Brevet FR2108814A1 — publié le 19720526

La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux ■ | |balises' répondeuses utilisées en relation avec un radar Doppler cohérent à ; i : impulsions. ! | i L'exploitation d'un radar mobile de surveillance du sol nécessite la j 5 connaissance de la position géographique du radar avec plus ou moins de pré-! cision suivant la mission qui lui est assignée» Ainsi, la détection des objectifs rapides tels que des avions volant à basse altitude nécessite moins i ; ; de précision que la détection des objectifs lents tels, que des piétons ou des f i _ i véhicules automobiles* La détermination du point d'implantation de l'antenne 10 radar peut se faire à l'aide de balises répondeuses disposées en des points * ! de coordonnées connues, par exemple des points géodésiques. Dans le cas où le radar est .un radar Db'ppler cohérent à impulsions dans lequel il est prévu des moyens pour éliminer les obstacles fixes, les > balises répondeuses doivent apparaître comme des obstacles mobiles. A cet 15 effet, lesdites balises répondeuses sont prévues de manière à faire varier la phase de l'onde reçue. De telles balises sont par exemple constituées | d'un réflecteur passif auquel est associé un circuit déphaseur agissant sur i l'onde reçue de manière à faire apparaître une fréquence Db'ppler à la récep-; tion par le radâr. Le déphasage obtenu par le circuit déphaseur varie par 20. exemple linéairement en fonction du temps à la manière d'une dent de scie dont la fréquence de répétition détermine la fréquence Doppler que l'on doit détecter pour ladite balise. .Le champ électrique émis par l'antenne d'un radar peut être orienté dans différentes directions qui définissent chacune une direction de polarisa-25 tion et l'on dit que l'antenne est en polarisation verticale lorsque le plan contenant la direction de propagation des ondes et le vecteur champ électrique : est un plan vertical. Une antenne prévue pour émettre suivant une certaine polarisation ne peut recevoir sans atténuation qu'un signal électromagnétique ayant la même 30 polarisation. En conséquence, lorsqu'on utilise une balise répondeuse, celle-ci doit être adaptée à la direction de polarisation de l'antenne radar ; or, dans certains radars, on effectue parfois des changements de polarisation en cours de fonctionnement de sorte que la balise répondeuse n'est plus adaptée. Il en est par exemple ainsi lorsque le mode opératoire du radar prévoit le passage 35 d'une polarisation rectiligne à une polarisation circulaire pour éliminer les échos- de pluie. L'objet de la présente invention est donc une balise répondeuse pour radar Db'ppler cohérent à impulsions qui soit adaptée à toutes les polarisations. 70 36372 2 2108814 ' Une balise répondeuse pour radars Doppler cohérents à impulsions comprend une antenne constituée de deux réseaux de sources rayonnantes pouvant émettre des ondes électromagnétiques ayant des polarisations perpendiculaires entre elles, quatre coupleurs directifs disposés deux à deux 5 sur la sortie de chaque réseau, deux circuits de détection, d'amplification et de seuil associés chacun à un coupleur directif de chaque réseau, une jonction hybride connectée aux deux autres coupleurs directifs, deux circuits de détection, d'amplification et de seuil disposés sur les sorties i de la jonction hybride, un circuit logique recevant les signaux de sortie 10 des circuits de détection, d'amplification et de seuil, deux circuits déphaseurs hyperfréquence disposés chacun sur les sorties des réseaux, un circuit de commande des circuits déphaseurs permettant de faire varier linéairement les déphasages introduits par lesdits circuits déphaseurs. