qu'est un répondeur modulé de radar, on peut, par exemple, se reporter au brevet fran çais NO 6 902 615 de la Demanderesse, dans lequel l'aérien directif a la forme d'un cornet. L'invention sera mieux expliquée et comprise en se reportant à la description quitva suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins parmi lesquels la figure 1 est un exemple schématique d'un mode de réalisation de l'invention, pour une barrière unique; la figure 2 illustre schématiquement le trajet des faisceaux hertziens traçant ladite barrière; la figure 3 montre schématiquement le fractionnement en tronçons d'une barrière d'assez grande longueur; et la figure 4 est le schéma général d'une installation. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention que représente par exemple la figure 1, chacun des deux systèmes d'aériens, du radar et du répondeur, est constitué par deux antennes directives superposées, par exemple des cornets, ces systèmes d'aériens étant respectivement placés aux extrémités du "couloir" à définir, qui peut avoir une longueur 1 de plusieurs kilomètres. La figure 2 fournit également la disposition matérielle des cornets, à savoir 1 et 2 pour l'aérien radar, 3 et 4 pour l'aérien répondeur. Les cornets 3 et 4 (figure 1) sont reliés entre eux par un déphaseur 5 commutable alternativement entre 0 et- de déphasage sous l'action d'un modulateur 6 oscillant sur une fréquence f caractéristique du répondeur. Ainsi les signaux émis par le système d'aériens du radar sont recueillis par les cornets 3 et 4. L'onde captée par le cornet 3 est retransmise par le cornet 4 après avoir été modulée en phase. L'onde captée par le cornet 4 est de meme retransmise par le cornet 3 après avoir été également modulée en phase. La modulation de ces deux ondes est réalisée simultanément par un modulateur bidirectionnel. De leur côté, les deux cornets 1 et 2 du radar, fonctionrant en émission/réception, comme il est bien connu dans un radar, sont rendus alternativement actifs à une fréquence F (bien supérieure à f) sous l'effet d'un comcutateur, par exemple à diodes, 7. Les signaux de battement entre les signaux émis par le radar et ceux reçus par ce dernier (il s'agit ici d'un signal de battement et non d'une détection cohérente selon les dispositifs habituels, qui est plus difficile à réaliser) sont formés dans le radar 8.On voit qu'il est utile de disposer d'une horloge 9 qui contrôle le commutateur 7 et en même temps les signaux de sortie, séparés suivant qu'il s'agit de la voie de l'antenne 1 ou de l'antenne 2, par un commutateur 10, sont dirigés sur un organe à seuil respectif 11 ou 12, débitant finalement sur une jonction "ou" 13, puis sur l'utilisation 14, par exemple un dispositif d'alarme. Sur la figure 2, on a illustré par des flèches I, Il, III, IV, le cycle de circulation des ondes hertziennes formant le rideau de protection. L'onde émise par le cornet 1 (flèche I) arrive sur le cornet 3, et repasse après modulation par le cornet 4 qul le renvoie au cornet 1; simultanément (voir II) l'onde émise par 1 est recueillie par 4 et, après modulation, elle est renvoyée par 3 au cornet 1; ces deux parcours peuvent se répéter plusieurs -fois. Dans un deuxième temps (voir III) l'onde émise par 2 est recueillie par 3, puis renvoyée après modulation par 4 à 2 et dans un quatrième parcours (IV) l'onde émise par 2 est recueillie par 4, puis renvoyée par 3 à 2; ces deux parcours peuvent se répéter plusieurs fois. ainsi qu'il a été dit, on a prévu des seuils différents dans les organes Il et 12, correspondant à des trajets respectifs correspondants. Ces seuils sont réglables en fonction des conditions locales (brouillard par exemple) pour assurer un niveau stable correspondant à un faible signal permanent, qui disparaît dès qu'un intrus s'interpose. Par ailleurs, le répondeur est modulé à une fréquence f suffisante pour créer un signal dont la fréquence se dis tingue aisément des fréquences Doler dues aux mouvements d'une cible. Il existe ainsi en permanence un signal de présence en dépit des échos du sol. L'interposition d'un obstacle dont les dimensions radioélectriques sont suffisantes par rapport à celles de la première zone de Fresnel apporte une perturbation du signal transmis qui peut être détectée par l'un ou l'autre des organes à seuil selon la position de l'intrus. La variation du niveau due à la présence d'un obstacle réfléchissant de surface équivalente 5 (m2) dépend des distances relatives de ce dernier au radar et au