Brevet FR2112538A1 — publié le 19720616

B9479 1 2112538 L'invention concerne un s> sterne di transmission électrique, composé d'un émetteur et d'un récepteur» système dans lequel il est produit, du côté émission, des impulsions dont la fréquence varie à l'intérieur d'une impulsion dans le sens 5 d'une modulation de fréquence selon une première fonction de temps prédéterminée et il est procédé, du côté réception, à une compression d'impulsions ainsi qu'à un mélange. On connaît le procédé consistant, du côté émission, à faire varier la fréquence des impulsions selon une 10 fonction de temps et, du côté réception, à procéder à une compression d'impulsions, ce qui permet de produire, à partir d'un signal relativement long à faible amplitude, un signal bref à forte amplitude. De telles dispositions ont surtout une grande importance au cas où les signaux de réception ne sont que très 13 peu supérieurs au bruit capté en même te;iips par le récepteur ou dans le cas où, du côté émission, la production d'impulsions à très grande amplitude et à très courte durée se heurte à des difficultés. De tels procédés de toapre-s'.on d ' i nspul « ions ont pris une importance particulière dans fce"h:îique du "rdar, car 20 dans ce cas la puissance d'émission ne peut pas êtrs augmentée à volonté et, du côté réception, des signaux sont stulerent disponibles pour l'exploitation en raison de l'-t réflexion sur des objets qui sont fréquemment très petits. Dans les systèmej de iransaissionj les irapul -25 sions ont un certain écart, déterminé du côté émission. Etant donné que des impulsions relativement longues sont émises dans la plupart des cas, les possibilités de choix de la fréquence de répétition des impulsions sont fortement limitées. Jans maintes circonstances, il est souhaitable d 30 l'écart, par exemple entre deux impulsions successives. Du telles considérations peuvent par exemple Joue, un rôid les flancs antérieurs de deux impulsion" très ■'jisir.s st j par suite, difficiles à séparer : dan? cas css, .-M. •ïr-ub-.-.i-iable .le séparer davantage les deux impulsions 1 ' uae Je 1 " K'.itro , /'Our ■)rj faciliter l'exploitation. Dans d'antres cas, par e:c 3i:;plrf ; o rsqu ' un dispositif d'exploitation (calculatrice) eu une vof ? de 1 mm •• mission connectée à la suite du récepteur esc disponible, ii peu» être souhaitable de rapprocher plus étroitement les impulsions qui sont largement écartées les unes des autres dans le temps. 40 Une autre difficulté, dans l'application du bad original 71 39479 2 2112538 procédé connu de compression d'impulsions avec modification en fonction du temps de la fréquence du signal d'émission, consiste en ce que le -dispositif de compression d'impulsions, par exemple une ligne à retard dépendant de la fréquence, et la fonction 5 selon laquelle la fréquence est modifiée du côté émission à l'intérieur de l'impulsion, doivent être exactement accordés mutuellement. Etant donné que, tant du côté émission avec la modification en fonction du temps de la fréquence à l'intérieur de l'impulsion d'émission, que du côté réception avec le calcul 10 du temps de propagation, subordonné à la fréquence, des dispositifs de compression, les différentes grandeurs ne peuvent être réalisées techniquement, dans des conditions économiques acceptables, que dans les limites de plages déterminées, le côté émission et le côté réception doivent d'autre part être accordés 15 l'un sur l'autre et il apparaît, pour la réalisation technique des appareils de ce genre, une gamme très limitée de solutions possibles. mission électrique du genre défini dans le préambule du présent 20 mémoire, a pour but de remédier à ces difficultés. Conformément à l'invention, ce but est atteint par le fait que, du côté réception, il est procédé au mélange des signaux de réception au moyen d'un oscillateur hétérodyne dont la fréquence varie en fonction du temps, pendant l'arrivée d'une impulsion modulée en 25 fréquence, selon une seconde fonction de temps prédéterminée, et par le fait que les signaux de réception doublement modulés en fréquence ainsi obtenus sont appliqués à un dispositif retardateur dépendant de la fréquence, dont le temps de retard est choisi de telle sorte que