Brevet FR2266179A1 — publié le 19751024

La présente invention concerne les radars de surface pour la surveillance d'aérodrome, appelés radars ASDE dans la littérature anglo-saxonne (Airport Surface Detection Equipment), La croissance du trafic aérien entraine une augmentation considérable des mouvements au sol sur un aérodrome (avions, autobus, camions-citernes etc..). I1 importe en cas de mauvaise visibilité de fournir aux contrôleurs de trafic au sol des moyens d'information permettant la surveillance fine de la surface de l'aéroport. Ceci est obtenu à l'aide de radars à haute résolution placés au sommet d'une tour bien dégagée et ayant un champ de vision embrassant la totalité des pistes, des voies de circulation et des aires de stationnement. La haute résolution de ces radars est obtenue grâce à la finesse du faisceau rayonné dans le plan horizontal (0,25 à 0,50) et à la brièveté de l'impulsion émise (20 à 100 ns). La visualisation des divers échos radar est faite sur l'écran d'un oscilloscope à balayage panoramique. L'image radar obtenue est comparable à une vue aérienne du paysage.Toutes les cibles fixes et mobiles, y compris le sol, donnent un écho, ce qui permet une représentation détaillée très complète de l'aéroport. Pour réaliser un faisceau très directif on est conduit à utiliser des antennes de grandes dimensions. Par ailleurs, si l'on veut que l'image obtenue sur l'écran soit dénuée de papillotement, il faut renouveler rapidement les échos relatifs aux cibles détectées, plus de dix fois par seconde. On doit donc faire tourner une grande antenne à vitesse élevée, ce qui pose des problèmes d'ordre mécanique difficiles à résoudre. Pour ramener l'antenne à des dimensions plus faibles, on est conduit à réduire la longueur d'onde et à utiliser des radars en ondes millimétriques. biais ceci conduit à des difficultés. En effet, la propagation des ondes à de telles fréquences est très affectée par les phénomènes météorologiques, en particulier la pluie. Par ailleurs, la fiabilité des tubes d'émission en ondes millimétriques n'est pas très bonne. Il faut aussi noter que ce type de radar donne simultanément un très grand nertre d'informations (cibles mobiles mais aussi batiments, réservoirs, etc... et même banquattes herbeuses). L'observation sur un même ecran de tous ces échos est très fatigante.Enfin ces radars ne sont pas pourvus de dispositif d'extraction, ce qui les rend incompatibles avec des dispositifs de traitement de données et des procédés modernes de visualisation synthétique Un objet de l'invention est donc de remédier à ces inconvénients grâce à l'utilisation d'un radar à halte résolution djnc l'antenne tourne à vitesse relativement lente. Ceci permet 3'adoption, sans problèmes mécaniques difficiles à resoudre, d'un e antenne de relativement grandes dimensions et donc d'une longueur d'onde centimétrique beaucoup moins sensible aux conditions atmosphériques et pour laquelle des composants beaucoup plus fiables sont disponibles. Un autre objet de ltinvention est un radar du type indiquè ci-dessus muni d'un extracteur permettant la mise en mémoire des données relatives aux cibles détectées et ainsi leur lecture et visualisation, par exemple de type télévision, absente de papillotement en lumière du jour. Selon l'invention, il est prévu un radar de surface pour a surveil- lance d'un aéroport comprenant une antenne tournante d'émission-réception, un émetteur et un récepteur radar fournissant un signal video caractérisé es - qui comprend en outre, d'une part un dispositif extracteur comportant une mémoire tampon pour enregistrer les informations déduites dudit signal video par intégration et des moyens pour n'utiliser que les informations intéressan- tes relatives aux cibles situées dans des zones prédéterminées en fonction de leur position géographique et d'autre part des moyens de visua1sstlon recevant lesdites informations intéressantes et comprenant une mémoire ses cibles a afficher sur un écran de télévision pour enregistrer la présence sm des cibles suivant des coordonnées fournies par un convertisseur de cooréonnées effectuant la conversion entre coordonnées radar et coordonnées télévision, un dispositif à mémoire des contours fixes du paysage de l'aéroport et un mélangeur video pour transmettre au système d'affichage télévision les signaux lB5 dans la mémoire de cibles à afficher et fournis par le dispositif i mémoire des contours en synchronisme avec le balayage télévision. