Brevet FR2408843A1 — publié le 19790608

La presente invention concerne un dispositif radar de poursuite d'un objectif situe à faible altitude au-dessus d'une surface réfléchîssaate, telle la surface de la mer. L'une des principales raisons limitant la précision de mesure du site d'un objectif radar est la degradation de la precision due Z "lterreur de multitrajet" provenant des réflexions sur une surface. De telles reflexîons sur une surface se combinent vectoriellement avec les signaux du chemin direct et ont pour effet de faire varier la phase et l'aiplîtude des signaux reçus par l'antenne, lesquels ne peuvent genealement- pas être differencies des signaux du chemin direct. Cela est particulièrement le cas pour des valeurs faibles d'angle de site pour lesquelles une fraction appreciable du faisceau d'antenne est dirigee vers le sol. Le radar ne peut plus alors distinguer entre l'objectif (signaux directs) et son image (signaux reflechis).Dans les radars de poursuite, la boucle de poursuite oscille entre la position de l'objectif et celle dé son image et peut ainsi perdre l'objectif poursuivi. On admet generalement que les radars à faisceau etroit de détermination du site ou de poursuite en site ne peuvent donner de resultat acceptable lorsque l'axe du faisceau forme avec le sol un angle inferieur a une largeur de faisceau. Aussi une solution souvent retenue pour eviter cet inconvenient consiste à decaler le faisceau et admettre entre l'axe du faisceau et la direction de l'objectif un ecart angulaire de l'ordre de 0,7 fois la largeur du faisceau. Cet écart angulaire est ensuite pris en compte pour la determination de la position en site de l'objectif.De cette manière, le signal image reçu par l'antenne est fortement attenue puisque ladite image est encore plus eloignee de l'axe de l'antenne que ne l'est l'objectif. Un article de Peter R. DAX paru dans la revue américaine "Microwaves" d'avril 976 et intitule "KBep track of that lou-flying attack" expose les problemes poses par la réflexion lorsque l'ecart angulaire qui separe l'objectif de son image est plus faible que la résolution du radar. Un recepteur radar classique de type 'tmonopulse" a deux diagra-es d'antenne le diagramme somme et le diagramme difference. En l'absence de multitrajet les signaux sur les voies correspondant aux diagrammes sonne et difference sont soit en phase, soit en opposition de phase .En presence de multitrajet les signaux sur les voies somme et difference, qui sont les résultantes des signaux directs et réfléchis, sont en génital dephasefl. Il est montre dans l'article precité que, lorsque la composante en quadrature du signal reçu sur la voie difference est nulle, le rapport du signal reçu sur la voie différence au signal reçu sur la voie sonnne represente le signal d'erreur qui existerait en l'absence de multitrajet. objet de la presente invention est un dispositif radar de poursuite permettant de pallier aux inconvenients dus aux multitrajets et mentionnes ci-dessus. Un autre objet de 1' invention est un dispositif radar de poursuite permettant d'effectuer une poursuite precise sans requérir des mécanismes très precis. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif radar de poursuite d'un objectif comprend : - des premiers moyens pour detecter les signaux reçus de l'objectif sur les voies sonne et difference en site et en gisement ainsi que la composante en quadrature du signal reçu sur la voie difference en site ; - des seconds moyens pour de terminer par ecartometrie la valeur precise de la position en site et en gisement de l'objectif ; et - des troisièmes moyens pour detecter l'existence de multitrajets dans le signal reçu et effectuer une poursuite sur ladite composante en quadrature. Selon une autre caracteriatique de l'invention, lesdits premiers moyens comportent au moins - une antenne monopulse trois faisceaux délivrant les signaux correspondant à la voie somme, a la voie différence en gisement et différence en site - un dispositif de multiplexage des signaux reçus par l'antenne et corres pondant aux trois voies - une channe de réception commune aux trois voies et comportant un circuit melangeur fréquence intermédiaire, un dispositif de commande de gain, un premier et un second detecteurs pour effectuer une demodulation d'ampli- tude synchrone des signaux reçus et de leur composante en quadrature respectivement a partir du signal de livre par un oscillateur cnmmanrlé en tension et verrouillé en phase sur le signal de ladite voie sonate ; - un premier et un second