seules les impulsions qui présentent 30 la combinaison de la première fonction de temps (du côté émission) avec la deuxième fonction de temps (du côté réception) de la modulation de fréquence subissent la compression optimale. selon l'invention, le dispositif de compression dans le récepteur 35 doit être simplement dimensionné d'après la fonction de temps résultante de la modulation de.fréquence, c'est-à-dire la combinaison des fonctions de temps du côté émission et du côté réception, il est ici possible de mettre en oeuvre le dispositif de compression qui peut être réalisé avec les moyens les plus ré-40 duits ou qui donne les meilleurs facteurs de compression et, en L'invention, qui concerne un système de trans- Etant donné qu'avec le système de transmission 71 39479 3 2112538 même temps, du côté émission, il est possible d'appliquer une fonction de temps de la modulation de fréquence de l'impulsion d'émission qui correspond à un optimum dans les circonstances locales. La compensation est effectuée par le genre de la varia-5 tion de la fonction de temps dans l'oscillateur hétérodyne du récepteur. Etant donné qu'avec ce procédé, il apparaît dans le récepteur des gammes de fréquences intermédiaires différentes en fonction du temps, le temps moyen de retard des signaux de réception comprimés varie également en fonction du temps. De la 10 sorte, on peut parvenir à une augmentation ou une diminution de l'écart temporel d'impulsions reçues à la sortie du dispositif retardateur, selon que l'on utilise une fonction de modulation de fréquence qui s'élève ou s'abaisse en fonction du temps. La solution la plus simple à réaliser consis-15 te à choisir, tant du côté émission que du côté réception, des fonctions linéaires pour la modulation de fréquence dépendant du temps, auquel cas, on peut également utiliser une variation linéaire du temps de retard, en fonction de la fréquence, du dispositif de compression. Mais il est aussi possible, tant du 20 côté émission que du côté réception, d'appliquer des fonctions non linéaires du temps pour la modulation de fréquence» Dans ce cas, il peut être opportun dans de nombreuses circonstances d'accorder les deux fonctions l'une par rapport à l'autre de telle sorte qu'au total on obtienne une variation linéaire ré-25 sultante de la modulation de fréquence en fonction du temps et qu'il soit ainsi possible d'utiliser encore des dispositifs de compression linéaires. Enfin, il peut être également avantageux d'appliquer une fonction de temps de la modulation de fréquence 30 qui varie par exemple d'une impulsion à l'autre d'après un programme, et cela de manière mutuellement accordée, tant du côté émission que du côté réception, de telle sorte que la combinaison des deux fonctions de temps reste invariée. Il en résulte cet avantage particulier que, malgré la variation de la fonction de temps de 35 la modulation de fréquence, prévue en ce qui concerne les impulsions d'émission, on peut toujours utiliser, du côté réception, le même dispositif de compression. De la sorte, il est également possible de contrecarrer les émetteurs de brouillage qui reçoivent les signaux diffusés, les analysant et les réémettent au ko bout d'un temps approprié en tant que signaux de brouillage, 71 39479 4 2112538 puisque les signaux de brouillage qui arrivent toujours retardés de cette manière coïncident avec des fonctions de la modulation de fréquence du côté réception et ne peuvent plus obtenir les valeurs de compression optimale. Ils peuvent être alors distin-5 gués en tant que signaux brouillage et être supprimés. L'invention est ci-après expliquée de façon plus détaillée au moyen de calculs et de graphiques. La figure 1 est un schéma par blocs d'un appareil radar fonctionnant selon l'invention. 10 Les figures 2 à 5 sont des diagrammes fré quence-temps. L'expression suivante est valable pour une modulation de fréquence linéaire d'une impulsion : 15 S = cos ( où : C 20 En cas de battement, on utilise un oscilla teur hétérodyne dont la fréquence varie en fonction du temps, si bien que l'expression suivante est applicable pour le signal de mélange M : 25 M = cos joJ1 (t1 + t) + 77. (t1 + t)2J (2) oùCJ1 est la fréquence angulaire de l'oscillation d'émission au début du changement de la fréquence de l'oscillateur et >) est la pente de la variation de fréquence du signal de 1'oscillateur. 