Brevet FR2130527A1 — publié le 19721103

La présente invention concerne un équipement radar à modulation de fréquence, et à onde entretenue, dans lequel la distance indiquée de la cible est fonction des passages par zéro du signal de fréquence de différence. Selon l'invention, cet équipement radar est caractérisé en ce qu'il comporte : 5 - un oscillateur d'où est dérivé le signal indiquant la distance ; - des premiers moyens répondant aux passages par zéro du signal à fréquence de différence destiné à piloter normalement l'oscillateur à une cadence correspondante ; - des seconds moyens répondant à une perte quelconque des passages par zéro du 10 signal à fréquence de différence afin de piloter l'oscillateur à une cadence correspondant sensiblement à celle existant immédiatement avant la perte. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous. Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. 15 La figure 1 représente, de manière synoptique, un exemple typique connu de radar à modulation de fréquence et à onde entretenue. Les figures 2, 3 et U illustrent des formes d'ondes de signaux en divers points du circuit de la figure 1. La figure 5 représente, de manière synoptique, un exemple de réalisation 20 d'un circuit selon l'invention. La figure 6 illustre une série d'ondes, utilisées pour expliquer le fonctionnement de la réalisation de la figure 5- La figure 7 représente un exemple de réalisation d'un circuit d'oscillateur de relaxation. 25 La figure 8 illustre la courbe de la tension d'entrée du circuit de la figure T en fonction de la fréquence de sortie. Comme cela apparaît sur la figure 1, où est représenté le principe d'un radar typique à modulation de fréquence et à onde entretenue, un émetteur T engendre un signal qui est modulé de telle sorte que la fréquence émise est modifiée 30 linéairement, en fonction du temps. Celle-ci est rayonnée à partir d'un élément d'antenne. Une partie de l'énergie frappe une cible et est rayonnée à nouveau de telle sorte qu'une portion de l'énergie est renvoyée à un élément d'antenne de réception. L'énergie reçue est mélangée dans un mélangeur M avec la puissance Se l'oscillateur local provenant de l'émetteur. Ces deux signaux présentent, la plu-35 part du temps, une différence de fréquence qui est proportionnelle à la distance entre les éléments d'antenne et la cible. Le filtre F extrait cette différence de fréquence et présente un gain de signaux qui peut être fonction de la fréquence de différence réelle. Un amplificateur A et un circuit de déclenchement de Schmitt S permettent d'obtenir une onde carrée au point X, dont l'amplitude est indépendante de la distance, mais dont la fréquence est fonction de cette distance. 72 09963 a 2130527 Cette onde carrée est différenciée par un différenciateur D, et les pointes positives sont utilisées pour former un signal à courant continu dans un circuit de pompage P, dont le niveau est proportionnel au nombre de pointes et, en conséquence, proportionnel à la distance. 5 II existe un problème, rencontré avec certains systèmes radar à modulation de fréquence et à onde entretenue, qui réside en ce que le signal souhaité peut être affaibli par rapport aux signaux non souhaités. Ce faible rapport signal sur bruit se produit à partir de plusieurs causes : a) Etant donné que la puissance de l'oscillateur local est balayée en fréquence, 10 il est inévitable que l'amplitude varie avec la fréquence selon, dans une certaine mesure, la valeur des impédances qui sont adaptées et de la source d'émetteur elle-même, qui est stabilisée en fonction des possibilités de génération. Toutefois, il est évident que l'amplitude des variations de la puissance de l'oscillateur local peut être bien comparable avec l'aanplitude du signal moyen réel 15 reçu en provenance de la cible. Le rapport signal sur bruit existant à la sortie du filtre est,en conséquence, fonction de la manière avec laquelle les contraintes sont placées sur les possibilités de différenciation du filtre. b) Dans certains systèmes radar à modulation de fréquence et à onde entretenue, un problème supplémentaire survient en ce sens que l'amplitude du signal d'écho 20 résultant, à fréquence radio, doit également varier dans la période de modulation Ceci survient parce que la différence de phase entre le signal direct, provenant du radar, allant vers la cible et inversement , d'une part, et le signal,d'autre part, qui a été réfléchi sur une certaine surface comme plan de terre, varie avec la période de modulation quand la fréquence de l'émetteur va-25 rie. Ainsi, tandis que les deux signaux peuvent être ajoutés vectoriellement à une fréquence, ils peuvent s'opposer l'un à l'autre à une certaine autre fréquence. Si ces deux problèmes se combinent,le signal sortant du filtre peut avoir une forme telle que celle représentée sur la figure 2, où l'on voit qu'il y a 30 deux composantes de fréquence, une composante à basse fréquence, que l'on suppose ici être non souhaitée, et une composante à plus haute fréquence, que l'on suppose ici être la composante souhaitée. Le circuit de déclenchement de Schmitt donne des ondes carrées régulières pour cette partie du cycle de