Brevet FR2381318A1 — publié le 19780915

La présente invention concerne un dispositif de traitement de signaux radars. Les radars de surveillance de terrain sont utilisés par les avions en vol pour indiquer leur altitude relative par rapport au terrain au-dessus duquel ils évoluent. Cette détermination d'altitude relative peut être réalisée en définissant une altitudesol nominale pour l'avion, et en affichant différemment les échos correspondant une altitude-sol supérieure, et ceux correspondant une altitude-sol inférieure. Par exemple, les échos du premier type peuvent être affichés avet une luminosité supérieure à celle correspondant aux échos du second type.On peut utiliser un radar de type mono-impulsion, ayant un faisceau divisé en site par un dispositif statique, le faisceau de ce radar étant dirigé vers l'avant selon un axe de visée stabilisé par gyroscope et incliné d'un angle prédéterminé au-dessous de l'horizontalej avec un balayage en gisement. Les dispositifs de ce type présentent un inconvénient du à la scintillation des échos, se manifestant sous la forme de variations de la position apparente d'une zone ou d'un objet ré -fléchissant. Cet effet dépend des conditions atmosphériques, met en jeu essentiellement des fréquenees supérieures à 10 Hz, et semble inévitable dans le cas de surfaces réfléchissantes. Il peut engendrer des variations apparentes d'altitude atteignant environ 30 mètres, dans un sens ou dans l'autre, et peut être dangereux pour l'équipage d'un avion effectuant un vol en rase-mottes. Les signaux d'écho qui sont reçus sont treks "grossiet et un lissage normal donne simplement des contours arrondis qui peuvent varier grandement pour le même objet au cours du même balayage, en particulier lorsqu'on utilise une cadence de répétition d'impulsions (par exemple 3 kHz) élevée par rapport à la vitesse de balayage en gisement (par exemple 1000/s). Le résultat obtenu est aussi trompeur que l'écho "grossier" d'origine était dépourvu d'information. L'invention a pour objet de réaliser un dispositif de traitement réduisant la variation relative apparente entre l'altitude-sol indiquée par les signaux d'échos, et une altitude-sol nominale définie pour l'avion. Selon l'invention, le dispositif de traitement de signaux radar comprend des moyens pour fractionner le signal d'écho reçu en plusieurs intervalles séquentiels, des moyens pour procéder b une évaluation du signal d'écho dans chaque intervalle, et des moyens pour présenter ces évaluations de manière successive, sous forme d'une version filtrée du signal d'écho d'entrée. Le signal d'écho reçu est de préférence transmis de façon sélective sur une série de condensateurs, par l'intermédiaire d'une résistance de lissage, en procédant séquentiellement et en n'utilisant qu'un condensateur à la fois. Les signaux de sortie des condensateurs peuvent entre transmis sélectivement vers un amplificateur-séparateur, en procédant nn par un et selon la même séquence. Dans le cas d'un radar à impulsions dans lequel des zones élémentaires demeurent à ltintérieur du faisceau de-balaya- ge pendant plusieurs impulsions successives, l'invention permet de lisser les variations des signaux dues à la scintillation, ces variations pouvant avoir une vitesse supérieure à la vitesse de balayage d'une zone élémentaire particulière, mais inférieure à la cadence de répétition d'impulsions du radar. L'invention sera déerite plus en détail, à titre d'exemple, en se référant aux dessins annexes et sur lesquels - la figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif de traitement des signaux d'échos reçus par un radar embarqué de surveillance de terrain ; - la figure 2 est un schéma d'un générateur de fonction destiné à autre utilisé dans le dispositif de la figure 1 ; et - la figure 3 est un schéma d'un réseau de lissage à condensateurs appartenant au dispositif de le Sigure 1. Les radars du typemono-impulsion à balayage en gisement sont des appareils connus. Ces radars utilisent, au moins en site, des faisceaux distincts obtenus par un dispositif statique, et dirigés le long d'un axe d visée stabilisé par gyroscope et incliné d'un angle prédéterminé par rapport 'a l'horizontale. On utilise le fait que le rapport des niveaux des signaux d'échos combinés dans des voies différence et somme donne une approxima tion de l'angle # entre l'axe de visée et la direction de la zone réfléchissante correspondante.On supposera que l'on dispose de sources de signaux représentant l'angle de visée (fourni par exemple par une valeur pré-établie convenable), et de l'angle de réflexion O (fourni par exemple par un circuit de combinaison