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques appa- raîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints où : - la figure 1 est un schéma très général du rader selon l'invention ; - la figure 2 est un schéma des circuits d'extraction et de visualisation du radar selon l'invention ; - la figure 3 représente un diagramme explicatif de la conversion de coordonnées utilisée - la figure.4 est une partie agrandie de la figure 3 - la figure 5 représente une variante d'un élément du radar selon l'invention et - la figure 6 est le schéma d'une variante des circuits d'extraction du Radar selon l'invention. Sur la figure i est représenté très schématiquement un radar de face selon l'invention tel que défini ci-dessus. Il comporte une antenne 1 et un ensemble émetteur-récepteur classi- que 2 à haute résolution. Les dimensions de l'antenne sont choisies pour per mettre l'obtention d'un faisceau fin ayant par exemple une ouverture de l'ordre de 0,30 et sa vitesse de rotation est choisie de façon que d'un passage de l'antenne au suivant les cibles les plus rapides ne se soient pas déplacées d'une quantité sensiblement supérieure à leur dimension propre. Le signal video SV fourni est envoyé à un extracteur 3 à mémoire tampon qui permet de procéder à un échantillonnage fin, une intégration et une mise en mémoire dont les informations sont "rafraichies" à chaque tour d'antenne.Le paysage radar ainsi enregistré est lu -et visualisé à l'aide d'un dispositif de visualisation 4 utilisant des procédés de télévision pour permettre une représentation en lumière du jour exempte de papillotement. Bien entendu, les différents signaux de synchronisation radar SyR sont fournis aux dispositifs 3 et 4. La figure 2 représente plus en détail les dispositifs 3 et 4. Le signal video SV est envoyé à un circuit échantillonneur-codeur 5 recevant les signaux d'horloge H nécessaires. Ce circuit 5 effectue un échantillonnage fin du signal (par exemple mille échantillons pour une.direction radiale donnée et une portée de l'ordure de 5 km) et un codage. Les informations numériques obtenues sont enregistrées dans une mémoire tampon 7 après intégration grâce au circuit additionneur 6, ce qui augmente la sensibilité du radar. En effet, compte tenu de l'étendue angulaire du faisceau d'antenne un certain nombre d'impulsions échos est reçu d'une même cible ponctuelle. On effectue donc une intégration des informations sur ce nombre de périodes de répétition.Pour cela, la sélection des points de mémoire à l'enregistrement et à la lecture dans la mémoire 7 s'effectuant sous la commande de la distance p de la tranche de distance en cours d'analyse et de la position angulaire e de l'antenne, l1infor- mat ion lue dans la mémoire en un point de mémoire donné est envoyée à l'additionneur 6 (ceci étant indiqué par la lettre L dans la mémoire 7) où elle est additionnée à la valeur du nouvel échantillon de signal correspondant à ces mimes coordonnées p, e pour la période de répétition en cours, puis la somme obtenue est réenregistrée dans le même point de mémoire de la mémoire tampon 7 (opération schématisée par la lettre E). Il est bien évident que toutes ces opérations sont classiques dans la technique des mémoires et on n'a donc pas représenté les divers circuits permettant de les réaliser et qui sont à la portée de l'homme de l'art. La mémoire 7 est une mémoire vive. Pour diminuer le volume nécessaire pour cette mémoire du fait du nombre élevé de cellules élémentaires analysées par le radar selon l'invention, on ne procède à 11enregis- trement effectif des informations que pour un nombre limité de cellules élémentaires prédéterminées dans lesquelles on estime que peuvent se situer des cibles intéressantes.Celles-ci ne couvrent par exemple que 1 à 2 Z de la surface totale couverte par le radar, d'où une économie très importante sur le nombre de bits de la mémoire tampon 7, seuls les points de mémoire correspondant auxdites cellules prédéterminées étant cblés. Ces cellules ont été prédéter- minées en fonction de la configuration de l'aéroport surveillé. Ce sont celles où peuvent se situer des cibles intéressantes, c'est-à-dire celles couvrant les pistes, voies d'accès et aires de stationnement.Les informations après intégration sont extraites de la mémoire 7 et passent par un circuit de décision