Brevet FR2303298A1 — publié le 19761001

La présente invention concerne un dispositif de poursuite en distance dans un système de traitement du signal radar et plus particulièrement dans un tel système un dispositif de poursuite constitué par une boucle de poursuite du second ordre. Dans la plupart des applications de poursuite d'un écho radar on utilise un circuit de poursuite automatique de l'écho d'une cible qui est basé sur le principe de la porte en distance déplaçable. Ce principe est exposé aux pages 189 et 190 du livre intitulé "Introduction to Radar Systems" de Merrill I. Skolnik, édité par McGraw-Rill Book Company en 1962. On rappellera brièvement en quoi consiste ce principe. Deux portes en distance adjacentes sont utilisées dont l'une est dite "porte avancée" et l'autre "porte retardée". Selon la position relative des deux portes à un instant donné, l'énergie du signal reçue par une porte est supérieure, égale ou inférieure à l'énergie du signal reçue par l'autre porte.En effectuant la différence des signaux de sortie de -l'une et l'autre porte il en résulte un signal d'erreur qui peut alors etre utilisé pour repositionner le côté commun aux deux portes car l'amplitude de ce signal d'erreur est une mesure de la différence dans le temps entre le centre de l'impulsion reçue et ledit cOté commun aux deux portes. Le signe de ce signal d'erreur détermine le sens dans lequel les portes doivent etre déplacées à l'aide d'un circuit de réaction. le signal d'erreur doit etre nul lorsque les portes sont centrées sur l'impulsion reçue.Un exemple de boucle de poursuite a été décrit dans le brevet français 70 32847 déposé par la demanderesse le 10 Septembre 1970 sous le titre "Perfectionnements aux radars de surveillance de zpnes telles qu'une piste d'aérodrome". Dans l'exemple de réalisation décrit dans ce brevet, notamment à la figure 3, la boucle de poursuite est constituée par deux portes en distance, un calculateur de quotient des signaux de sortie desdites portes en distance et un circuit dit "de poursuite en distance" qui applique aux portes en distance un signal de correction de centrage. La vitesse des cibles poursuivies pouvant varier dans une très large garnie de valeurs, le temps de renouvellement de l'information peut ne plus fournir un échantillonnage assez serré de terreur en distance. C'est pourquoi la boucle de poursuite est préférablement une boucle du seçond ordre dexmanière que les portes en distance soient alors animées d'une vitesse égale à celle de la cible poursuivie. Un objet de la présente iovention est donc: un dispositif permettant la poursuite en distance d'un écho radar avec une grande précision et pour une très grande gamme de vitesses de la cible poursuivie. Dans le cas oW le radar émet un signal semi-continu auquel est superposée, pour une mesure précise de la distance, une modulation, par exemple une modulation de phase sur un code pseudo-aléatoire, il peut arriver que pour des vitesses élevées de la cible, l'effet Doppler agisse sur cette modulation de telle sorte que le décodage de l'information reçue présente une erreur égale ou mEme supérieure à un moment du code. On conçoit qu'il est alors nécessaire que la boucle de poursuite tienne compte de l'erreur résultant de l'effet Doppler. Or la plupart des boucles de poursuite en distance utilisent des techniques analogiques qui ne permettent pas de résoudre ce problème. Aussi un autre objet de la présente invention est un dispositif de poursuite en distance d'un écho radar permettant de corriger l'erreur introduite par l'effet Doppler sur la modulation du signal émis par le radar. Selon une caractéristique de l'invention le dispositif de poursuite en distance d'un écho radar est une boucle du second ordre qui comprend - deux portes en distance adjacentes qui reçoivent le signal vidéo radar et dont les instants d'ouverture et de fermeture sont déterminés à partir du signal d'erreur de ladite boucle; - un circuit calculateur de quotient qui délivre le quotient de la différence des signaux de sortie desdites portes en distance par la sonne de ces deux signaux; - un circuit intégrateur auquel est appliqué le signal de sortie dudit circuit calculateur de quotient; - un générateur, de réalisation essentiellement numérique, qui délivre un signal dont la fréquence est égale à la somme d'une fréquence de référence et d'une fréquence variable qui est fonction du signal de sortie dudit circuit intégrateur; et - un circuit compteur-décodeur qui détermine le retard à appliquer auxdites por tes en distance à partir du signal de sortie dudit générateur. Selon une autre caractéristique de l'invention ledit générateur numéurique comprend - un convertisseur analogique-numerique donnant la valeur numérique du signal de sortie dudit intégrateur; - un circuit additionneur et un registre associé, ledit circuit additionneur réalisant, à