demultiplexeurs permettant de séparer d'une part les signaux de la voie somme et des voies difference en gisement et difference en site, et d'autre part la composante en quadrature du signal difference en site ; et - un circuit d'horloge pour la commande dudit dispositif de multiplexage et desdits premier et second demultiplexeurs. Selon encore une autre caracteristique de l'invention, lesdits deuxièmes moyens comportent - un calculateur de quotient fournissant partir des signaux fournis par lesdits premiers moyens, la valeur des quotients respectivement du signal difference en site, du signal différence en gisement et de la composante en quadrature du signal difference en site sur ledit signal somme ; - des positionneurs qui positionnent l'antenne en gisement et en site en reponse aux signaux fournis par ledit calculateur de quotient ; - des codeurs pour recopier de manière precise-la position de ladite antenne ; et - un premier et un second additionneurs recevant lesdites valeurs des quotients et les informations fournies par lesdits codeurs et de livrant les informations precises de gisement et de site respectivement. Selon encore une autre caracteristique de l'invention, lesdits troisièmes moyens comprennent - un circuit a seuil permettant la detection de ladite composante en quadra ture du signal difference en site ; et - un commutateur de poursuite permettant d'appliquer auxdits- positionneurs en site soit la valeur du quotient de la composante en quadrature du signal difference en site sur le signal somme en presence de multitrajets, soit la valeur du quotient de la composante en phase dudit signal diffe rence en site sur le signal somme. D'autres objets, caracteristiques et avantages de la presente invention apparaîtront plus clairement a la lecture de la description suivante dtun exemple de realisatioR particulier, ladite description etant faite a titre purement illustratif et én relation avec les dessins joints dans lesquels - la figure 1 illustre le phenomene de multitrajet ; - la figure 2 est un diagramme vectoriel des signaux reçus sur les voies somme (z) et difference (A) et provenant de l'objectif ou de son image ; - la figure 3 montre les diagrammes somme (s) et différence (b) de l'antenne du recepteur de l'invention ; ; - la figure 4 est un diagramme du rapport S ; et - la figure 5 montre le dispositif de reception selon l'invention. La figure i montre le problème que pose la poursuite d'un objectif volant au-dessus d'une surface réfléchissante, telle la surface de la mer, lorsque l'angle de site dudit objectif est faible. Sur la figure, l'axe de l'antenne est dirige sur l'objectif et l'on peut voir que les ondes reflechies sont reçues sur l'antenne par le lobe inférieur du diagramme différence. Cela crée un signal d'erreur dans la boucle de poursuite qui peut entraîner jusqu'a la perte de l'objectif poursuivi. En tout etat de cause, le point d'equilibre de la boucle est éloigné de la position vraie de l'objectif d'un angle qui depend de la phase relative entre l'onde directe et l'onde reflechie.On a represente a la figure 2, sous forme vectorielle, les signaux reçus sur les voies somme et différence provenant soit de l'objectif, soit de son image, et leurs resultantes. Les signaux provenant de l'objectif sont affectes d'un indice "dlt (#d pour les signaux reçus sur la voie somme # et #d pour ceux reçus sur la voie différence A). Les signaux provenant de l'image sont affectes d'un indice "i" (Si et Ai), ils sont dephases par rapport aux précédents d'un angle f et leur amplitude comporte un coefficient A qui est le rapport des amplitudes des signaux directs et réflechis arrivant sur l'antenne.Les signaux resultants sont affectés de l'indice R (#R et #R). En se référant a la figure 2, les signaux résultants #R et #R ont pour expressions On peut en deduire la valeur Ep qui est la projection de AR sur SR et de Eq qui est la composante en quadrature : On remarque alors que si la condition Ed.h - d.E = O est vérifiée, l'expression de Ep se réduit à Ep = #d/#d = #R/#R = #i/#i. Ainsi, lorsque la composante en quadrature Eq est nulle, la valeur du quotient des signaux reçus sur les voies somme et différence, soit #R/#R, est égale à la valeur du quotient vrai, soit #d/#d, ou encore à la valeur du quotient image #i/#i. L'objet de l'invention est précisément un dispositif de poursuite qui permette de mettre en oeuvre cette propriété. Selon l'invention, lorsqu'il y a "multitrajets", la poursuite est effectuée de telle sorte que la condition #d/#d = #i/#i