répondeur. Si d1 et d2 sont ces distances et A la longueur d'onde, un calcul de diffraction indique que la variation du niveau est sensiblement égale à t 1 e1 + h 1 h d2 ~ 30 # (d1 + d2) soit pour cent. s d1 d2 Cette variation est minimale pour d1 = d2 (d1 + d2 = constant). A titre d'exemple, soit = = ?m d1 + d2 = 50 m, d1 = d2 = 25 m # = 3 cm (fréquence = 10 GHz). La variation est alors de 80 pour cent. Le réglage du seuil n'est donc pas critique. On peut économiser du matériel en reliant, à un même émetteur-récepteur de radar, deux systèmes de cornets appartenant à des barrières différentes; des répondeurs peuvent aussi etre associés. C'est ce que montre la figure 3, où l'on voit qu'un poste radar 8 est associé à deux systèmes de cornets (1, 2 et 1', 2') dont on n'a représenté qu'un pour chaque système. Les répondeurs tels que 3, 4 et 3', 4' peuvent aussi être groupés. En bande X, une liaison de 250 m à 300 m était possible, la quantité de matériel nécessaire pour couvrir une distance donnée se trouve ainsi diminuée de moitié. L'invention est encore susceptible de dévelop pements comme il va être expliqué. Plusieurs répondeurs peuvent être associés à un poste de lecture commun qui permet de surveiller simultanément les différents couloirs correspondant aux répondeurs. Dans cette éventualité les répondeurs sont distingués par leur fréquence de modulation particulière, ce qui permet de savoir quelle est la barrière qui vient d'être franchie. Enfin, il est possible d'adjoindre un codage à un ou plusieurs répondeurs modulés, éventuellement pour transmettre des données. Sur la figure 4, on a représenté à titre d'exemple des possibilités de l'înventiôn, l'association d'un premier ensemble, comprenant un radar et trois répondeurs (partie de gauche de la figure) permettant de surveiller trois couloirs et d'un deuxième ensemble, comprenant un autre radar~et deux répondeurs (partie de droite) pour surveiller deux autres couloirs, les cinq couloirs en question délimitant une surface dont on veut empêcher l'accès aux intrus. De plus, dans cet exemple les informations sont aisément centralisées par le second radar du fait que les informations fournies par le premier ensemble modulent au moins un répondeur du deuxième ensemble. L'émetteur-récepteur radar de l'ensemble de gauche comprend un émetteur 2C, un duplexeur (circulateur) 21 et un mélangeur 22. Le duplexeur 21 est relié par un modulateur (O/nj-) 23 et par l'intermédiaire d'un commutateur 24 aux cornets 25 et 26, ces derniers travaillant-en liaison avec les répondeurs 27, 28, 29, dotés de fréquences de modulation relativement faibles, distinctes et respectives Fi (i = 1, 2 ou 3 dans l'exemple décrit). L'émetteur 20 émet un signal à une fréquence Fo par le système d'aériens 25, 26 et chaque répondeur renvoie, après avoir imprimé à l'onde reçue une modulation de phase 0, @, comme déjà expliqué à propos de la figure 1, à une fréquence fi (soit f1 ou f2 ou f3), un signal constitué par deux raies aux fréquences respectives de Fo + fi et i Fo - f1. o i A la réception le radar effectue le battement entre les deux raies reçues de chaque répondeur. et un signal local à la fréquence F0 . On obtient ainsi un signal à la fréquence fi, caractérisant la réponse du répondeur. L'écho du sol étant à la fréquence F le battement entre le signal local F0 et l'écho du sol donne un signal à fréquence nulle, qui peut être facilement éliminé par un récepteur à plusieurs voies accordées sur les fréquences fi. A chaque répondeur est associée une fréquence fi et, par suite, une channe d'amplification différente qui comprend - un filtre (30, 31, 32) accordé sur la frequence du répondeur associe, - un détecteur 33, 34, 35, - un amplificateur dérivateur et intégrateur 36, 37, 38 (afin de s'affranchir des variations lentes du seuil), - un circuit de seuil 59 à 44, associé à chacune des voies démultiplexées, et commandé par un commutateur 45, 46, 47, dont le signal de commande est le même que celui du commutateur d'antenne (de la même façon par exemple que sur la figure 1), - un circuit "ou" 48, 49, 50, qui délivre les signaux d'alarme. Les signaux d' alarme du premier ensemble passent dans un circuit codeur 5 qui leur donne une forme codée caractéristique dans laquelle on retrouve en particulier les fréquences f2 et 3. Le signal codé sortant du circuit 51 est appliqué comme modulation au répondeur 52 faisant partie de l'ensemble de droite. La fréquence f2 est alors utilisée pour transnmettre un signal de