Brevet FR2427613A1 — publié le 19791228

La présente invention se rapporte aux radars cohérents à impulsions et concerne plus particulièrement un perfectionnement à la séparation des cibles selon le signe de leur vitesse, pour ne prendre en compte par exemple que les cibles qui s'approchent du radar. I1 est connu, dans la technique du radar, de séparer les cibles en fonction du signe de leur vitesse en utilisant deux voies de traitement en quadrature de phase et en combinant de façon appropriée le résultat des deux voies. Cette solution, bien que donnant des résultats satisfaisants, présente toutefois l'inconvénient d'être lourde et coûteuse. L'objet de la présente invention est précisément un radar cohérent à impulsions permettant de remédier à ces inconvénients en ne comportant qu'une seule voie de traitement. Le procédé selon l'invention permettant de séparer les cibles selon le signe de leur vitesse consiste à - faire battre dans un détecteur synchrone le signal d'écho à fréquence inter médiaire avec une onde de référence décalée en fréquence par rapport à la fréquence intermédiaire, de façon que le spectre du signal résultant ne soit pas symétrique par rapport à la fréquence zéro ; - éliminer au moyen d'un filtre passe-bas les fréquences hautes du signal résultant ; - échantillonner le signal obtenu de façon à sélectionner une certaine distance radar-cible ; - filtrer de façon appropriée le signal échantillonné de façon à eliminer les fréquences Doppler indésirables. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparattront au cours de la description suivante faite en relation avec les dessins joints dans lesquels - les figures l.a à l.h représentent des spectres en fréquence obtenus selon l'art antérieur ; - la figure 2 représente l'agencement à une voie du radar selon l'invention ; - les figures 3.a et 3.b représentent des spectres en fréquence obtenus selon l'invention - les figures 3.c à 3.e représentent des diagrammes permettant de constater la séparation des cibles selon le signe de leur vitesse. Afin de faciliter la compréhension du fonctionnement du radar selon l'invention, on va tout d'abord mettre en évidence I'amblgurté sur le signe de la vitesse avec un radar cohérent à impulsions classique comportant une seule voie de traitement. On supposera, pour simplifier les calculs, que le radar travaille à antenne fixe. Le signal e(t) émis par le radar a pour expression e(t) = A(t) . cos 2tF t (1) o où : t représente le temps ; F représente la fréquence de porteuse du radar ; o A(t) représente le signal de modulation d'amplitude. Le signal A(t) est constitué par des impulsions récurrentes de durée T et de fréquence de répétition FR Le signal s(t) reçu d'une cible a pour expression s(t) = a . A(t-t0) . cos 2#Fo(t-to) (2) où : a représente l'affaiblissement du signal reçu par rapport au signal émis et dépend notamment de la distance de la cible au radar t représente le temps de trajet aller-retour radar-cible. o Dans un but de simplification, on ne tiendra pas compte, par la suite, de l'affaiblissement (a = 1), ceci ne changeant en rien les résultats recherchés. Le temps to peut s'écrire to = 2d (3) c où : d représente la distance radar-cible c est la vitesse de la lumière. Si la cible se déplace à la vitesse radiale v, la distance d peut s'écrire d = d I vt (4) o où : d représente la distance origine. o La vitesse v est - positive si la cible s'éloigne du radar ; - négative si la cible se rapproche du radar. En portant (4) dans (3), puis (3) dans (2), il vient où : # est la longueur d'onde L'expression (5) peut encore se mettre sous la forme s(t) = A(t-t ) . cos[2ir(FoF)t - o] (6) où : = 2v = fréquence Doppler ; La fréquence Doppler Fd est - positive si la cible s'éloigne du radar - négative si la cible se rapproche du radar. Le spectre en fréquence du signal émis e(t), ou du signal reçu s(t) après réflexion sur un obstacle fixe, est représenté