approprié des signaux de somme et de différence, ou un détecteur de rapport). Les détails de structure de telles sources ne font pas partie de l'invention, et il suffit de savoir que les signaux correspondant à l'angle de visée et à l'angle de réflexion sont appliqués respectivement sur les bornes 10 et 11 de la figure 1. Pour toute composante de signal d'écho correspondant à un objet ou à une zone située à une distance R en ligne droite, et à la différence d'altitude désirée H, on peut appliquer la relation trigonométrique suivante H/@ = sin (# - #) (1) en supposant que 1'angle CN corresponde à un écart au-dessus de l'angle de visée . Pour des angles faibles tels que ceux que l'on trouve dans les radars utilisés en pratique, sin ( -G) ) est approximativement égal à l'angle ( -6 > ) lui-même. Il est souhaitable engendrer un signal de référence qui simule les échos correspondant à l'altitude-sol désirée H, et de comparer les signaux d'écho réels avec ce signal de référence. Sur la figure 1, ce signal de référence est engendré par le générateur de fonction 12 qui est alimenté par la ligne 13 avec une tension définie par la position du curseur d'un potentiomètre 14, de façon à représenter l'altitude-sol désirée H. De plus, le générateur 12 reçoit par la ligne 15 et la borne 16 des impulsions correspondant à chaque impulsion radar émise, et servant à déclencher le générateur pour qu'il fournisse le signal de référence désiré à chaque impulsion. Ce générateur sera décrit de façon plus détaillée en référence à la figure 2. Le dispositif de la figure 1 est destiné à élaborer une représentation de l'angle ( -W) à partir des signaux d'échos reçus, et à traiter ces signaux échos de façon à atténuer les effets due la scintillation. Dans ce but, un réseau de lissage de signal 17 reçoit par la borne 11 et la ligne 18 un si gnal représentant l'angle de réflexion 6) , déduit des signaux d'échos correspondant à la soie somme et a la voie différence.Le reseau 17 fournit sur sa sortie 19 une version du signal d'entrée représentant l'angle # qui a subi une compensation en ce qui concerne la scintillation. Le signal de sortie appliqué sur la ligne 19 est destiné a être combiné avec le signal représentant l'angle de visée # appliqué sur la ligne 20 'a partir de la borne 10. Des résistances de pondération de valeurs appropriées, 21 et 22, sont insérées respectivement dans les lignes 20 et 19. Les signaux représentant les angles # et # sont appliqués tous deux au point 23 sur lequel apparats ainsi un signal représentant la différence ( - ).Un réseau de lissage particulier sera décrit en détail en relation avec la figure 3. Le circuit de la figure 1 est conçu de façon que, pour des signaux d'échoscorrespondant à l'altitude-sol désirée H, le signal apparaissant au point 23 soit constitué par un courant égal et de sens opposé au courant de sortie du générateur de fonction 12 appliqué au point commun 26 par la ligne 24. Le signal apparaissant au point 26 représente donc (# - #) - KH/R Les valeurs non-nulles de ce signal représentent des angles supérieurs ou inférieurs à l'angle relatif à l'altitude-sol désirée (valeur nominale), ce qui correspond à un écho provenant d'un point correspondant à une altitude différente.Ces angles -étant faibles, ils peuvent être considérés comme proportionnels à l'écart reel par rapport a' l'altitude désirée, bien que la proportionnalité ne soit pas essentielle à la mise en oeuvre de l'invention, la luminosité du dispositif d'affichage pouvant simplement être fixée à un niveau parmi trois (clair, gris ou sombre). Le signal représentant l'angle de déviation apparaissant au point 26 est appliqué à une entrée 27 d'un amplificateur-sommateur 28 comportant une résistance 29 de contre-réaction connectée à sa sortie 30. L'amplificateur-sommateur 28 attaque une borne 31 sur laquelle apparat un signal de commande indiquant si l'affichage doit être rendu plus clair ou plus sombre, selon que les échos reçus correspandent à des altitudes-sol supérieures ou inférieures à l'altitude-sol désirée. Le niveau présent sur la sortie 30 de l'amplificateur suit le niveau présent sur l'entrée 27 de cet amplificateur, ce qui maintient virtuellement cette entrée à la masse, du tait de la résistance de contre-réaction 29. La figure 2 représente un générateur de fonction 12 pouvant entre utilisé dans le dispositif de l'invention. Le signal de sortie désiré doit être inversement proportionnel à la distance R qui est elle-même directement proportionnelle au temps écoulé entre l'émission d'une impulsion par le radar et la réception des échos. il suffit donc que le générateur de fonction 12 