à seuil 8 dont le seuil réglable est commandé par un signal S en fonction, en particulier, de la probabilité de détection et de la probabilité de fausse alarme qui ont été choisies. De plus, le niveau de ce seuil peut être modifié si l'on adjoint au circuit de décision 8 une mémoire de seuils programmés 9. Cette mémoire est une mémoire morte adressée par les coordonnées p et 9 de la cellule en cours d'analyse et, indiquant la modification à apporter au seuil, ce qui peut être le cas par exemple d'une cellule élémentaire intéressante dont une partie est occupée par une banquette herbeuse par exemple dont on veut atténuer ou supprimer l'écho. Le circuit de décision 8 fournit donc un signal indiquant une cible ou non suivant que la cellule élémentaire de coordonnées p, e correspondante fournit ou non un signal supérieur au seuil. Ce signal de cible est ensuite transmis à une interface de visualisation permettant la représentation sur écran de télévision.Cette interface comprend une mémoire des cibles à afficher 11 dont ltadressage à l'enregistrement est commandé par les coordonnées télévision x, y fournies par un convertisseur de coordonnées 12 recevant les coordonnées radar p, e de la cellule correspondant au signal à enregistrer. La conversion de coordonnées à effectuer se déduit aisément de la figure 3 représentant l'image de télévision (coordonnées x, y) et la zone couverte par le radar R en coordonnées p et O. On a donc dans la mémoire 11 l'image radar inscrite en coordonnées permettant la visualisation sur un écran de télévision. La lecture de cette mémoire s'effectue au rythme des signaux de synchronisation ligne et trame du balayage télévision (signaux SyTV). Ainsi l'image est présentée vingt-cinq fois par seconde (cinquante demi-trames entreiacées) par l'intermédiaire d'un mélangeur video 13 qui permet de superposer à l'image radar les contours des pistes, des voies de circulation et des principales constructions de l'aéroport fournies par un dispositif à mémoire morte 14 également adressé sous la synchronisation des signaux SyTV.Ce dispositif peut être par exemple du type décrit dans la demande de brevet fraisais n0 72 10395 déposée le 24 Mars 1972 par la demanderesse. Cette solution est très souple car elle permet soit de souligner les contours importants, soit de les présenter en des couleurs différentes etc... et de plus on a éliminé ainsi tous les détails inutiles et fatigants pour le controleur. I1 est clair que les informations de la mémoire 7 sont rafratchies à chaque tour d'antenne de même que les informations de la mémoire 11, c1 est-à-dire toutes les secondes environ.Ainsi le temps alloué au traitement de chaque information extraite de la mémoire 7 est d'environ une seconde puisque cette information n'est raf raîchie qu'à chaque tour de l'antenne. On prévoira évidemment des circuits horloge de commande de l'adressage par p, e de chacune des mémoires 7 et 9 et du convertisseur 12 de manière décalée convenablement pour mettre à profit le temps de traitement disponible. Naturellement l'utilisation d'une mémoire tampon a aussi l'avantage qu'on peut prévoir une liaison à la sortie du circuit 8 avec un calculateur de gestion. On peut aussi prévoir un mode simplifié d'affichage sur un oscilloscope du type PPI renouvelant ses images par exemple vingt-cinq fois par seconde pour éviter le papillotement.Bien entendu, également on peut ensuite adjoindre à la mémoire des cibles 11 des dispositifs de traitement de données divers tels qu'un processeur de poursuite automatique et générateur d'étiquettes d'identification des avions 15 qui permet de suivre un avion dans ses déplacements sur l'aéroport et de lui attribuer une identification apparaissant sur l'image télévisée et suivant l'avion dans toutes ses évolutions. Une difficulté peut se présenter pour ltenregistrement des informations dans la mémoire 11 des cibles à afficher. En effet, si l'on choisit, comme c'est le cas de préférence, les dimensions constantes de la cellule élémentaire de l'image télévisée de l'ordre de celles de la cellule élémentaire du radar à son maximum de portée, il est clair que, à proximité du radar, la cellule élémentaire de limage télévisée Cxy contiendra de nombreuses cellules élémentaires radar dont la largeur diminue à mesure qu'on se rapproche du radar R (figure 4). Sur cette figure sont représentés les différents secteurs angulaires