Brevet FR2115186A1 — publié le 19720707

i 2115186 La présente .vention se rapporte» d'une' manière générales -tux dispositifs de traitement ce signaux et concerne, plus particulièrement, des dispositifs de traitement de signaux utilisés dans les systèmes radéu' Doppler pour établir une distinction entre 5 des signaux désirés et des signaux indésirables, lorsque les spectres de fréquences respectifs de ces signaux diffèrent. Dans les systèmes radar à ondes entretenues-, on peut détecter des objets mobiles en mesurant la différence entre la fréquence de signaux indésirables résultant de réflexions sur des 10 objets fixes (c'est-à-ûire des objets sans vitesse Doppler) et la fréquence de signaux désirés résultant de réflexions sur des objets mobiles. Il en esc ainsi en raison du fait que la fréquence de l'énergie réfléchie par des objets fixes est égale à la fréquence de l'énergie émise f » tandis que la fréquence de l'énergie 15 réfléchie par- des objets mobiles est f - Ûf, où représente la variation de fréquence due S 1?effet Doppler. Dans d'autres types d'appareils, dans lesquels les signaux reçus sont des fonctions discontinues du temps, ces signaux peuvent être considérés comme étant des signaux modulés en amplitude ayant des fréquence 20 porteuses f et f - A f, associées respectivement au signal indésirable et aux signaux désirés. Il est bien connu que l'énergie contenue dans ces signaux modulés est répartie non seulement entre les fréquences porteuses mais encore entre des fréquences de bande latérale. En particulier, si les signaux reçus sont modulés 25 en amplitude par une forme d'onde puisée, l'énergie contenue dans cette forme d'onde modulée par impulsions correspond â des fréquences de bande latérale réparties suivant la fonction bien connue sin x , et formant plusieurs ensembles centrés chacun autour de x sa propre fréquence porteuse. On fait apparaître un signal modulé par impulsions, dans de nombreux appareils radar, par exemple en agissant sur une porte à créneau de distance dans un système radar Doppler à impulsions ou encore, dans le cas d'un système radar à ondes entretenues à modulation de fréquence en dents de scie, en faisant passer le signal à fréquence intermédiaire à travers un filtre éliminateur de bande à créneau centré sur la fréquence intermédiaire ou â travers un filtre passe-bande convenablement centré. Dans les deux cas, il peut très bien advenir qu'en raison de la largeur du signal de modulation par impulsions et des variations de fréquence dues à l'effet Doppler intéressantes, une 40 partie de l'énergie de bande latérale engendrée par les signaux 71 40724 2 2115186 indésirables soit exactement ou approximativement aux fréquences associées aux signaux désirés. Lorsqu'une telle condition se présente, la détection des signaux désirés (c'est-à-dire de ceux qui proviennent d'objets mobiles} est rendue plus difficile que 5 la détection d'objets mobiles par des systèmes radar à ondes entretenues. Les signaux modulés par impulsions sont, généralement, traités par un filtre passe-bande en combinaison avec un montage de pondération d'amplitude. Le filtre passe-bande laisse passer 10 pratiquement la totalité de l'énergie contenue dans les signaux provenant d'objets mobiles intéressants et rejette une partie appréciable de l'énergie de signaux provenant d'objets fixes. Toutefois, il est à noter que, si la quantité d'énergie provenant d'objets fixes est réduite (ce qui réduit au minimum la probabili-15 té de saturation du récepteur), le rapport entre l'énergie reçue de signaux désirés et l'énergie reçue dans les bandes latérales des signaux indésirables n'est pas augmenté. Pour améliorer ce rapport, il est connu d'utiliser un montage de pondération d'amplitude pour mettre en forme le signal modulé par impulsions. Des 20 fonctions de pondération d'amplitude types sont la fonction cosinus la fonction cosinus carré et la fonction de Hamming. Malheureu-seme'nt les montages de pondération d'amplitude connus sont très complexes et très délicats. En conséquence l'utilisation d'un tel montage augmente le prix de revient initial des appareil connus 25 et rend leur manipulation plus difficile. Compte tenu de ce