synchronisation et la fréquence f3 comme fréquence porteuse pour la transmission successive des informations correspondant à chacun des couloirs surveillés. On remarquera que le répondeur 53 est modulé par une fréquence f1 qui est en fait la mânie q celle du répondeur 27. Cela est sans importance, parce que dans le premier ensemble la fréquence f1 est superposée à 1 fréquence f3 servant de porteuse, tandis que, dans le deuxième ensemble, la fréquence fa est directement séparée par un filtre (30'). Le schéma du deuxième ensemble (de droite) est sensiblement le moere que celui du premier et les élé ment s correspondants ont été affectés des mêmes repères avec l'indice "prime'1; le fonctionnement est identique. Toutefois il n'y a dans cet ensemble que deux fréquences de travail f1 et f2; la fréquence f3 sert seulement de porteuse des signaux du deuxième ensemble et à cet effet un circuit de décodage 54 est inséré dans la deuxième voie et permet de sortir les signaux d'alarme. Les signaux d'alarme correspondant aux cinq différentes barrières sortent en A, B, C, D, E, comme indiqué. En pratique les deux antennes, dans ce dernier exemple de réalisation, peuvent être du type à fentes sur guide d'onde ou circuit imprimé de 20 cm de longueur environ. Les deux antennes installées sur le poteau à des hauteurs respectives de 50 cm et 1,5 m du sol, afin d'assurer une couverture basse et une couverture haute, sont utilisées al ternativement grâce à un commutateur à diodes commandé par un multivibrateur. Le diagramme de rayonnement de chacune des antennes est directif en site et ouvert en gisement afin d'assurer des liaisons sur un secteur angulaire important. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif à rayonnement dirigé, destiné à la surveillance d'une zone étroite ou "barrière" et pourvu à cet effet dc deux s-stèn.es d'aériens directifs se faisant face, placés aux extrémités de ladite zone et se transmet- tant un signal par voie hertzienne, ainsi que de moyens sensibles à la variation du signal reçu, caractérisé en ce que l'un des systèmes d'aérien est associé à un radar et l'autre à un organe qui en fait un répondeur modulé et en ce que lesdits moyens sensibles à la variation du signal reçu sont sous la dépendance du radar et forfiLent un ensemble avec lui. 2. Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce QQ le système d' aérien du répondeur est constitué par deux alternes directives supwrpesJcs et écartées d'une certaine hauteur, qui fonctionnent simultanément en émission et réception en réémettant l'énergie reçue en sens inverse dans ladite zone étroite t an ce que ces deux antennes sont reliées l'une à l'autre par un déphaseur 0-# soumis à l'action d'un modulateur ilternatif, le tout de façon que les signaux épris par l'antenne du radar soient reçus et renvoyés avec modulation de phase, par le répondeur. 5. Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que le système d'aérien du radar comprend deux antennes directives superposees et écartées d'une certaine hauteur, qui fonctionnent alternativement sous l'action d'un organe commutateur commandé par une base de temps 4. Dispositif selon revendication 1, caractérise en ce que la sortie du radar est reliée à au moins un organe à seuil, rglable suivant les conditions locales, pour recevoir en permanence un faible signal qui disparaît dès qu'un intrus s'interpose. 5. Dispositif selon revendications t et 4, prises ensemble, caractérisé an ce que chacune des antennes du radar correspond à au moins un dit organe à seuil, individuellement réglable. . Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce qu'un radar est associé à n répondeurs pour constituer autaht de barrières différentes, ces répondeurs étant pourvus de fréquences de modulations distinctes, et en ce que la sortie du radar est reliée à autant de chaines de filtrage, accordees sur ces frequences-,fournissant les signaux d'alarme. 7. Dispositif selon revendication 6, caractérisé en ce que -lesdites chaînes comprennent des organes commu- tateurs synchrones de l'organe commutateur des antennes du radar, qui alimentent des paires d'organes à seuils individuellement réglables, fournissant les signaux d'alarme. 8. Dispositif selon revendication 7, caractérisé en ce que ces signaux sont appliqués à un codeur pour influencer la modulation d'un répondeur faisant partie d'un autre dispositif analogue, dans lequel sont prévus, en outre, des moyens de décodage des signaux transmis par ledit répondeur.