soit remplie; c'est-à-dire de manière à maintenir la composante en quadrature Eq à zéro. Les figures 3 et 4 montrent les diagrammes d'antenne d'une part, et la courbe du quotient A/S d'autre part. Pour pouvoir remplir la condition ci-dessus, il est nécessaire que les zéros des diagrammes différence soient situés entre les zéros du diagramme somme Ccomme représenté à la figure 3) ou, en d'autres termes, que la courbe du quotient A1X (figure 4) présente un maximum. La figure 5 montre le diagramme général-du dispositif de réception en accord avec les principes de la présente invention. Une antenne 100 délivre sur trois voies de réception les signaux associés à un faisceau somme E, un faisceau différence en site AS et un faisceau différence en gisement AG. Ces signaux sont appliqués a un dispositif de multiplexage 101, ce qui permet de n'avoir qu'unie seule chaîne de réception commune aux trois signaux. Un tel multiplexeur est, par exemple, celui diffusé par la Société SPETELEC sous la dénomination "Single channel monopulse converter". Les signaux recueillis par le dispositif d'antenne 1 sont appliqués à un mélangeur 3 qui reçoit par ailleurs le signal de sortie d'un oscillateur contrôlé en tension (VCO) 7 apres multiplication par le multiplieur 71. La sortie du mélangeur 2 est, apres atténuation par l'atténuateur commandé 3, appliquée aux détecteurs 41 et 42. Le détecteur 41 permet d'effectuer une démodulation d'amplitude synchrone des signaux reçus a partir du signal délivré par ledit oscillateur 7, lequel est verrouillé en phase sur le signal reçu sur la voie somme (z). Le détecteur 42 effectue la même opération sur les composantes en quadrature des signaux reçus. La boucle d'asservissement en phase dudit oscillateur 7 comporte un filtre passe-bas 81 et un amplificateur 82.Les sorties des détecteurs 41 et 42 sont appliquees respectivement aux démultiplexeurs 51 et 52 qui reçoivent par ailleurs les impulsions de synchronisation d'une horloge 10. Le démultiplexeur 51 permet de séparer les signaux , AG et ASp tandis que le démultiplexeur 52 permet de séparer la composante en quadrature du signal différence en site ASq. Quatre filtres passe-bas 61 a 64 améliorent la sensibilité de réception des quatres signaux ci-dessus.La sortie des filtres 61 a 64 est appliquée a un calculateur de quotient 9 qui détermine par des procédés numériques les quotients A/S pour définir, d'une part, l'écart angulaire en gisement AG/S et, d'autre part, l'écart angulaire en site pour la composante en phase ASp/S et pour la composante en quadrature ASq/z. En l'absence de multitrajet, le signal correspondant a la composante en quadrature est nul et la poursuite s'effectue en site et en gisement en utilisant les principes exposés dans la demande de brevet français déposée par la demanderesse le 3 juin 197J sous le numéro 77 17035 et intitulée : "Dispositif de poursuite angulaire précise d'un objectif radar".On retrouve ainsi un schéma identique a celui décrit dans ladite demande, ctest- -dire que les valeurs numériques représentant les quotients respectivement DG/Z, Agp/S ou ARqIS sont converties en signaux analogiques par les circuits 91 et 92 qui sont alors appliqués aux servomécanismes 93 et 94 de l'antenne ; la position de l'antenne est recopiée au moyen des codeurs 95 et 96 et la position exacte de l'objectif est obtenue en additionnant dans les additionneurs 97 et 98 les codes de sortie desdits codeurs avec les valeurs numériques desdits quotients.Ce dispositif présente l'avantage de fournir des indications précises sur la position de l'objectif sans nécessiter des servomécanismes de haute précision puisque les erreurs faites dans le positionnement de l'antenne sont corrigées par une mesure d'écartométrie. On a vu précédemment que pour diminuer l'influence du phenomene de multitrajet,il était nécessaire de positionner l'antenne de telle sorte que la composante en quadrature du signal d'erreur en site soit nulle. Cette condition doit être remplie uniquement lorsqu'il y a effectivement réflexion sur le sol ou sur la mer, c'est-à-dire lorsque l'angle de site est faible. Or, l'existence de réflexion et donc de multitrajets est détectée par l'existence d'un signal sur la sortie correspondant a la composante en quadrature, soit sur la sortie ASq/S. Un circuit a seuil 99 détecte donc la présence d'un signal sur cette sortie et agit sur le commutateur 110.Ce commutateur 110 permet au systeme d'effectuer la poursuite soit sur la composante en phase du signal d'erreur en site CASpIS), soit sur la