chaque période d'un signal d'horloge, la sone de ladite valeur numérique donnée par le convertisseur et du contenu dudit registre associé lequel contenu étant égal au signal de sortie dudit circuit additionneur à la période précédente; - une mémoire morte qui fait correspondre à chaque valeur contenue dans ledit registre les valeurs codées des sinus et cosinus de ladite valeur contenue dans le registre; - un circuit de conversion qui fournit les valeurs analogiques des valeurs délivrées par ladite mémoire morte; et - un circuit mélangeur de fréquences recevant d'une part les valeurs analogi ques fournies par ledit circuit de conversion et d'autre part un signal de fréquence de référence et délivrant un signal dont la fréquence est égale à la somme de ladite fréquence de référence et de celle du signal dont lesdites valeurs analogiques constituent les échantillons. D'autre objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparattront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation particulier, ladite description étant faite à titre exemple, sans que cela soit limitatif de l'invention et en relation avec les dessins joints parmi lesquels : - la figure 1 représente un schéma classique de boucle de poursuite en distance du second ordre; - la figure 2 représente un exemple de réalisation permettant d'effectuer la deuxième intégration et la conversion distance-temps dans la boucle de pour suite de la figure 1; - la figure 3 est un schéma de principe du générateur à fréquence variable du dispositif selon l'invention; - la figure 4 est un schéma montrant plus spécialement la partie numérique du dispositif selon l'invention. Le schéma de la figure 1 montre une boucle de poursuite classique qui permet en particulier la poursuite en distance automatique d'un écho reçu par un radar. On se référera toujours dans la suite de la description à cette figure et on rappellera brièvement les résultats importants relatifs aux systèmes de poursuite automatique d'une grandeur et notamment de l'information distance dans un système radar. La théorie des boucles de poursuite montre que pour une simple boucle, c'est-à-dire une boucle ne comprenant pas de circuit intégrateur, le signal d'erreur- mesurant l'écart entre l'impulsion reçue et l'impulsion de poursuite ne peut jamais etre nul et est en outre proportionnel à la distance mesurée. On peut obtenir l'annulation de ce signal d'erreur à l'aide d'une boucle à simple integration mais le signal d'erreur est alors proportionnel à la vitesse de l'écho poursuivi. Cette erreur est alors appelée "erreur de trai nage". Une seconde intégration permet d'annuler cette erreur et l'on obtient le schéma de la figure 1. Le signal vidéo fourni par le radar (non représenté) est appliqué à deux portes en distance 1 et 2 dont les signaux de sortie sont les signaux d'entrée d'un circuit calculateur de quotient 3. Le signal délivré par le circuit calculateur de quotient 3 est intégré une première puis une deuxième fois dans des circuits intégrateurs 4 et 5 respectivement.Comme on le verra plus loin la sortie du second circuit intégrateur 5 est représentative de la distance; cette information de distance D est convertie, par un circuit de conversion distance-temps 6, en une information de temps qui, appliquée a un générateur de créneaux 7, permet de générer une impulsion de poursuite apte a commander les deux portes en distance 1 et 2. Les deux portes 1 et 2 permettent le passage de la portion d'impulsion qui cotncide avec le temps d'ouverture de chacune d'elles. Comme les deux portes sont adjacentes, l'énergie reçue par l'une n'est égale à l'énergie reçue par l'autre que lorsque ladite impulsion est exactement centrée sur les deux portes. Dans le cas contraire il existe une différence qui est une mesure de l'écart entre la distance de l'écho et celle de l'impulsion de poursuite. Cette mesure est donnée par le circuit 3 qui effectue le calcul du quotient de la différence des énergies reçues par les deux portes en distance par la somme de ces éner- gies. le signal de sortie du circuit calculateur de quotient 3 est donc bien représentatif de l'erreur de centrage de la boucle de poursuite et cela quelle que soit l'amplitude du signal reçu. Ce signal d'erreur fourni par le circuit 3 est assimilé à une accélération qui, après une double intégration par les circuits intégrateurs 4 et 5, donne l'information de distance D.Cette distance est ensuite convertie, par le circuit 6, en un temps qui, appliqué au générateur de créneaux 7, permet de générer l'impulsion de poursuite; c'est-à-dire déterminer l'instant d'ouverture desdites portes en distance 1 et 2. Les fonctions d'intégration (circuit 5) et de conversion distancetemps (circuit 6) peuvent etre assurées par un dispositif tel que celui de la figure 2. Le signal de sortie v du premier circuit intégrateur 4 de la boucle de