30 En l'absence de battement, il apparaît un signal de fréquence intermédiaire Z ayant la forme suivante : Z = cosjjuJ^-W, -$t^) + (f ~|) t2 (3 35 La fréquence moyenne de ce nouveau signal dépend, non seulement des grandeurs et , qui sont fixées par les fréquences initiales de l'oscillation d'émission ou de battement, mais aussi de la grandeur NJtj et, par suite, du temps tj qui s'écoule entre le début du signal d'émission (t = 0) et kO l'arrivée du signal de réception à l'étage de mélange. A des 71 39479 5 2112538 temps tj différents, il apparaît donc aussi des fréquences moyennes différentes du signal à fréquence intermédiaire. Le signal à fréquence intermédiaire a en outre une pente de modulation p 1 , d'après l'expression : H1 = p - \i (k) Elle dépend donc à la fois de la pente de modulation du signal de l'oscillateur du récepteur et de la pente de modulation du signal de réception et, par suite, du signal d'émission. On peut choisir des signes différents pour les deux pentes de modulation, de sorte que les pentes de modulation du signal de réception et du signal de l'oscillateur du récepteur peuvent varier dans le même sens ou en sens opposés. Sur la figure 1, l'émetteur d'un appareil radar est désigné par 1 et l'antenne d'émission par 2. La fréquence de l'appareil radar, qui émet des impulsions d'une durée déterminée, peut être modifiée, pendant celles-ci, par1 un dispositif de commande 3. Après leur réflexion sur un objet 4, les signaux d'émission atteignent une antenne de reception 5» d'où ils sont dirigés vers un étage mélangeur 6. La fréquence de battement pour l'étage mélangeur 6 est fournie par un oscillateur hétérodyne 7 dont la fréquence est modifiée, à partir du dispositif de commande 3 selon un programme prédéterminé 4 Les signaux de réception ainsi convertis parviennent à un dispositif de compression et sont dirigés vers un appareil d'exploitation 9» par exemple sous forme d'un tube de visualisation. Li est également possible, à ia place d'antennes il » ei..ission et de réception 2 et 5 séparées., d'utiliser une seule antenne eu d'exploiter à volonté l'appareil radar en tant que recepteur ou qu ' ei:;e t teur. Si on utilisai,, à. j.a pi^.c^ au n . i i radar, un autre système de transmission, .U récepteur devrait être disposé à l'emplacement de la cible V. Le ryt' ;r.e pour la variation de fréquence de 1 'oscillateur hétérodyne coté réception pourrai t être déterminé par s yncfc nisati on à partir de l'émetteur ou sur la base d'une horloge précise, prévi;e dans le récepteur. Pour expliquer le mode de foric t ionnement de l'appareil radar de la figure 1, on se référera ci-après au diagramme reproduit sur la figure 2. On a porté en abscisses le temps t et en ordonnées la fréquence f. La ligne droite îO représente l'allure des fréquences d'une impulsion d'émission, BAî! 71 39479 6 2112538 telle qu'elle est diffusée par l'appareil radar au moyen de l'antenne 2 et qui s'élève de la valeur fl à la valeur f2 au point de vue de sa fréquence, dans les limites de sa durée de t^ à t^. Le signal réfléchi parvient au récepteur avec un niveau 5 nettement moindre, mais avec la même allure de fréquences, le temps pendant lequel le signal d'écho arrive étant compris entre t et t.. Au temps t, c'est-à-dire immédiatement après l'envoi J "+ 5 de l'impulsion d'émission 10, il est procédé, au début de la mise en état de réception du récepteur de l'appareil radar, à 10 une modification de la fréquence de l'oscillateur hétérodyne 7» sous le contrôle du dispositif de commande 3• L'allure des fréquences qui en résulte est désignée par 12. La modification de fréquence dure de t„ à tg, cet intervalle correspondant au temps pendant lequel le récepteur de 1'appareil radar est prêt à la 15 réception. A l'instant t^,, il se produit une nouvelle impulsion d'émission I0a dont l'allure des fréquences correspond à celle de l'impulsion 10 et, en conséquence, le récepteur doit au préalable, c'est-à-dire à l'instant tg, être mis hors service. L'intervalle entre t^ et tg, c'est-à-dire la période pendant 20 laquelle il est