modulation, au cours de laquelle l'onde de la figure 2 traverse la ligne zéro, et au cours de cette 35 partie où il ne se produit pas de passage par zéro, le circuit de déclenchement de Schmitt reste dans l'une de ses positions extrêmes, comme on peut le voir sur la figure 3* Il en résulte un nombre dfapulsions moindre pour le circuit de pompage, comme le montre la figure k, avec une lecture de distance erronée à la sortie à courant continu. kO En se référant maintenant à la figure 5, et en supposant que l'on utilise un 72 09963 2130527 3 émetteur, un mélangeur (non représenté), un filtre F, un amplificateur A, un circuit de déclenchement de Schmitt S et un différenciateur D, comme sur la figure 1, il y a en plus un oscillateur de relaxation R et un autre différenciateur DF, qui alimentent un circuit de pompage P. 5 L'oscillateur de relaxation est aménagé de telle sorte qu'il délivre, à sa sortie, une onde carrée dont l'amplitude est toujours constante et dont la fréquence est déterminée par une combinaison de deux vecteurs, c'est-à-dire la durée entre les impulsions entrantes provenant du premier différenciateur D, et un niveau de référence à courant continu délivré à partir d'un dispositif mé-10 moire SD. Le fonctionnement normal du montage représenté sur la figure 5 est explicité ci-après. Quand le niveau du bruit est faible par rapport au signal souhaité, le circuit de déclenchement de Schmitt délivre un train d'impulsions de fréquence ré-15 gulières, de telle sorte que l'onde présente une durée pratiquement égale dans son état maximal et dans son état minimal. Le différenciateur D en dérive une série d'impulsions de déclenchement régulières, qui déclenchent l'oscillateur de relaxation et le signal de sortie de l'oscillateur de relaxation est égal au signal de sortie délivré par le circuit de déclenchement de Schmitt. 20 On suppose maintenant que le système pénètre dans une section de temps au cours de laquelle l'amplitude de bruit est si grande que les passages de zéro sont manques, et qu'il en résulte une absence d'impulsion de déclenchement à l'entrée de l'oscillateur de relaxation. Toutefois, au moyen de ce qui vient d'être décrit, il y a une tension de référence délivrée à l'oscillateur de relaxa-25 tion, de telle sorte qu'il continue à engendrer des ondes carrées à une fréquence légèrement inférieure à la fréquence des impulsions de déclenchement entrantes précédentes. Quand les impulsions de déclenchement apparaissent de nouveau, elles prennent le contrôle de la fréquence de l'oscillateur de relaxation. Une manière d'extraire le signal de référence est maintenant décrite en • 30 référence avec la figure 6. L'onde (a) provient du circuit de déclenchement de Schmitt au moment du service, et on peut noter que la période est tout d'abord irrégulière. A l'instant fixé t^à partir du bord avant de l'impulsion positive, un condensateur situé dans un compteur positif-négatif PNM, figure 5, commence à se charger à partir de 0 volt, comme le montre l'onde (b). La charge est arrê-35 tée par le signal de sortie négatif du circuit de déclenchement de Schmitt, et la charge est ensuite maintenue. A l'instant t^, à partir du bord avant de l'impulsion négative délivrée par le circuit de déclenchement de Schmitt, un autre condensateur, situé dans un compteur négatifpositif NPM,commence à se charger à partir de 0 volt, comme le montre l'onde (c). La charge est arrêtée par l'impul-UO sion positive suivante du circuit de déclenchement de Schmitt et, à cet instant 72 09963 4 2130527 t , la tension obtenue sur les deux condensateurs est comparée par le compara-teur C, figure 5» Comme la tension est différente de la tension , le système conclut que T.^ est différent de T^, et les condensateurs sont déchargés pendant une période de temps inférieure à 5 Pour chaque bord positif, le processus se répète de lui-même et, à l'instant t^» la comparaison montre que les deux condensateurs ont atteint la même tension, c'est-à-dire v^ = v^. Les rapports de charge sont identiques, d'où on peut conclure que les durées et sont égales et qu'un fonctionnement régulier a été obtenu. Le premier condensateur est déchargé immédiatement afin qu'il soit 10 prêt pour le démarrage d'un nouveau cycle. Le second condensateur maintient une tension qui est mainte ant détectée par un extracteur de tension V , et utilisée £ pour commander le niveau de mémoire de tension de référence. Si cette mémoire ne maintient pas la valeur correspondante à v^, la tension de référence est corrigée en pompant de l'énergie de correction dans le dispositif mémoire de tension 15 de référence SD. Ce processus se répète de lui-même pour chaque partie positive du cycle. Si la durée positive -négative est égale à la durée négative-positive, le système est supposé être régulier et la tension de référence est mise à jour. Si la durée positive-négative diffère de manière significative par rapport à la durée 20 négative-positive, c'est-à-dire si les tensions correspondantes, obtenues par les deux condensateurs ne sont pas égales, cette période est ignorée et aucune correction n'est appliquée à la tension de référence. Pour retourner au fonctionnement décrit