poursuite (figure 1) est représentatif de la vitesse de l'écho poursuivi. Ce signal de vitesse v commande un oscillateur variable (V.C.O.) 51 dont le signal de sortie est appliqué à un ensemble de compteurs 61. L'information de distance est obtenue par comptage des cycles du signal de sortie de l'oscilla- teur variable 51 pendant un temps donné. Un tel dispositif est décrit dans l'article "Building a range tracker with digital circuits" par Edwin Drogin paru dans la revue "Electronics" du 27 mars 1972. La valeur du décalage à appliquer à l'impulsion de poursuite peut etre obtenue par comparaison du contenu du compteur avec le contenu obtenu au cycle d'integration précédent. Un circuit décodeur 62 permet d'obtenir le signal à appliquer au générateur de créneaux 7 pour. générer ladite impulsion de poursuite. Dans le cas où le radar emet un signal semi-continu auquel est superposée une modulation, par exemple une modulation par sauts de phase sur un code aléatoire, il arrive, ainsi qu'il a été dit précédemment et notamment pour des vitesses élevées de l'objet poursuivi, que la démodulation du signal reçu par ledit radar soit entachee d'une erreur due à l'effet Doppler. Dans l'exemple considéré d'une modulation par sauts de phase sur un code pseudo-aléatoire, on peut enregistrer un écart d'un ou plusieurs moments entre la modulation du signal émis et celle du signal reçu par le radar. Il y a en fait soit contraetion soit dilatation de l'échelle des temps selon le sens du mouvement de l'objet poursuivi.Il est donc nécessaire que la conversion distance-temps effectuée dans la boucle de poursuite puisse tenir compte de ce fait et cela est réalisé avec le dispositif selon l'invention ainsi qu'on le verra en relation avec les figures 3 et 4. te schéma de la figure 3 est un schéma explicatif qui permet de mieux définir le problème posé et de mieux comprendre la solution apportée par l'invention. On a vu ci-dessus que la tension v, qui est le signal de sortie du premier circuit intégrateur 4 (figure 1), est représentative de la vitesse de la cible poursuivie. Cette tension v est appliquée à un oscillateur commandé en tension (V.C.O) 51 lequel délivre un signal de fréquence f qui est fonction de la tension v. Ce signal de fréquence f est appliqué à un circuit mélangeur de fréquence 71 qui reçoit par ailleurs un signal de fréquence de référence fo et fournit unsignal résultant de fréquence f+fo.Cedit signal résultant est alors appliqué à une channe de compteurs et a un circuit décodeur 72 de façon à générer l'impulsion de poursuite.Si le signal radar a la fréquence fo, la boucle de poursuite ainsi constituée (figure 3) réalise bien une modification de l'échelle des temps dans le rapport : fo ^ On conçoit alors que ai dans la relation liant f+fo les grandeurs v et f, soit : f = k.v, on choisit k de façon que f satisfasse la relation suivante : f = 2V fo; (ot v est la vitesse de la cible et c la vitesse c de la lumière), la modification réalisée sur l'échelle des temps correspond alors à l'effet Doppler.Cependant la mise en oeuvre de ce dispositif suppose que l'on puisse disposer d'un oscillateur commandé en tension dont le signal de sortie varie de manière continue, sous le contrôle d'une tension de commande, entre une valeur négative et une valeur positive. Or on ne sait pas réaliser, sous forme analogique, un tel oscillateur dont la fréquence de sortie varie sJr une large gamme de valeurs, ces valeurs pouvant être positives ou même négatives ou nulle. C'est pourquoi il est proposé, selon l'invention, un dispositif numé- rique permettant la génération d'un signal de fréquence f+fo, où fo est une fréquence de référence très stable et f une fréquence variable sur une large gamme de valeurs positives, négatives ou nulle. Le dispositif proposé est représenté à la figure 4. La tension de vitesse v fournie par le premier circuit integra- teur 4 de la boucle de poursuite (figure 1) est convertie en une grandeur numérique par le circuit de conversion analogique-numérique 81. La sortie du circuit de conversion 81 est appliquée à un circuit additionneur à N bits 82. Ce circuit additionneur est bouclé par l'intermédiaire d'un registre 83 et il est contrôlé par un signal d'horloge At. La sortie du registre 83 est appliquée à l'entrée d'une mémoire morte 84 qui fait correspondre à chaque valeur d'en trée le sinus et le cosinus de cette valeur. Un circuit de conversion numérique analogique 85 fournit les valeurs analogiques qui correspondent aux valeurs codées desdits sinus et cosinus fournies par ladite mémoire morte 84. Un circuit mélangeur 86 fournit, à partir d'un signal de fréquence fo et desdites valeurs analogiques qui représentent les composantes d'un signal de fréquence f, un signal de sortie de fréquence f+fo. On va étudier ci-après le fonctionnement du dispositif de la figure 4. Le circuit 81 réalise la