procédé à une modification de la fréquence de l'oscillateur hétérodyne 7 dans la partie réception de l'appareil radar, est nettement plus grand que la durée t1 à t^ d'une impulsion. Les processus représentés se répètent périodiquement pour chaque impulsion d'émission. Du signal de réception 11 et 25 de la gamme des fréquences de l'oscillateur hét' rodyne 7, présente pendant ce temps, il résulte, par mélange dans le temps t^ à une nouvelle impulsion 13 dont la fréquence correspond à la somme des fréquences du signal de réception et de la fréquence présente simultanément de l'oscillateur hétérodyne 7. L'allure 30 des fréquences de l'impulsion ainsi formée a une pente beaucoup plus raide que l'allure des fréquences, tant de la ligne 11 que de la ligne 12, c'est-à-dire que l'impulsion ainsi obtenue a une pente de modulation p' nettement plus forte que la pente fi de l'impulsion de réception 11 et que la pente 0 de celle de la 35 modification de fréquence de l'oscillateur hétérodyne 7, telle qu'indiquée par la montée de la courbe 12. Le dispositif de compression 8 est dimensionné de façon à donner la compression optimale pour une impulsion ayant la pente de modulation indiquée par la ligne 13 (p1 = p +>))«, U0 Cela signifie que si l'on supposé un retard linéaire en fonction *D ORIGINAL j 71 39479 7 2112538 de la fréquence, des fréquences ayant la fréquence f^ sont retardées de la valeur de la différence de temps entre t^ et t^, plus fortement que des fréquences ayant la fréquence f^. L'impulsion de réception complote, dont la durée s'étend de t^ à t^ pour une 5 faible amplitude, est donc ainsi comprimée en une impulsion de plus grande amplitude et de très petite durée en comparaison de sa largeur primitive. Sur l'appareil indicateur 9» on a représenté deux de ces impulsions obtenues par compression. A la place d'une augmentation de la pente de 10 la ligne 13 en comparaison des lignes 11 et 12, il est également possible de parvenir à une" pente de modulation résultante plus aplatie si, au lieu de la somme, c'est la différence entre la fréquence de l'oscillateur 7 signal de réception qui est formée (fj' = p - V ). Il apparaîtrait alors en ce qui concerne les 15 lignes représentées sur la figure 2, une pente de modulation résultante qui ne varierait que très peu en fonction de la fréquence. Cela signifierait que, pour le dispositif de compression 8, une plus grande différence dans le retard de temps de propagation devrait être déjà nécessaire pour une petite variation 20 de fréquence. Il est également possible de rendre négative la pente de modulation résultante, c'est-à-dire que la fréquence résultante dans la période entre t^ et t^ diminue lorsque le temps augmente. 25 Lorsque le temps entre t^ et t^ est très grand (par exemple dans le cas d'une fréquence très basse de répétition des impulsions), un très grand écart de fréquence de l'oscillateur 7 peut être nécessaire si l'on veut parvenir à une forte pente de modulation. Dans ce cas, il peut être avantageux, 30 comme le montre la figure 3> de décomposer la ligne 12 en plusieurs lignes 12cl, 12c2, 12c3 à allure en dents de scie, qui ont la même pente que la ligne 12, mais qui ne s'étendent qu'entre les fréquences f^ et fr et reviennent brusquement à la fréquence f^ aux instants t^ et t-jQ- De la sorte, la gamme des 35 fréquences nécessaire, dans laquelle l'oscillateur doit pouvoir être accordé, est maintenue beaucoup plus petite. Toutefois, il apparaît aux instants t^ et t.^ des sauts de fréquence qui ne permettent pas d'exploiter les signaux de réception qui arrivent à ce moment, étant donné qu'en raison des points de discontinui-40 té, il n'existe plus aucune distribution définie des fréquences. BAD ORIGINAL1 71 39479 8 2112538 Il faudrait donc que dans la région des instants t^ et t10, le récepteur ou le dispositif d'exploitation soient placés à zéro. S'agissant d'appareils radar, cela aurait pour inconvénient que certaines plages de la distance pourraient ne pas être touchées. 