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention 15 apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple particulier de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels : La figure 1 représente le schéma synoptique d'une balise répondeuse ; La figure 2 représente le schéma synoptique de la balise répondeuse 20 objet de la présente invention ; La figure 3 représente un exemple préféré de réalisation de l'antenne de la balise ; Les figures 4.a et 4.b représentent les positions respectives dans le temps des tensions en dent de scie fournis par les générateurs 22 et 23 .25 dans le cas des polarisations circulaires. Avant de décrire l'invention, on rappellera succinctement le principe de fonctionnement des systèmes de détection électromagnétique des obstacles mobiles qui permettent de déceler les obstacles mobiles en présence d'obstacles fixes en mettant à profit l'effet Db'ppler. Dans le cas particulier 30 de systèmes de détection électromagnétique fonctionnant par impulsions, on met à profit les variations du déphasage entre l'onde émise et l'onde reçue, d'une période de répétition à la suivante, qui affectent les ondes reçues après réflexion sur des obstacles mobiles. A cet effet, à chaque période de répétition, on conserve la mémoire de la phase de l'onde émise et on 35 la compare avec celle de l'onde reçue. Ce déphasage est constant d'une période de répétition à la suivante pour les ondes reçues après réflexion sur des obstacles fixes, alors qu'il varie linéairement en fonction du temps dans le cas d'ondes reçues après réflexion sur un obstacle se déplaçant avec une vitesse radiale constante non nulle par rapport à l'antenne. Si on applique 40 à un détecteur de phase, d'une part, le signal de référence qui, à chaque 70 36372 3 2108814 période de répétition, conserve la mémoire de la phase de l'onde émise et, d'autre part, le signal reçu après réflexion sur un obstacle fixe ou mobile, on obtient pour des signaux reçus après réflexion sur des obstacles fixes des impulsions d'amplitude constante et pour des signaux reçus après réflexion 5 sur des obstacles mobiles des impulsions dont l'amplitude varie sinusoïdalenent à une fréquence fd, généralement appelée fréquence Doppler, et qui est liée à la vitesse radiale v et à la longueur d'onde d'émission A du système par la formule fd = —. Des balises répondeuses du type de celle de la figure 1 sont connues. 10 Elles comprennent une antenne 1, un coupleur directif 2 qui envoie une faible partie de l'énergie reçue vers un circuit 3 de détection, d'amplification et de seuil, un circuit déphaseur 4 à commande électronique terminé par un court-circuit 6 qui réfléchit l'onde incidente, un générateur 5 dont le signal de sortie commande le circuit déphaseur 4, Gomme on l'a vu précédemment, le 15 déphasage des ondes reçues après réflexion sur un obstacle mobile varie linéairement en fonction du temps ; en conséquence, pour que la balise paraisse mobile, le déphasage introduit par le déphaseur 4 doit également varier linéairement en fonction du temps. Ainsi, le signal fourni par le générateur 5 sera un signal en dent de scie provoquant un déphasage variant linéairement 20 entre 0 et Tt radians et la fréquence de répétition de cette dent de scie sera alors celle de la fréquence Db'ppler que l'on veut obtenir pour cette balise. On remarquera que cette fréquence DSppler de la balise constitue un moyen d'identifier ladite balise. On remarquera également que, par suite de la présence du court-circuit 6, le signal reçu traverse deux fois le circuit 25 • déphaseui; ce qui réduit dans un rapport deux le déphasage maximum 211 radians qui devrait être introduit par le déphaseur. Le générateur 5 ne fonctionne que si le signal de sortie du circuit 3 est supérieur au seuil, c'est-à-dire, si la balise reçoit des impulsions qui correspondent à ses caractéristiques. Ce mode de fonctionnement permet 30 de limiter la consommation électrique^ ce qui augmente la durée d'autonomie de la balise. La figure 2 donne le schéma synoptique d'une balise répondeuse présentant des caractéristiques de la présente invention. Cette balise comporte un plan rayonnant ou antenne plate 7 constituée de deux réseaux imbriqués 35 de sources rayonnantes, quatre coupleurs directifs 8, 9, 10 et 11 identiques au coupleur directif 2 de la figure 1, des circuits 12, 13, 14 et 15 de détection, d'amplification et de seuil identiques au circuit 3 de la figure 1, une jonction hybride 20, des circuits déphaseurs 16 et 17 fermés sur les courts-circuits 18 et 19, le/sdits déphaseurs étant identiques au déphaseur 4 70 36372 2108814 de la figure 1, un circuit logique 21, deux générateurs 22 et 23 de tension en dent de scie identiques au