explorés successivement par le radar pour des valeurs successives 61, 02... de la position angulaire e de l'antenne. Chaque cellule élémentaire pour laquelle on a supposé qu'une cible était présente a été marquée d'un point. On voit donc qu'une cible devrait etre affichée pour la cellule Cxy. Nais, du fait des procédés habituels d'enregistrement dans une mémoire, où l'information nouvelle efface l'information précédente lors de ltenregistrement, il est clair que pour la cellule élémentaire Cxy la dernière information qui subsistera et qui sera celle affichée ultérieurement, sera celle fournie par la dernière cellule élé- mentaire radar explorée correspondant à Cxy, c'est-à-dire la cellule p4, 64. La cellule élémentaire Cxy sera donc afficher sur l'écran de télévision comme ne contenant pas de cible, ce qui est erroné. Pour pallier cet inconvénient, on peut utiliser la variante de la figure 5. Le principe utilisé est de séparer dans la mémoire 11 les opérations d'efFacement et d'enregistrement. Or. utilise alors un adressage séparé pour commander l'effacement des cellules x, y.Four cela le convertisseur de coordonnées 12 de la figure 2 est remplacé par deux convertisseurs identiques 120 et 121 dont l'un, 120 destiné à comander la sélection à l'enregistrement est identique au convertisseur 12 et commandé de la même manière par les coordonnées #, 6 et dont l'autre, 121 assure l'effa- cement des informations anciennes avant l'enregistrement nouveau grâce au fait qu'il est commandé par les coordonnées p, 6 + e où la valeur E est ajoutée @ @ par le circuit 122.La valeur e prédéterminée est choisie suffisamment grande pour que près du radar l'effacement ne porte déjà plus sur une cellule qui commence à être analysée par le faisceau de l'antenne du radar (c'est le sas de 61 et 61 + E sur la figure 4). Bien entendu, sur cette figure 4 les propor- tions n'ont pas été respectées pour la clarté du dessin. Ainsi La première cellule élémentaire radar contenue dans la cellule Cxy qui présentera une cible imposera l'enregistrement d'une cible pour toute la cellule Cxy jusqu'à l'effacement du tour d'antenne suivant. La figure 6 représente le schéma d'une variante des circuits d'ex traction.Cette variante utilise pour une partie un traitement du signal de type connu à deux mémoires utilisées alternativement pour la lecture et l'écriture. Un tel procédé est décrit par exemple dans le brevet francais 1.438.257. Chaque mémoire 21 ou 22 est utilisée pour l'enregistrement des échantillons correspondant à une seule valeur de direction radiale, puis pour la valeur suivante de 6 le circuit d'aiguillage 20 se commute snr autre némoire. Ainsi pour une valeur quelconque 61 de la position angulaire d'antenne, le circuit 20 reliera par exemple l'additionneur 6 à la mémoire 21 adressée par la coordonnée P.Cette mémoire enregistrera avec intégratica les informations de la même façon que dans le cas de la mémoire 7 de la figure 2, excepté que les informations provenant de toutes les cellules élémentaires correspondant à cette direction radiale seront enregistrées sans exception Pendant ce- temps la mémoire 22 sera lue. Dès que la valeur 61 changera pour prendra la valeur 62 suivante, le circuit 20 reliera l'additionneur 6 et la mémoire 22 pour l'enregistrement dans cette direction radiale. Pendant ce temps la mémoire 21 sera lue et les échantillons successifs transmis par le circuit OU 23 au circuit de décision à seuil 8 commandé par la mémoire des seuils programmés 9.Le signal de présence de cible est ensuite transmis à un dispositif de validation comprenant un circuit d'autorisation 24 commandé par une mémoire syrte 25 de validation adressée par les coordonnées p, 6 de la cellule dent ca traite 1 signal. Dans cette mémoire sont inscrites les celles intéressantes -dont on désire conserver et afficher le signal de cible. Cette inscription peut steffec- tuer sous la forme de un bit pour chaque cellule dont la valeur I autorise le transfert du signal de présence de cible vers l'interface de visualisation et la valeur 0 irinterdit ; ou-bien,on peut utiliser plusieurs bits pour chaque cellule, ce qui permet de commander l'intensité du point lumineux correspondant à la cellule considérée sur l'image télévisée. On peut ainsi "effacer't dans le paysage radar toutes les informations qu'on juge inutiles ou superflues. On pourrait en variante grouper en un seul dispositif