qui précède, l'inyention vise notamment à créer un-dispositif de traitement de signaux dans lequel les signaux à traiter sont simultanément modulés en amplitude suivant une fonction discontinue du temps, certains de ces signaux 30 ayant une fréquence porteuse extérieure â une bande de fréquence intéressante (de sorte que l'atténuation des fréquences de bande latérale associées à cette fréquence porteuse est forte) tandis que certains autres de ces signaux ont une fréquence porteuse contenue dans une bande de fréquence intéressante (de sorte que 35 l'atténuation de toute fréquence associée à cette fréquence porteuse est faible). L'invention vise encore à creer un dispositif de traitement de signaux destiné à être utilisé dans un récepteur de système radar Doppler^ les signaux à traiter étant simultanément mo-i}0 dulés en amplitude par une forme d'onde puisée et modulés en 71 40724 3 2115186 fréquence par des variations de fréquence dues à l'effet Doppler moyennant quoi la détection de l'énergie réfléchie par une gamme prédéterminée d'objets mobiles est considérablement améliorée par rapport à la détection qu'on obtient avec des dispositifs de 5 traitement de signaux connus, pourtant plus complexes. On atteint essentiellement ces buts de l'invention et d'autres encore: (1) en faisant passer un certain nombre de signaux modulés en amplitude à travers un filtre passe-bande, ce filtre laissant passer au moins une bande de fréquence intéressan-10 te, la porteuse de l'un au moins de ces signaux étant extérieure à ladite bande intéressante et (2) en montant des moyens de commutation en circuit avec la sortie du filtre pour dissiper les transitoires dûs à la réponse de ce filtre aux signaux modulés en amplitude tout en transférant la partie stabilisée de ceux-ci 15 a un dispositif d'utilisation. En particulier, dans un récepteur de système radar Doppler, la fréquence porteuse des signaux indésirables (c'est-à-dire de ceux qui proviennent d'objets fixes) est extérieure à la bande intéressante. Etant donné que, pratiquement, la totalité du spectre de fréquences des signaux dési-20 rés (c'est-à-dire de ceux qui proviennent d'objets mobiles) traverse le filtre passe-bande sans modification, appréciable, le niveau du signal stabilisé attribuable à ces signaux désirés n'est pas réduit de façon appréciable. Par contre, étant donné qu'une fraction relativement petite du spectre de fréquences des 25 signaux indésirables (provenant d'objets fixes) traverse le filtre passe-bande, le niveau des signaux stabilisés attribuables à ces signaux indésirables est considérablement réduit. En conséquence, du fait que les moyens de commutation ne permettent le transfert à un dispositif d'utilisation que de la seule partie stabilisée 30 des signaux provenant du filtre passe-bande, le rapport entre l'énergie des signaux désirés et l'énergie des signaux indésirables est plus grand aux bornes du dispositif d'utilisation qu'à la sortie du filtre passe-bande. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au 35 cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple: la Pig. 1 représente un radar Doppler à impulsions utilisant les principes de l'invention; la Pig. 2 représente des spectres de fréquences de 40 signaux engendrés dans le radar de la Fig. 1. 71 40724 4 2115186 la Fig. 3 montre l'évolution dans le temps d'un signal engendré dans le radar de la Pig. 1; les Pig. 4A à 4D, 5A à 5D et 7A 7D représentent les spectres de fréquences et les évolutions dans le temps eorres-5 pondantes de signaux engendrés dans le radar de la Pig. 1, et la Pig. 6 représente les évolutions dans le temps de signaux engendrés dans le radar de la Fig. 1. Sur la Pig. 1, on remarquera tout d'abord que, par commodité, on a choisi un radar Doppler à impulsions pour mettre en 10 évidence la manière dont l'invention peut être appliquée. Toutefois, comme il apparaîtra clairement plus loin, l'invention est tout aussi bien applicable à d'autres types de radar et, par exemple, à un radar à ondes entretenues à modulation en dents de scie. Le dispositif représenté comprend un générateur d'im-15 pulsions d'horloge 11, un circuit de synchronisation 12, un générateur 13 de déclenchement