à la figure l.a. C'est un spectre de raies centré sur la fréquence de porteuse F et dont les raies o sont séparées en fréquence d'une valeur égale à la fréquence de répétition F R des impulsions. Ce même spectre est représenté à une échelle grossie à la figure l.b, en ne considérant que les premières raies et sans tenir compte de leur amplitude respective. Le spectre en fréquence du signal reçu s(t) après réflexion sur une cible mobile est représenté à la figure l.c. I1 est identique au spectre de e(t), mais est décalé d'une valeur Fd. Dans l'exemple de la figure l.c, la fréquence Fd est négative et le spectre est décalé vers la droite. I1 s'agit d'une cible se rapprochant du radar. Dans le cas d'une cible en éloignement, le spectre serait décalé vers la gauche. Le signal d'écho s(t) est ensuite converti en fréquence intermédiaire Fi ; il sera désigné par s'(t) s'(t) = A(t-to) . cos[2w(Fi-Fd)t - #o] (7). Le spectre en fréquence du signal s'(t) est représenté à la figure l.d. I1 est centré sur la fréquence Fi avec un glissement vers la droite d'une valeur Fd L'information Doppler est ensuite extraite par détection synchrone en faisant battre le signal d'écho s'(t) à fréquence intermédiaire F. avec une onde de référence r(t) à la fréquence F. qui est l'image (identité de phase) du signal émis e(t). L'onde rt) est de la forme r(t) = R . cos(it - #) (8) où : # est une constante de phase; R est une constante d'amplitude. Cette détection revient à effectuer le produit s'(t).r(t). Les termes en 2F. sont eliminés et le signal résultant, que l'on désignera par u(tl s'écrit u(t) = - . A(t-t ) . cos(-2sFdt 2 o dt - 'Po + ) (9). Le spectre en fréquence du signal u(t) est représenté à la figure l.e. I1 est centré sur la fréquence zéro avec un glissement vers la droite d'une valeur Fd. Du fait du phénomène de repliement du spectre autour de la fréquence zéro, les fréquences négatives se retrouvent dans la zone positive, comme il est représenté à la figure l.f. Le spectre en fréquence de la figure l.e correspond à une cible se rapprochant du radar. Dans le cas où cette cible possède une vitesse de même valeur absolue, mais de signe contraire (éloignement), son spectre est décalé d'une même valeur Fd vers la gauche par rapport à la fréquence zéro, comme il est représenté à la figure I.g. Le spectre replié correspondant, représente à la figure l.h, se superpose au spectre de la figure l.f. I1 en résulte une impossibilité de distinguer le signe de la vitesse. Le signal détecté u(t) est échantillonné par des portes en distance, à la fréquence FR, puis appliqué à un filtre Doppler de fréquence inf & rieure F min assez proche de zéro, choisie de façon à éliminer les obstacles fixes ou très lents, -et de fréquence supérieure choisie en fonction de la vitesse maximum des cibles à détecter. La valeur la plus grande habituellement F choisie est égale à 2 La caractéristique de frequence d'un tel filtre est symbolisée sur la figure l h La séparation des cibles selon le signe de leur vitesse est obtenue de façon connue au moyen de deux voies de traitement en quadrature de phase, chaque voie effectuant les opérations décrites ci-dessus.Une combinaison de ces deux voies permet de déterminer sans ambiguSté le signe de la vitesse à l'intérieur d'une certaine plage. Le principe de la séparation des cibles selon l'invention consiste à faire battre le signal d'écho à fréquence intermédiaire F. avec une onde de référence décalée d'une fréquence F par rapport. ,de façon que le spectre c i du signal résultant ne soit plus symétrique par rapport à la fréquence zéro. Après repliement du spectre autour de la fréquence zéro, il y a distinction entre les raies correspondant à des fréquences Doppler identiques en valeur absolue mais de signes opposés. Un filtre approprié permet alors de ne prendre en compte que les cibles qui stapprochent ou celles qui stéloignent. La figure 2 représente