générateur 5 de la figure 1, un circuit de commande 25 desdits générateurs 22 et 23. L'antenne 7 est constituée de deux réseaux imbriqués de sources rayon-5 nantes, lesdits réseaux pouvant émettre des ondes à polarisation rectiligne dont les orientations sont perpendiculaires entre elles et par exemple orientées à 45° de part et d'autre de la verticale. La figure 3 donne un exemple particulier de réalisation de l'antenne 7 de la figure 2. Elle comporte une série de guides d'onde juxtaposés G1 à G6 et G-l à G-6, chaque guide d'onde comportant des élé-10 ments rayonnants constitués par exemple par des dipôles tels que ceux référencés 31 et 32 sur le guide d'onde G6. Les sources rayonnantes peuvent également être constituées par des fentes. Les dipôles d'un même guide sont prévus de manière i à émettre des champs électriques à polarisation rectiligne dans une même direc- ' tion, celle représentée par les brins du dipôle; en outre, les champs électriques 15 émis par deux guides d'onde adjacents présentent des directions de polarisation perpendiculaires entre elles. Le circuit d'alimentation de ces guides d'onde comporte une série de coupleurs référencés CO, C'O, Cl à C6 et C-l à C-6. Les éléments RI à R4 sont des charges adaptées. La borne G du coupleur C'O correspond au réseau ayant la polarisation inclinée de -45° vers la gauche par rapport à la 20 verticale et la borne D du coupleur CO correspond au réseau ayant la polarisation inclinée de +45° vers la droite par rapport à la verticale; ces deux bornes portent les mêmes références dans la figure 2. Lorsque les bornes G et D sont alimentées par des signaux en phase, le champ électrique rayonné par l'antenne a une polarisation verticale puisqu'il 25 -résulte de la combinaison, pour chaque couple de dipôles adjacents d'une même horizontale, de deux vecteurs perpendiculaires en phase. Lorsque les bornes G et D sont alimentées par des signaux en opposition de phase, le champ électrique rayonné par l'antenne a une polarisation horizontale. 30 Lorsque les bornes G et D sont alimentées par des signaux en quadra ture, le champ électrique rayonné par l'antenne a une polarisation circulaire qui peut être gauche ou droite selon le signe du déphasage entre les composantes. Réciproquement, lorsque l'antenne reçoit, par exemple, un signal électromagnétique en polarisation verticale, il apparaît des signaux en phase sur cha-35 cune des bornes G et D. De même, lorsque le signal capté par l'antenne est en polarisation horizontale, les signaux apparaissant aux bornes G et D sont en opposition de phase; ces signaux sont en quadrature de phase lorsque le signal capté est en polarisation circulaire. 70 36372 5 2108814 Pour déterminer, selon la phase des signaux apparaissant sur les bornes G et D, le type de polarisation du signal capté par l'antenne, on utilise une jonction hybride 20 qui a la propriété de fournir respectivement sur ses sorties A et B des signaux en phase ou en opposition de phase par rapport aux signaux d'entrée. Ainsi, si les signaux d'entrée sont en phase, seiile la sortie A fournit un signal ; par contre, si les signaux d'entrée Sont en opposition de phase, seule la sortie B fournit un signal, lorsque les signaux d'entrée sont en quadrature de phase, les deux sorties A et B fournissent un signal. Le tableau donne, pour chaque polarisation, la liste des sorties Hl, H2, H3 et H4 des circuits 12 à 15 qui fournissent un signal supérieur à un certain seuil choisi de manière à éliminer les signaux dus au bruit ; dans ce tableau, le chiffre 1 indique la présence d'un signal et le chiffre 0 son -absence. Types de polarisation Hl H2 H3 H4' Générateurs en fonctionnement Polarisation à + 45° 1 0 1 1 22 Polarisation à - 45® 0 1 1 1 23 Polarisation verticale 1 1 1 0 22 et 23 en synchronisme Polarisation horizontale 1 1 0 1 22 et 23 en synchronisme Polarisation circulaire 1 1 1 1 22 et 23 en décalé Le circuit logique 21 réalise sur les signaux des sorties Hl à H4 les fonctions logiques dont la table de vérité est donnée par le tableau. Ces fonctions sont au nombre de cinq de sorte que le circuit 21 comporte cinq conducteurs de sortie qui sont connectés au circuit de commande 24. Ce circuit de