5 Mais si le balayage est réglé sur des cibles qui se rapprochent ou s'éloignent, il n'en résulte guère de difficultés, puisqu'aux instants qui précèdent et suivent les points d'instabilité, les cibles peuvent être touchées et être observées pendant un cer*-tain temps. Il est également possible de balayer sans solution 10 de continuité toute la plage de distance si, dans un premier temps de réception (c'est-à-dire entre deux impulsions d'émission) , les points de discontinuité sont choisis différents par rapport à ce qu'ils sont entre les deux impulsions d'émission immédiatement suivantes. Il en résulte, au niveau du récepteur, 15 des temps morts différents et il n'apparaît plus aucune zone morte de distance, dès que deux temps de réception successifs se sont écoulés. Cette possibilité est indiquée sur la figure 3 par les lignes 12dl et 12d2 en trait interrompu, dont le temps mort serait à l'instant c'est-à-dire à un instant où aucun 20 temps mort n'était présent auparavant, c'est-à-dire lors du parcours des lignes 12cl, Î2c2, 12c3. Avec cette allure, à variation de préférence périodique, de la fréquence de l'oscillateur, la mise à zéro du récepteur entre déux impulsions d'émission est effectuée oppor-25 tunément à partir du dispositif de commande 3 dans lequel un programme correspondant doit être emmagasiné. Sur la figure 4 sont représentées deux impulsions l4a et 14b qui se chevauchent partiellement et au sujet desquelles il est également supposé que leur fréquence varie 30 selon les lignes 11a ou 11b respectivement. De la superposition avec la fréquence de l'oscillateur hétérodyne 7» qui varie en fonction du temps selon la ligne 12, il résulte des signaux dont l'allure de fréquences est indiquée par les lignes 13a et 13b. Par suite de la croissance de la fréquence de l'oscillateur con-35 formément à la pente de la ligne 12, la ligne 13a débute et se termine à une fréquence plus basse que la ligne 13b. Cela signifie que, dans le réseau de compression 8 dont le temps de propagation doit être par hypothèse fonction de la fréquence, il est obtenu au total, pour la gamme de fréquences parcourue par le 40 signal de réception 14a, un autre retard de temps que pour le ^original 71 39479 9 2112538 signal de réception 14b (correspondant à la ligne IJh), La conséquence en est qu'après le passage du dispositif de compression 8, l'écart entre les deux impulsions 14a et 14b n'est plus égal à la différence entre l'instant t ^et 1'instant- t , mais 5 supérieur ou inférieur à cette valeur. Le fait, que des valeurs plus grandes ou plus petites sont obtenues dépend de ce que le réseau de retard présente, pour une fréquence croissante, un temps de retard croissant ou décroissant et, en outre, de ce que les lignes 13a et 13b ont un tracé ascendant, ou descendant en 10 fonction du temps. En cas de grand écart entre les impulsions, on peut par exemple parvenir à ce que deux impulsions qui, en l'absence de ces dispositions, se chevauchent suffisamment pour ne plus pouvoir être traitées séparément, sont alors séparées par un temps suffisant pour se présenter sous forme d'impulsions 15 séparées. En cas d'application de l'invention dans un appareil radar à portes de distance, une solution préférée consiste à explorer une plage partielle de Ji?ta.nce de la plage totale de distance parfaitement déterminée, et à ne parcourir 20 la seconde fonction de temps de modulation (du côté réc&ption) que dans les limites de temps où des signaux Ou fait de la fréquence noyenno de réception d'un signal, modifiée en fonction du te;.,ps , et du t ei.jrs moyen ^5 de propagation, différent de ce fait dans Je dispositif de compression 8, l'écart entre deux impulsions sur 11apparei• indicateur y et l'écart réel entre deux objets et. un appareil radar ne seront plus linéairement proportionnels l'un a 1:autre. Il est possible de simplifier la lecture pour les observuieurs de 30 1'appareil indicateur si cette erreur est corrigée en ce qui concerne l'indication de distance ds sorte que, conaie â'habitude 1 1 écart entre deux impulsions sur ! 'appareil inJ.