engendre un signal inversement proportionnel au temps, c'est-à-dire que ce générateur produise une fonction d'inversion. La figure 2 représente un circuit RC multiple possédant des branches parallèles ayant différentes constantes de temps sélectionnées pour donner une approximation acceptable de la relation d'inversion désirée. Le signal correspondant à l'altitude-sol désirée H, provenant de la ligne 13 de la figure 1, est appliqué à la borne d'entrée 35 qui attaque par la ligne 36 quatre branches parallèles 37, 38, 39 et 40 comportant respectivement des résistances 41, 42, 43 et 44. Les résistances 41, 42 et 43 sont connectées respectivement en série avec des condensateurs 45, 46 et 47, de façon k constituer des circuits de charge ayant différentes constantes de temps. Les autres extrémités des branches 37 à 40 sont connectées à une ligne de sortie 48 attaquant une borne 49 destinée à etre connectée au point 26 de la figure 1. Des éléments de court-circuit commutables sont branchés aux bornes des condensateurs 45, 46 et 47. Ces éléments sont constitués par des transistors à effet de champ 51, 52 et 53, dont les électrodes de source et de drain sont connectées aux bornes des condensateurs 45, 46 et 47, respectivement, et dont les grilles sont connectées par des lignes 54, 55 et 56 à une ligne commune 57 connectée à une borne 58 destinée à recevoir une impulsion de commande, par l'intermédiaire de la ligne 15 de la figure 1. Le dispositif fonctionne de façon qu'au cours de chaque intervalle séparant l'émission d'impulsions consécutives par le radar, les transistors à effet de champ 51, 52 et 53 soient conducteurs pendant la durée qui reste après avoir laissé écouler-une durée correspondant à la portée maximale du radar.Les condensateurs 45, 46 et 47 peuvent se décharger pendant que les transistors à effet de champ sont conducteurs. À un instant prédéterminé, par exemple trois micro-secondes après l'émission de lapremière impulsion radar pour l'intervalle de temps considére, les transistors à effet de champ sont bloqués de manière que les condensateurs 45, 46 et 47 soient chargés par la tension appliquée sur la borne 35, pour représenter l'altitude-sol désirée. Le courant de charge combiné correspondant - la combinaison des branches de circuit parallèles varie en fonction inverse du temps, comme on le désire, pour attaquer la ligne 24 de la figure 1 par l'intermédiaire de la borne de sortie 49. Les effets de la scintillation se manifestent par le signal représentant l'angle C3 qui est appliqué k la borne 11. Comme il a été indiqué précédemment, ces effets peuvent produire des variations apparentes d'altitude-sol pouvant atteindre f 30 mètres environ. Dans le cas d'un radar particulier ayant une fréquence de répétition d'impulsions de 3 irez, une vitesse de balayage de 100 /s, et une ouverture de faisceau de l'ordre de 30, les zones réfléchissantes élémentaires -demeurent k ltintérieur du faisceau pendant un nombre important a'impulsions, par exemple 90 impulsions. La durée pendant laquelle une zone donnée se trouve à l'intérieur du faisceau de balayage peut alors devenir supérieure à la période des variations du signal dues à la scintillation. La figure 3 represente un réseau de lissage pouvant être utilisé pour atténuer les effets de cette scintillation. La fonction essentielle de ce réseau est de fractionner les signaux d'écho de chaque impulsion en un certain nombre d'intervalles, de façon que les variations dues à la scintillation se produisant entre deux intervalles consécutifs soient relativement faibles. Sur la figure 3, le signal représentant l'angle de réflexion 0 (ligne 18 sur la figure 1), est appliqué par une borne 60 à une ligne 61 comportant une résistance 62. La ligne 61 est connectée a' des branches 131 à Bn permettant au signal représentant l'angle 0 d'entre appliqué successivement aux condensateurs C1 à Cu par l'intermédiaire des circuits source-drain d'interrupteurs Sîî à Silo, constitués par des transistors à effet de champ.Les grilles des interrupteurs à transistors à effet de champ S11 à Sin sont commandées séquentiellement, pour permettre la conduction, par les impulsions appliquées sur des lignes F1 à Fn, qui peuvent Etre connectées aux sorties d'un compteur en anneau, d'un registre à décalage, ou de tout autre circuit logique d'aiguillage (non représenté) fournissant des impulsions d'horloge. D'autres interrupteurs k transistors à effet de champ, 521 à S2n servent à coupler successivement les condensateurs Ci à Cn à un point commun 64 relié aux autres extrémités des branches B1 à Bn. Il n'est pas nécessaire que la commande séquentielle des