commande 24 peut, à titre d'exemple, être constitué de deux générateurs identiques 22 et 23 de dent de scie associés chacun à un circuit déphaseur, lesdits générateurs étant à l'arrêt en l'absence de signaux sur les cinq conducteurs de sortie du circuit 21. Le tableau donne également les générateurs qui fonctionnent selon le type de polarisation reçue ainsi que leur phase relative de fonctionnement. Dans les cas de polarisation à +45° et - 45®, seuls l'un des déphaseurs et le générateur associé fonctionnent, c'est-à-dire selon les 70 36372 6 2108814 conventions de départ, le circuit déphaseur 17 pour une polarisation à - 45®. Dans le cas de polarisation verticale ou horizontale, les deux circuits introduisent des déphasages égaux de manière que les composantes du signal reçu soient réémises avec la même phase relative, c'est-à-dire 5 en phase dans le cas de la polarisation verticale ou en opposition de phase dans le cas de la polarisation horizontale. , Dans le cas de la polarisation circulaire droite ou gauche, les deux circuits déphaseurs introduisent des déphasages décalés de Tt radians. En effet, si les circuits déphaseurs introduisaient des déphasages égaux, on 10 réémettrait un signal ayant une polarisation circulaire de même sens que celle du signal reçu mais avec un sens de propagation inversé de sorte que ! pour l'antenne d'émission du radar, le signal qu'elle recevrait aurait une polarisation circulaire de sens inverse à celui pour lequel 1 dite antenne est adaptée ; en conséquence, le signal réémis par la balise ne pourrait 15 pas être capté par l'antenne du radar. Pour qu'il n'en soit pas ainsi, il faut inverser le sens de la polarisation en déphasant de Tt radians l'une quelconque des composantes par rapport à l'autre, ce qui est obtenu par le fonctionnement décalé dans le temps des générateurs de dent de scie, les positions respectives dans le temps des dents de scie sont données par les 20 diagrammes des figures 4.a et 4.b. L'invention peut être mise en oeuvre dans les balises répondeuses pour radars Db'ppler cohérents à impulsions. Bien que la présente invention ait été décrite en relation avec un exemple particulier de réalisation , il est clair qu'elle n'est pas limitée 25' audit exemple et qu'elle est susceptible d'autres variantes ou modifications sans sortir de son domaine. 70 36372 u 7: 2108814 Revendications 1. Balise répondeuse pour radars Doppler cohérents à impulsions caractérisée par une antenne constituée de deux réseaux de sources rayonnantes adaptés à émettre ou à recevoir des ondes électromagnétiques présentant des directions de polarisation perpendiculaires entre elles, par quatre coupleurs directifs 5 disposés deux à deux en série sur la sortie de chaque réseau, par une jonction hybride connectée aux sorties d'un des deux coupleurs directifs de chaque réseau, par quatre circuits de détection, d'amplification et de seuil connectés aux sorties des deux autres coupleurs directifs et aux'sorties de la jonction hybride, par un circuit logique recevant les signaux de sortie 10 desdits circuits de détection, d'amplification et de seuil, par deux circuits déphaseurs hyperfréquence disposés chacun sur une sortie d'un réseau, par un circuit de commande desdits circuits déphaseurs prévus pour faire varier linéairement les déphasages introduits à une fréquence fixée a priori. 2. Balise répondeuse pour radars Doppler cohérents à impulsions selon la reven-15 dication 1 caractérisée en ce que le circuit de commande des circuits déphaseurs est prévu de manière à ne faire fonctionner un seul circuit déphaseur lorsque le signal reçu a une polarisation identique à celle d'un réseau, à faire fonctionner en synchronisme lesdits circuits déphaseurs lorsque le signal reçu a une polarisation rectiligne différente de celle desdits réseaux, 20 à faire fonctionner en décalé lesdits circuits déphaseurs lorsque le signal reçu a une polarisation circulaire. 3. Balise répondeuse pour radars Doppler cohérents à impulsions selon les revendications 1 et 2 caractérisée en ce que les circuits déphaseurs sont à commande électronique, en ce que leur circuit de commande comporte deux généra- 25 teurs identiques de tension en dent de scie.