ltagencement selon l'invention permettant de séparer les cibles en fonction de leur signe. Un détecteur synchrone 1 reçoit d'une part le signal d'écho à fréquence intermédiaire s'(t) et d'autre part un signal de référence r'(t) tel que r'(t) = R . cost2T(Fi-Fc)t - ] (10). Si l'on ne veut prendre en compte que les cibles qui se rapprochent du radar, la fréquence F de ltexpression (10) est choisie telle que c F c - 4 R où : n est un nombre entier quelconque. Si l'on ne veut prendre en compte que les cibles qui s'éloignent du radar, la fréquence F est choisie telle que On va considérer par la suite, à titre d'exemple, le cas où sont prises en compte les cibles qui se rapprochent du radar. La fréquence F c répond donc à la relation (11). De plus on considèrera, toujours à titre d'exemple, que n = 0 dans la relation (11).La fréquence F sera donc F R c Fc = - 4 Le signal de référence r'(t) s'écrit alors Le détecteur synchrone 1 délivre le produit sl(t).r'(t). Les FR termes de fréquences hautes en 2Fi + 4R sont éliminés au moyen d'un filtre passe-bas 2 délivrant un signal u'(t) dont l'expression s'écrit Le spectre en fréquence du signal u'(t) est représenté à la FR figure 3.a. I1 est centré sur la fréquence - 4, avec un glissement vers la droite correspondant à des fréquences Doppler négatives, c'est-à-dire à des cibles en rapprochement. Des fréquences Doppler positives, correspondant à des cibles en éloignement, provoqueraient un glissement vers la gauche. Du fait du phénomène de repliement du spectre autour de la fréquence zéro, les fréquences négatives se retrouvent dans la zone positive, comme il est représenté à la figure 3.b. Comme les raies correspondant à des fréquences Doppler identiques en valeur absolue mais de signes opposés sont FR symétriques par rapport à la fréquence - 4R et non par rapport à la fréquence zéro, elles ne se superposent pas dans le spectre replié. Le signal u'(t) est appliqué à un échantillonneur 3 qui fonctionne à la fréquence FR et qui délivre des échantillons correspondant à une distance donnée de la cible au radar. L'échantillonneur est suivi d'un filtre Doppler 4 de fréquence dont la caractéristique est symbolisée sur la figure 3.b. La fréquence de coupure du filtre Doppler est inférieure à R d'une faible 4 valeur F min de façon à éliminer les obstacles fixes ou très lents. Dans le cas où la fréquence F répond à la relation (11), c'est-à- c dire dans le cas qui vient d'être décrit; les fréquences acceptées par le filtre Doppler 4 sont définies par l'inégalité La courbe de la figure 3.c indique la fréquence de sortie du filtre Doppler 4 en fonction de la fréquence Doppler. Seules les parties en traits pleins sont à prendre en considération. Aucun signal n'est délivré en dehors de ces parties. La courbe de la figure 3.d indique l'amplitude du signal de sortie du filtre Doppler 4 en fonction de la fréquence Doppler. Le filtre Doppler admet, sans trou de vitesse, les cibles en rapprochement dont les fréquences Doppler sont les suivantes Le filtre Doppler admet également, sans trou de vitesse, les cibles en éloignement dont les fréquences Doppler sont les suivantes On constate, à partir de la figure 3.d, que dans un domaine de FR vitesses correspondant à des fréquences Doppler comprises entre - 2 + F min F R et + T + Fmin > seules les cibles en rapprochement sont détectées, sans trou de vitesse. L'échelle de vitesse donnée à la figure 3.e correspond aux valeurs numériques suivantes, prises simplement à titre d'exemple X = 3,2 cm F = 1875 Hz F . = 120 Hz. min Dans le cas où l'on ne veut prendre en compte que les~cibles en éloignement, la fréquence Fc répond à la relation (12) et les fréquences acceptées par le filtre Doppler sont définies par l'inégalité Les courbes représentées aux figures 3.c et 3.d sont alors décalées F R d'une valeur 2 Les moyens d'obtention du signal d'écho s'(t) à fréquence intermédiaire sont bien connus dans la