interrupteurs à transistors à effet de champ S21 à S2n soit retardée au-delà de la charge des condensateurs associés CI à Cn par le signal représentant l'angle de réflexion, appliqué par l'intermédiaire de la résistance 62. il est préférable que la commande des interrupteurs 521 à 52n soit effectuée au cours du mdme cycle d'horloge, comme il est indiqué par la ligne 69.On suppose que les portes 70 sont des portes ET sans inversion et que les tensions appliquées sur les lignes F1 à Fn permettent l'attaque directe des transistors à effet de champ, bien que cela puisse ne pas être le cas en pratique, ce qui nécessite alors l'utilisation de circuits d'interface accomplissant une translation de niveau sur les lignes 69 et les sorties des portes 70. Les condensateurs C1 à Cn sont tous semblables, si bien que la même caractéris-tique de filtrage est appliquée à chaque intervalle du signal apparaissant sur le point commun 64. La constante de temps RC de chaque étage de lissage est très supérieure à la période de répétition des impulsions du radar.Les tensions apparaissant au point commun 64 sont appliquées par un condensateur 65, qui peut être constitué en pratique par les capacités parasites combinées des transistors à effet de champ S21 à S2n, à une entrée d"un amplificateur à haute impédance 66 muni d'un circuit de contre-réaction 67 et appliquant sur une borne de sortie 68 une version lissée du signal représentant l'angle de réflexion GJ Dans un mode de rkalisation particulier, le réseau capacitif de lissage 17 comporte 32 étages, c'est-à-dire que l'on a n = 32.Le nombre d'étages utilisés dépend des dimensions du plus petit objet réfléchissant pouvant autre ignoré par le disposi tif du fait de la moyenne réalisée dans chaque étage à condensateur. On obtient cependant une indépendance notable par rapport à la scintillation différentielle entre les échantillons traités dans des étages successifs. Les impulsions d'horloge qui sont appliquées par les lignes F1 à Fn aux interrupteurs à transistors à effet de champ S11 à Sln sont transmises par les portes ET 70 commandées simultanément par la ligne 71, de façon à annuler les signaux découlant de relations de phase anormales dans les signaux de somme et de différence du radar mono-impulsion, correspondant à des signaux non valables provenant d'au-delà des régions dans lesquelles l'approximation linéaire des angles est applicable. Les signaux de commande appliqués sur la ligne 71 sont également utilisés pour bloquer les portes 70 si l'étage limiteur à fréquence intermédiaire du radar n'est pas attaqué par des signaux suffisamment forts, ce qui a pour effet d'établir pour l'amplitude des signaux d'écho un seuil au-dessous duquel les signaux d'angle peuvent ne pus eAtre valables. Bien entendu, diverses modifications peuvent autre apportées par l'homme de l'art aux dispositifs décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de traitement de signaux radar, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour fractionner un signal d'écho reçu en plusieurs intervalles séquentiels, des moyens pour évaluer le signal d'écho pour chaque intervalle, et des moyens pour présenter successivement ces évaluations sous forme d'une version filtrée du signal d'écho appliqué à l'entrée du dispositif. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal d'écho reçu est transmis sélectivement par une résistance de lissage sur une série de condensateurs, cette transmission s'effectuant de manière séquentielle, en ne connectant qu'un seul condensateur à la fois. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les signaux de sortie des condensateurs sont transmis sélectivement, un par un, à un amplificateur-séparateur, dans le même ordre que pour la transmission aux condensateurs du signal d'écho reçu. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la cadence de transmission aux condensateurs du signal d'écho reçu, et la cadence de transmission à l'amplificateurséparateur des signaux de sortie des condensatdurs est supérieure à la vitesse de balayage d'une zone élémentaire particulière par le radar, mais inférieure à la cadence de répétition des impulsions du radar. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la version filtrée du signal d'écho d'entrée est combinée avec un signal pré-établi et est décalée par un signal de référence représentant une fonction de référence prédéterminée. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le signal combiné et le signal de référence sont appliqués à l'entrée d'un amplificateur-sommateur dont le signal de sortie représente la différence entre les deux signaux d'entrée appliqués.