du dispositif, un émetteur 15, un oscillateur d'émetteur 16, un duplexeur 17 et une antenne 19, tous ces éléments étant de construction et de fonctionnement classiques et étant destinés à produire périodiquement un faisceau 20 directif d'énergie électromagnétique (non représenté) pour irradier des objets (non représentés) pris dans ce faisceau. Des signaux d'écho(non représentés) provenant de ces divers objets sont reçus par l'antenne 19 et, une fois qu'ils ont traversé le duplexeur 17 et ion-amplificateur à haute fréquence 18, on les fait battre 25 dans un mélangeur de signaux 21 avec un signal de référence appliqué à ce mélangeur par un conducteur 22. Cesignal de référence est à une fréquence f + fjps le symbole fjp désignant, dans cette formule comme dans toutes les autres formules mentionnées ci-après, la fréquence intermédiaire, ce signal étant produit ici de 30 la manière classique en faisant battre dans un mélangeur 26 le signal de l'oscillateur 16 et celui d'un oscillateur vidéo cohéré 25. On remarquera en passant qu'un réseau de filtrage approprié (non représenté) peut être interposé sur le conducteur 22, si on le désire, de manière à ne permettre l'application au mélangeur 35 de signaux 21 que du signal de référence. Etant donné que les signaux d'écho sont à des fréquences f - û-f, où àf est la variation de fréquence due à l'effet Doppler, les signaux produits par le mélangeur de signaux 21 comprennent des signaux qui sont à des fréquences fjpt & Pour faciliter l'exposé, on supposera qu'on 40 considère des signaux d'écU© provenant^'un unique objet mobile 71 40724 2115186 et de plusieurs objet: fixes, Dans ces conditions, les signaux produits par le mëlanrsur de signaux 21 comprennent des signaux indésirables de fréquence f^p (provenant des objets fixes) et des signaux désirés de fréquence (provenant de l'objet 5 mobile). Les spectres de fréquences de ces signaux sont représentés qualitativement sur la Pig. 2 dans le cas où ils sont égaux. Une porte à créneau de distance 29 de construction classique est prévue pour permettre l'étude de signaux d'écho provenant d'objets situés dans un certain intervalle de distance pré-10 déterminé.. Plus précisément, la porte à créneau de distance 29 ne permet à des signaux provenant du mélangeur de signaux 21 d'être transmis au filtre passe-bande 33 que si le circuit de synchronisation 12 lui transmet un signal a^ d'autorisation pendant l'intervalle de temps désiré. L'évolution dans le temps du signal 15 a^, est représentée sur la Fig. 3. Les signaux fournis par la porte à créneau de distance 29 sont- donc des signaux modulés en amplitude par impulsions, les fréquences porteuses.des signaux provenant, d'une part, de l'objet fixe et, d'autre part, des objets mobiles, étant respectivement , fjp et (fj-p* A ^). L'évolu-20 tion dans le temps et les spectres de fréquences des signaux contenus dans le créneau de distance sont représentés sur les Fig. 4a à 4d, les Fig. 4a et 4b étant associées à des signaux provenant des objets fixes et les Fig. 4c et 4d, à des signaux provenant de l'objet mobile. On remarquera tout d'abord que le spectre de 25 fréquences des signaux provenant d'objets fixes et celui du signal provenant de l'objet mobile sont tous deux de la forme sin x« . x Le spectre de fréquences des signaux du premier type est centre sur fjp et celui des signaux du second type est centré sur fjp+ & f. Toutefois, on remarquera également que certaines parties des fréquences de bande latérale du signal provenant des objets fixes correspondent exactement ou approximativement aux fréquences des signaux provenant de l'objet mobile, ce qui affecte de façon nuisible la détection de ceux-ci. Les signaux fournis par la porte à créneau de distance 35 29 sont transmis au filtre passe-bande 33- Ce filtre,qui est de construction classique, présente une caractéristique de réponse aux diverses fréquences représentée en trait interrompu en 35 sur les Pig. 5A et 5C. Comme représenté, le filtre atténue considérablement l'énergie à des fréquences égales ou sensiblement égales 40 à fjp mais n'atténue pas d'une manière importante l'énergie à des 71 40724 6 2115186 fréquences égales ou sensiblement égales à f A En d'autres lr x termes, les signaux contenus dans une bande de fréquences intéressante (la bande de fréquence susceptible d'être engendrée par l'objet mobile) ne sont pas affaiblis dans une mesure appréciable . 