conversion de la grandeur analogique v en une grandeur numérique; soit K cette grandeur numérique. Le registre 83, associé au circuit additionneur 82 fournit toutes les At secondes une valeur numérique a N bits qui est égale à la valeur contenue dans ledit registre au cycle précédent augmentée de ladite grandeur numérique K. La capacité du circuit additionneur 82 et du registre 83 étant limitée par le nombre de bits choisi, il y a dépasse 2N ment de capacité au bout d'un temps T = r .At. Les différentes valeurs obte- nues à la sortie du registre 83 sont alors considérées conne autant d'adresses pour la mémoire morte 84 auxquelles correspondent en sortie de ladite mémoire les valeurs des sinus et cosinus des valeurs appliquées à son entrée.Ainsi les circuits 82 et 83 fournissent à la cadence Qt des valeurs numériques représentant les phases successives d'un signal sinusordal et la mémoire morte 84 délivre pour chaque phase l'amplitude correspondante dudit signal sinusordal. On comprend alors aisément qu'en modifiant l'incrément du circuit additionneur 82, c'est-à-dire en faisant varier K, on fait varier proportionnellement l'écart de phase entre deux valeurs successives en sortie du registre 83 et par suite la fréquence du signal sinusoSdal dont la mémoire morte 84 donne les valeurs échantillonnées.Ces valeurs échantillonnées sont des valeurs numériques et le circuit de conversion 85 fournit les grandeurs analogiques correspondantes. les circuits 81 a 85 permettent donc de générer à partir de la tension de vitesse v, un signal sinusoïdal dont la fréquence est proportionnelle à ladite tension de vitesse. Ce signal est alors appliqué au circuit mélangeur 86 qui reçoit par ailleurs le signal a fréquence de référence fo. Ce signal à fréquence de refév rence est d'abord déphasé dans les circuits déphaseurs 87 et 88 en parallèle. ledit circuit mélangeur réalise le calcul suivant sin 2r fo t .cos + + cos 2s fo t . sin b ou encore : sin(2s fo t + 9), en posant + la phase dont la mémoire morte 84 donne les valeurs sinus et cosinus. Le signal de sortie dudit circuit mélangeur 86 apparait donc comme constitué par un signal à la fréquence fo dont la phase est modifiée par incrément de A à la cadence At. Le dispositif selon la présente invention est particulièrement avantageux dans le domaine radar, mais bien qu'il ait été décrit dans le cadre de cette application particulière il est clair que ladite description est donnée à titre d'exemple et qu'elle est susceptible d'autres modifications ou variantes sans sortir du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de poursuite en distance d'un écho radar constitué par une boucle du second ordre et caractérisé en ce qutil comprend - deux portes en distance adjacentes recevant le signal vidéo radar et dont les instants d'ouverture et de fermeture sont déterminés å partir du signal d'erreur de ladite boucle; - un circuit calculateur de quotient qui effectue le quotient de la différence des signaux de sortie desdites portes en distance par la somme de ces deux signaux; - un circuit intégrateur auquel est appliqué le signal de sortie dudit circuit calculateur de quotient;; - un générateur à fréquence variable, de réalisation essentiellement numérique, qui délivre un signal dont la fréquence est égale à la somme d'une fréquence de référence et d'une fréquence variable qui est fonction du signal de sortie dudit circuit intégrateur; et - un circuit compteur-décodeur qui détermine le retard à appliquer auxdites portes en distance à partir signal de sortie dudit générateur à fréquence variable. 2. Dispositif de poursuite selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit générateur à fréquence variable comprend - un premier circuit de conversion analogique-numérique donnant la valeur numérique du signal de sortie dudit circuit intégrateur; - un circuit additionneur associe a un registre; ledit circuit additionneur réalisant, à chaque période d'un signal d'horloge, la somme de ladite valeur numérique donnée par ledit premier circuit de conversion et du contenu dudit registre associé lequel contenu étant égal'au signal de sortie dudit circuit additionneur à la période précédente dudit signal d'horloge; - une mémoire morte qui fait correspondre à chaque valeur contenue dans ledit registre associé les valeurs codées des sinus et cosinus de ladite valeur contenue dans le registre; - un second circuit de conversion qui fournit les valeurs analogiques desdites valeurs codées délivrées par ladite mémoire morte; et - un circuit mélangeur de fréquences recevant d'une part lesdites valeurs analo giques fournies par ledit second circuit de conversion, d'autre part un signal à fréquence de référence et délivrant un signal dont la fréquence est égale à la somme de ladite fréquence de référence et de celle du signal dont lesdites analogiques constituent les échantillon,