dans un environnement bruyant, quelques secondes après la mise en service le système est stabilisé, et si mainte-25 nant l'onde de la figure 3 est appliquée en provenance du circuit de déclenchement de Schmitt, une tension de référence s'établit en fonction de la fréquence de cette partie de l'onde où l'intervalle entre les passages par zéro est régulier. La fréquence naturelle de l'oscillateur de relaxation est presque aussi élevée que la fréquence d'entrée de l'oscillateur de relaxation, et est en conse-30 quence commandée par les impulsions de déclenchement de la figure U. Dans l'intervalle, toutefois, l'oscillateur de relaxation continue à osciller avec sa fréquence naturelle jusqu'à ce que les intervalles soient de nouveau réguliers et que des impulsions de déclenchement déclenchent l'oscillateur de relaxation. Les circuits d'extraction de la tension de référence décident qu'il y a des intervalles 35 réguliers, de telle sorte que la tension de référence peut être mise à jour. Un oscillateur de relaxation fonctionne, généralement, par la charge ou la décharge d'un réseau RC, avec une certaine constante de temps entre certains niveaux de tension de courant continu. Si l'amplitude des impulsions de déclenchement est faible par rapport à l'ondulation de la tension du réseau RC, le ^0 circuit offre également une immunité contre le bruit à haute fréquence, en ce sens 72 09963 5 2130527 que si le déclenchement entrant vient beaucoup plus tôt que l'espérait l'oscillateur de relation, il manque de déclencher l'oscillateur de relaxation. Ainsi, un effet semblable à celui du filtre- passe-bande de poursuite en résulterait. Par rapport au circuit de la figure 1, le montage de la figure 5 offre l'avan-5 tage que le bruit à haute fréquence est réduit, le bruit à basse fréquence est réduit en effet;dans une ambiance bruyante, le signal.de sortie à courant continu présente une précision excédant de beaucoup celle du circuit de la figure 1, mais elle est limitée à la précision des composants anologiques. Dans une ambiance exempte de bruit la précision est presque digitale, étant donné que la cadence 10 de sortie est commandée par la cadence d'entrée. En d'autres termes, quand le signal d'entrée est régulier, le signal de sortie le suit ; quand le signal d'entrée manque des passages par zéro, le signal de sortie à courant continu est maintenu presque à la valeur qui aurait existé si le signal d'entrée avait été régulier à la fréquence existant au cours des portions régulières de la période 15 de modulation. Sur la figure 7» il est représenté un circuit d'oscillateur de relaxation qui a été montré pour délivrer, comme signal de sortie, une onde carrée avec une amplitude constante, et avec une fréquence naturelle qui est commandée par la tension de référence ^ * Il est également montré que la fréquence du signal de sor-20 tie peut être maintenue légèrement plus haute que la fréquence naturelle pourvu que les impulsions de déclenchement soient appliquées avec une amplitude convenable. Dans le circuit représenté, la fréquence naturelle peut varier, comme le montre la figure 8, entre 1,5 KHz et 10 KHz, en appliquant une tension de courant continu v^n dans la région comprise entre 0,75 et 5 volts. 25 Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. 72 09963 6 2130527 revekdicatioks 1. Equipement de radar à modulation de fréquence et à onde entretenue, dans lequel la distance indiquée de la cible est fonction des passages par zéro du signal à fréquence de différence, caractérisé en ce qu'il comporte : 5 - un oscillateur d'où est dérivé le signal indiquant la distance ; - des premiers moyens répondant aux passages par zéro du signal à fréquence de différence, pour piloter normalement l'oscillateur à une cadence correspondante ; - des seconds moyens répondant à toute perte de passages par zéro du signal à fréquence de différence, pour piloter l'oscillateur à une cadence correspondant 10 sensiblement à celle existant immédiatement avant la perte . 2. Equipement de radar selon la revendication 1,. caractérisé en ce que - les premiers moyens répondent aux passages par zéro du signal à fréquence de différence, afin de déliver une série d'impulsions de déclenchement à une fréquence correspondante ; 15 - les seconds moyens répondent aux passages par zéro de la fréquence de différence, afin de maintenir la tension de référence à un niveau déterminé par la fréquence du signal de différence ; - l'oscillateur est constitué essentiellement par un oscillateur de relaxation ayant une fréquence pilotée déterminée par une série d'impulsions de déclenche- 20 ment, et une fréquence naturelle légèrement plus faible, déterminée par le niveau de la tension de référence. 3. Equipement de radar selon la revendication 2, caractérisé en ce que : - les premiers moyens comportent un bistable ayant une sortie reliée à un différenciateur à partir duquel sont dérivées les impulsions de déclenchement ; 25 - les seconds moyens comportent des moyens pour détecter le signal de sortie symétrique et asymétrique provenant du bistable ; - la tension de référence est corrigée seulement quand un signal de sortie symétrique est détecté.