5 Les évolutions dans le temps correspondantes des signaux de sortie du filtre passe-bande 33 sont représentées sur les 5B et 5D, la Pig. 5B représentant des signaux provenant des objets fixes et la Pig. 5D, les signaux provenant de l'objet mobile. On remarquera tout d'abord que, puisque pratiquement toutes les fréquences 10 décrites par la fonction sin x centrées sur la fréquence f^p+ A traversent le filt?e passe-bande 33, l'amplitude des signaux provenant de l'objet mobile est sensiblement égale à l'amplitude des signaux pénétrent dans le filtre passe-bande 33• Par ailleurs, étant donné que le filtre passe-bande 33 élimine une 15 fraction appréciable de l'énergie des signaux provenant des objets fixes, le spectre de fréquences de ces signaux filtrés n'est plus décrit par sin x .En conséquence, l'évolution dans le temps x des signaux représentés sur la Fig. 5B comprend Les signaux de sortie du filtre passe-bande 33 sont transmis à tin commutateur 39 qui peut être constitué par un cir-30 cuit de commutation électronique connu quelconque. Le commutateur 39 est commandé, comme décrit plus loin, de manière â transmettre les signaux de sortie du filtre passe-bande 33 soit à une charge fictive représentée ici par la référence 4l, ssit à un dispositif d'utilisation 43. Le dispositif d'utilisation 43 peut être un 35 analyseur de spectre de fréquence classique quelconque. La commutation désirée est commandée par des signaux a^' et a^", ces signaux étant produits par le circuit de synchonisatxon 12. Les évolutions dans le temps des signaux a^' et a^" sont représen- 40 tées sur la Pig. 6. En fonctionnement, le signal a^'.-.est transmis au commutateur 39 simultanément au sigaal a^. Toutefois, la durée 71 40724 7 2115186 du signal a^' est beaucoup plus courte que celle du signal a^. Le signal a^" est transmis au commutateur 39 à la fin du signal a^. La longueur des signaux et a^" est égale au temps transitoire associé au signal représenté sur la Pig. 5B. Comme il est 5 bien connu, ce temps transitoire est fonction de la construction du filtre passe-bande. Au cours de la période de temps pendant laquelle des signaux a^ ' ou a_^" sont appliqués au commutateur 39j les signaux produits par le filtre passe-bande 33 sont transmis à la résistance 41 tandis qu'en l'absence des signaux a^' et a^", 10 les signaux traités par le filtre passe-bande 33 sont transmis au dispositif d'utilisation 43- Les signaux transmis au dispositif d'utilisation 43 sont représentés sur les Pig. JB et 7D,cette dernière figure montrant l'évolution dans le temps des signaux produits par l'objet mobile (c'est-à-dire des signaux désirés) 15 tandis que la Pig. 7B représente l'évolution dans le temps des signaux produits par les objets fixes (c'est-à-dire des signaux indésirables). Trois caractéristiques sont à noter en ce qui concerne les signaux transmis au dispositif d'utilisation 43 : (1) l'amplitude des signaux provenant des objets fixes a été davan-20 tage réduite que celle des signaux provenant de l'objet mobile; (2) la fréquence porteuse des signaux n'est pas modifiée (il en est ainsi en raison du fait que la réponse stabilisée d'un filtre à un signal modulé par impulsions quelconque est un signal à la fréquence porteuse de ce signal modulé); et (3) les signaux sont 25 modulés en amplitude par impulsions et, par conséquent, ont des spectres de fréquencesdécrits par sin x ,les signaux provenant des objets fixes ayant leur spectre xde fréquences centré sur fjp et le signal provenant de l'objet mobile ayant son spectre de fréquences centrée sur fjp+ À Les spectres de fréquences des 30 signaux transmis au dispositif d'utilisation 43 sont représentés sur les Pig. 7A et 7C, la Pig. 7A représentant le spectre de fréquences des signaux provenant d'objets fixes et la Fig. 7C, le sepctre de fréquences de signaux provenant de l'objet mobile. On remarquera que, du fait que l'énergie des signaux provenant des 35 objets fixes a été réduite dans une