technique du radar et ne seront donc pas décrits ici. L'onde de référence r'(t) excitant-le détecteur synchrone 1 est fournie par un modulateur BLU 5 recevant d'une part le signal à fréquence intermédiaire F i délivré par un oscillateur dit cohérent 6, et d'autre part un signal de fréquence fixe IF l issu d'un oscillateur stable 7. L'oscillateur cohérent, bien connu dans les radars cohérents à la réception, permet de mémoriser la phase de l'impulsion radar émise. L'oscillateur cohérent 6 et l'oscillateur stable 7 peuvent éventuellement être contrôlés par la même base de temps et la fréquence IFcI sera alors un sous-multiple de la fréquence Fi. On sélectionnera dans le modulateur BLU 5 soit la bande supérieure soit la bande inférieure selon que l'on désire prendre en compte les cibles qui s'approchent ou celles qui s'éloignent, de façon à satisfaire, en sortie du détecteur synchrone 1, à la relation (11) ou à la relation (12). Le filtre Doppler 4 peut être réalisé de diverses façons connues, sous forme analogique ou sous forme numérique. Afin d'obtenir de façon simple une forte pente de coupure à la fréquence FR - Fmin, il pourra hêtre constitué 4 par un filtre passe-bas suivi d'un filtre réjecteur de bande FR centré sur Bien que la présente invention ait été décrite avec un exemple de réalisation particulier, il est clair qu'elle n'est pas limitée audit exemple et qutelle est susceptible de variantes ou modifications sans toutefois sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Procédé pour séparer les cibles selon le signe de leur vitesse dans un radar cohérent à impulsions, caractérisé en ce qu'il consiste à - faire battre le signal d'écho s'(t) à fréquence intermédiaire Fi avec une onde de référence r'(t) de fréquence F -F décalée de F par rapport à F. i c c i de façon que le spectre du signal résultant ne soit pas symétrioue par rapport à la fréquence zéro - éliminer les fréquences hautes du signal résultant - échantillonner le signal obtenu ; - filtrer de façon appropriée le signal échantillonné e façon à éliminer les fréquences Doppler indésirables. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que - le filtrage Doppler est prévu pour n'accepter que les fréquences comprises FR entre O et 4 - Fmin, où FR est la fréquence de répétition des impulsions radar et où Fmin est une fréquence de faible valeur destinée à éliminer les obstacles fixes ou très lents ; - la fréquence de décalage F de l'expression F.-F est égale à F c i c - 4' + F Si les cibles en rapprochement sont prises en compte > FR 4 + n.FR si les cibles en éloignement sont prises en compte, où n est un entier quelconque. 3. Radar cohérent à impulsions mettant en oeuvre le procedé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend - un détecteur synchrone recevant d'une part le signal d'écho s'(t) et d'autre part l'onde de référence r'(t) ; - un filtre passe-bas placé en sortie du détecteur synchrone, éliminant les fréquences hautes du signal résultant ; - un échantillonneur placé en sortie du filtre passe-bas, délivrant, à la fréquence FR, des échantillons qui correspondent à un distance donnée radar-cible - un filtre Doppler de caractéristique placé en sortie de 1 'échantillonneur. 4. Radar selon la revendication 3, caractérisé en ce que le filtre Doppler est constitué par un filtre passe-bas suivi d'un filtre éjecteur de bande FR centré sur 5. Radar selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'onde de référence r'(t) est fournie par un modulateur BLU recevant d'une part un signal de fréquence Pi issu de ltoscillateur cohérent du radar et d'autre part un signal de fréquence 1Fc1 issu d'un oscillateur stable. 6. Radar selon la revendication 5, caractérisé en ce que le modulateur BLU délivre la bande latérale supérieure lorsque l'on prend en compte les cibles en rapprochement5 et la bande latérale inférieure lorsque l'on prend en compte les cibles en éloignement.