les dispositifs à seuil 8, 9 et de validation 24, 25 et en particulier utiliser une seule mémoire morte remplaçant les mémoires 9 et 25. On peut aussi d'ailleurs supprimer provisoirement le dispositif de validation si lton désire afficher tous les détails du paysage radar. Comme on le voit, la solution décrite sur la figure 6 permet l'utilisation de mémoires tampon beaucoup moins importantes que dans le cas de la figure 2 puisque celles-ci ne doivent pouvoir enregistrer que mille échantillons chacune par exemple, si l'on utilise mille cellules élémentaires par direction radiale. Par contre le temps disponible pour le traitement ultérieur est beaucoup plus court puisqu'on ne dispose pour vider une mémoire 21 ou 22 de ses informations que du temps d'exploration par le radar de la direction radiale suivante, c'est-à-dire une quinzaine de périodes de répétition du radar par exemple. Si l'on veut disposer de davantage de temps, on conçoit que l'on puisse utiliser plus de deux mémoires élémentaires que l'on utilise successivement à l'enregistrement par permutation circulaire. Bien entendu l'lnvention n'est nullement limitée aux exemples de réalisation décrits. REVENDICATIONS 1. Radar de surface pour la surveillance d'un aéroport comprenant une antenne tournante d'émission-rdeeption, un émetteur et un récepteur radar fournissant un signal video caractérisé en ce qu'il comprend en outre d'une part un dispositif extracteur comportant une mémoire tampon pour enregistrer les informations déduites dudit signal video par intégration et des moyens pour n'utiliser que les informations intéressantes relatives aux cibles situées dans des zones prédéterminées en fonction de leur position géographique et d'autre part des moyens de visualisation recevant lesdites informations intéressantes et comprenant une mémoire des cibles à afficher sur un écran de télévision pour enregistrer la présence ou l'absence des cibles suivant des coordonnées fournies par un convertisseur de coordonnées effectuant la conversion entre coordonnées radar et coordonnées télévision, un dispositif à mémoire des contours fixes du paysage de l'aéroport et un mélangeur video pour transmettre au système d'affichage télévision les signaux lus dans la mémoire de cibles b afficher et fournis par le dispositif à mémoire des contours en synchronisme avec le balayage télévision. 2 Radar selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits moyens pour n'utiliser que les informations intéressantes consistent en ce que seuls, les points de mémoire de ladite mémoire tampon correspondant auxdites zones prédéterminées sont prévus pour pouvoir enregistrer des informations. 3. Radar selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits moyens pour n'utiliser que les informations intéressantes comprennent un dispositif de validation des informations lues dans la mémoire tampon comprenant une mémoire de validation adressée par les coordonnées radar en synchronisme avec la lecture de la mémoire tampon et un circuit d'autorisation ne transmettant lesdites informations lues dans la mémoire tampon que lorsqu'un signal d'autorisation est fourni par ladite mémoire de validation. 4. Radar selon la revendication 3 caractérisé en ce que ladite mémoire tampon est constituée par au moins deux mémoires élémentaires utilisées alternativement en lecture et en enregistrement au rythme de l'exploration par le radar des directions radiales successives. 5. Radar selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 4 caractérisé en ce que ledit convertisseur de coordonnées fournissant les signaux d'adressage pour l'enregistrement dans ladite mémoire des cibles à afficher comprend un premier convertisseur de coordonnées pour l'adressage lors de l'enregistrement desdites cibles et un deuxième convertisseur de coordonnées décalé par rapport au premier pour commander l'effacement dans ladite mémoire des cibles avant l'inscription sous la commande du premier convertisseur de nouvelles informations. 6. Radar selon itune quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5 caractérise en ce que les informations lues dans la mémoire tampon sont d'abord envoyées a un circuit de décision à seuil dont le seuil réglable est commande à partir d'une mémoire morte adressee par les coordonnées radar et dans laquelle sont enregistrées les variations de seuil à appliquer en fonction des zones analysées.