mesure plus importante que celle des signaux provenant de l'objet mobile, le spectre de fréquences centré sur f^ a été réduit de façon considérable. Il en résulte que les fréquences de bande latérale associées sont maintenant atténuées considérablement dans la bande de fréquences 40 intéressante. En conséquence, le rapport entre l'énergie des 71 40724 2115186 signaux désirés et celle des signaux indésirables, en ce qui concerne les signaux appliqués au dispositif d'utilisation 43 est plus grand que dans le cas des signaux appliqués au filtre passe-bande 33* 5 Bien que l'invention ait été décrite ci-dessus dans le cadre de son utilisation dans un système radar Doppler à impulsions, comme il doit être maintenant évident, pour un lecteur tant soit peu familiarisé avec cette technique, l'invention peut être également appliquée à d'autres systèmes radar Doppler. Par 10 exemple, l'invention peut être utilisée dans un système radar à ondes entretenues à modulation de fréquence (FM) en dents de scie. Un tel système radar est utilisé, par exemple, pour la recherche d'objets mobiles aéroportés et pour déterminer la distance et la vitesse de chaque objet détecté de ce type, par dë-15 tection de la fréquence de signaux de battement. On peut assurer la production de tels signaux en faisant battre les signaux de modulation en fréquence de la porteuse des signaux transmis avec les signaux d'écho d'une manière classique. Comme il est bien connu, la fréquence des signaux de battement ainsi obtenue cons-20 tieu une mesure de la variation de fréquence due à l'effet Doppler associée aux objets réflecteurs et de la distance entre l'émetteur et chaque objet réflecteur. Lorsqu'on utilise un système radar à ondes entretenues à modulation de fréquence pour rechercher des objets aéroportés, on peut supposer que des ré-25 flexions provenant d'objets fixes, c'est-à-dire d'objets pour lesquels la variation de fréquence due à l'effet Doppler est nulle (signaux indésirables) sont produites par des objets situés' à des distances relativement courtes et que des réflexions provenant d'objets aéroportés (signaux désirés) sont produites par 30 des objets situés à des distances relativement grandes. La fréquence des signaux de battement associés au premier type d'objets est, en conséquence, beaucoup plus basse que la fréquence des signaux de battement associés au second type d'objets. Toutefois, comme il est bien connu:(1) le signal de modulation de la fré-35 quence porteuse du signal émis comporte un temps de descente associé à chaque fonction en dents de scie; (2) la partie terminale des signaux d'écho bat dans le mélangeur de signaux avec un signal de référence incorrect; et (3) la fréquence des signaux de battement engendrés pendant cette partie terminale est considérablement 40 plus élevée que les parties désirées des signaux de battement. Les 71 40724 9 2115106 signaux à la fr-equene de battemexiS traversent an filtre passe*b3nde fonctionnellement analogue au iiltre passe-bande. 33 de la Pig. 1. Les fonctions du filtre passe-bande sont: (1) d'atténuer les fréquences associées à des signaux à variation nulle de 5 fréquence due à l'effet Doppler; et (2) d'atténuer les fréquences plus élevées résultant d'un battement incorrect. En conséquence, les signaux produits par le filtre passe-bande sont sensiblement à la fréquence de battement convenable pour la partie initiale et d'une amplitude nulle pendant la partie terminale. En d'autres 10 termes, les signaux produits, par le filtre passe-bande sont des signaux modulés en amplitude par impulsions comprenant des signaux provenant d'objets fixes et des signaux provenant d'objets mobiles, la fréquence porteuse des signaux provenant des objets fixes étant considérablement atténuée par le filtre passe-bande 15 tandis que la fréquence porteuse associée aux objets mobiles traverse le filtre passe-bande pratiquement sans altération. En d'autres termes, les signaux produits par le filtre passe-bande sont analogues aux signaux produits par le filtre passe-bande 33, qui ont été représentés surles Pig. 5A à 5D. 20 71 40724 10 2-115186 REVENDICATIONS 1 - Dispositif de traitement de signaux destiné à augmenter le rapport