-.catsur p s indépendamment de 1 ' éloi gnci.'ient des objets , soi 1 inéaivaniont propc-r tionnel à l'écart réel entre ces objets 35 Sur la figure 5* une fonction de modulation non linéaire en fonction du temps du noté émission est désignée par Me. La fonction de modulât ion 12e correspondante du côté réception est obtenue par reproduction symétrique de la courbe 1 le par rapport à la droite 13e. Au total, avec une combinaison itO appropriée des deux fonctions de modulation non linéaires, on obtient une fonction de modulation linéaire résultante qui s'étend parallèle cent à la droite 13e. OfllGff 71 39479 10 2112538 REVENDICATIONS , 1. Système cie transmission. électrique composé d'un émetteur et d'un récepteur, dans lequel on émet, du côté émission, des impulsions dont la fréquence varie dans le sens 5 d'une modulation de fréquence, à l'intérieur d'une impulsion, selon une première fonction de temps prédéterminée et on procède, du côté réception, à une compression d'impulsions ainsi qu'à un mélange, caractérisé pur le fait que, du côté réception, il est procédé au mélange des signaux de réception (11) au moyen d'un IO oscillateur hétérodyne (7) dont la fréquence varie en. fonction du temps, pendant l'arrivée d'une impulsion modulée en fréquence, selon une seconde fonction de temps prédéterminée (12), et que les signaux de réception (13) doublement modulés en fréquence ainsi obtenus sont appliqués à un dispositif retardateur (8) 15 dépendant de la fréquence, dont le temps de retard est choisi de telle sorte que seules les impulsions qui présentent la combinaison de la première fonction de temps (du côté émission) avec la deuxième fonction de temps (du côté réception) de la modulation de fréquence subissent une compression optimale. 20 2. Système de transmission électrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les deux fonctions de temps de la modulation de fréquence sont des fonctions linéaires. 3. Système de transmission électrique selon 25 la revendication 1, caractérisé par le fait que les deux fonctions de 'temps sont des fonctions non linéaires, de telle sorte que leur superposition donne une fonction linéaire. k. Système de transmission électrique selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait 30 qu'en cas de modification de la fonction de temps de modulation du côté émission, il est procédé à une modification correspondante de la fonction de temps de modulation du côté réception, de telle sorte que Ja combinaison des deux fonctions de temps reste inchangée. 35 5. Système de transmission électrique selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé par le fait que la seconde fonction de teiips de modulation (du côté réception) est parcourue périodiquement, de préférence chaque fois entre deux impulsions d'émission. 40 6. Système de transmission électrique selon bad original 71 39479 n 2112538 la revendication 5» caractérisé par le fait que la seconde fonction de temps de modulation (du côté réception) est parcourue périodiquement à plusieurs reprises en dents de scie. 7. Système de transmission électrique selon 5 la revendication 6, caractérisé peir le fait que la seconde fonction de temps (du côté réception) est composée de plusieurs fonctions partielles ayant chacune la même allure en fonction du temps. 8. Système de transmission électrique selon 10 l'une des revendications 1, 2, 3» 5> 6 ou 7» caractérisé par sa réalisation sous forme d'appareil radar à trains d'impulsions, dans l'émetteur duquel il est procédé à la modulation en fréquence du signal d'émission et dans le récepteur duquel il est procédé à la modification de la fréquence de l'oscillateur hété-15 rodyne et à la compression des trains d'impulsions. 9. Système de transmission électrique selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'on balaye une plage partielle de distance de la plage complète de distance nettement déterminée et que la seconde fonction de temps de modu- 20 lation (du côté réception) est parcourue seulement dans les limites du temps où des signaux d'écho peuvent arriver à partir de cette plage partielle de distance. 10. Système de transmission électrique selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé par le fait qu'il 25 comporte des moyens pour corriger les différences de temps de propagation en fonction de la distance, provenant de la fréquence intermédiaire chaque fois différente, ainsi que 1'erreur dans la détermination de la distance qui y est liée et qui apparaît lors de la mesure de l'écart temporel entre impulsions d'émission et 30 de réception. i