composante en quadrature (ASq/S). Le circuit de désignation de la distance e, du site S ou du gisement G, les commutateurs de mode 112 et 113 servent a permettre le prépositionnement de l'antenne, par exemple au début d'une poursuite. L'information de désignation de distance est également appliquée a un circuit de gestion de boucle 114 qui commande le gain de la channe de réception. Le dispositif décrit ci-dessus présente les caractéristiques et avantages suivants. On utilise un récepteur a une seule voie avec multiplexeur et démultiplexeurs, ce qui permet de réduire l'erreur de mesure des écarts angulaires. Des procédés électroniques permettent la correction des erreurs de mesure dues aux imperfections des servomécanismes (erreurs de poursuite) et du récepteur (dérives lentes des gains). Enfin, le dispositif de réception selon l'invention convient pour lutter efficacement contre l'influence des multitrajets de sol ou de mer. Bien que la présente invention ait été décrite dans le cadre d'un exemple de réalisation particulier, il est clair cependant qu'elle n'est pas limitée audit exemple et qu'elle est susceptible de modifications ou de variantes sans sortir de son domaine. En particulier, au lieu de n'avoir qu'une seule channe de réception, le dispositif pourrait comporter trois chaînes dont les gains complexes seraient maintenus égaux. REVENDICATIONS 1. Dispositif radar de poursuite d'un objectif, caractérisé en ce qu'il comprend : - des premiers moyens pour détecter les signaux reçus de l'objectif sur les voies somme et différence en site et en gisement ainsi que la composante en quadrature du signal reçu sur la voie différence en site ; - des seconds moyens pour déterminer par écartométrie la valeur précise de la position en site et en gisement de l'objectif ; et - des troisiemes moyens pour détecter l'existence de multitrajets dans le signal reçu et effectuer une poursuite sur ladite composante en quadrature. 2. Dispositif radar de poursuite selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens comportent au moins : - une antenne monopulse a trois faisceaux délivrant les signaux correspondant à la voie somme, a la voie différence en gisement et différence en site - un dispositif de multiplexage des signaux reçus par l'antenne et corres pondant aux trois voies ;; - une chaine de réception commune aux trois voies et comportant un circuit mélangeur à fréquence intermédiaire, un dispositif de commande de gain, un premier et un second détecteurs pour effectuer une démodulation d'ampli tude synchrone des signaux reçus et de leur composante en quadrature respectivement a partir du- signal delivré par un oscillateur commandé en tension et verrouillé en phase sur le signal de ladite voie somme ; - un premier et un second démultiplexeurs permettant de séparer, d'une part, les signaux de la voie somme et des voies différence en gisement et différence en site et, d'autre part, la composante en quadrature du signal différence en site ; et - un circuit d'horloge pour la commande dudit dispositif de multiplexage et desdits premier et second démultiplexeurs. 3. Dispositif radar de poursuite selon la revéndication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits deuxièmes moyens comportent t - un calculateur de quotient fournissant à partir des signaux fournis par lesdits premiers moyens la valeur des quotients respectivement du signal différence en site, du signal différence en gisement et de la composante en quadrature du signal différence en site sur ledit signal somme - des positionneurs qui positionnent l'antenne en gisement et en site en réponse aux signaux fournis par ledit calculateur de quotient - des codeurs pour recopier de maniera précise la position de ladite antenne ; et - un premier et un second additionneurs recevant lesdites valeurs des quotients et les informations fournies par lesdits codeurs et délivrant les informations précises de gisement et de site respectivement. 4. Dispositif radar de poursuite selon l'une quelconque des revendications J a 3, caractérisé en ce que lesdits troisièmes moyens comprennent - un circuit a seuil permettant la détection de ladite composante en quadra ture du signal différence en site ; et - un commutateur de poursuite permettant d'appliquer auxdits positionneurs en site soit la valeur du quotient de la composante en quadrature du signal différence en site sur le signal somme en présence de rmrltitrajets, soit la valeur du quotient de la composante en phase dudit signal différence en site sur le signal somme.