entre l'énergie de signaux désirés efc l'énergie de signaux indésirables, ces signaux étant des composantes d'un 5 signal composite à traiter et se distinguant les uns des autres par des fréquences porteuses différentes, ledit dispositif de traitement étant caractérisé en ce qu'il comprend des moyens en circuit avec le signal composite à traiter pour le moduler par impulsions de façon que chacun des signaux indésirables ait une 10 fréquence porteuse extérieure aux bandes de fréquences intéressantes et une partie de ses fréquences de bande latérale comprise dans les bandes de fréquences intéressantes et que chacun des signaux désirés ait pratiquement toutes ses fréquences à l'inté-ieeur des bandes die fréquences intérèssantes, un filtre en circuit 15 avec le signal modulé par impulsions pour atténuer dans une mesure appréciable les signaux ayant des fréquences extérieures aux bandes de fréquences intéressantes, moyennant quoi chacun des si~ gnaux indésirables, après avoir traversé ce filtre, présente àu moins une partie transitoire et une partie stabilisée et pour 20 laisser passer, pratiquement sans atténuation, des signaux ayant des fréquences contenues dans les bandes de fréquences intéressantes, un dispositif d'utilisation, et des moyens de commutation capables, pendant ladite partie stabilisée, de transmettre des signaux de sortie, du filtre au dispositif d'utilisation. 25 2 - Récepteur de radar Doppler capable de discriminer des signaux réfléchis, respectivement, par des objets fixes et mobiles, des signaux étant reçus quasi-simultanément, le spectre de fréquences des signaux provenant des objets mobiles étant centré à la fréquence intermédiaire du récepteur et le spectre de 30 fréquences des signaux provenant d'objets fixes étant centré à une fréquence différente de cette fréquence intermédiaire, ledit récepteur étant caractérisé en ce qu'il comprend un filtre à créneau dont la bande de rejet est centrée sur la fréquence intermédiaire du récepteur, ce filtre étant capable d'atténuer la fréquence 35 centrale du spectre de fréquences des signaux provenant d'objets fixes et de laisser passer toutes les fréquences du spectre de fréquences des signaux provenant d'objets mobiles, des moyens capables d'agir sur les signaux de sortie du filtre à créneau pour atténuer sélectivement les fréquences contenues dans le spectre 40 de fréquences des signaux provenant d?objets fixes et de laisser 71 40724 ii 2115186 passer toutes les fréquences du spectre de fréquences des signaux provenant d'objets mobiles et un dispositif d'utilisation sensible aux signaux de sortie de ces moyens. 3 - Récepteur suivant la revendication 2, caractérisé 5 en ce que les moyens agissant sur les signaux de sortie du filtre à créneau comprennent un commutateur qui, lorsqu'il est actionné, transmet des signaux du filtre à créneau au dispositif d'utilisation et un circuit de synchronisation capable d'actionner ce commutateur lorsque les signaux transmis par le filtre à créneau 10 sont des signaux stabilisés. 4 - Récepteur de radar Doppler capable de discriminer des signaux réfléchis, respectivement, par des objets fixes et mobiles, ces signaux étant reçus quasi-simultanément, le spectre de fréquences de signaux provenant d'objets mobiles étant 15 centré à la fréquence intermédiaire du récepteur et le spectre de fréquences de signaux provenant d'objets fixes étant centré à une fréquence différente de cette fréquence intermédiaire, ledit récepteur étant caractérisé en ce qu'il comprend un filtre dont la bande de rejet contient la fréquence intermédiaire du récep-220 teur, ce filtre étant capable d'atténuer la fréquence centrale du spectre de fréquences de signaux provenant d'objets fixes et de laisser passer toutes les fréquences du spectre de fréquences des signaux provenant d'objets mobiles, des moyens agissant sur les signaux de sortie du filtre pour atténuer sélectivement les 25 fréquences contenues dans le spectre de fréquences des signaux provenant d'objets fixes tout en laissant passer toutes les fréquences du spectre de fréquences des signaux provenant d'objets mobiles et un dispositif d'utilisation sensible aux signaux de sortie de ces moyens..