Brevet FR2426909A1 — publié le 19791221

La présente invention se rapporte aux dispositifs de poursuite angulaire qui utilisent un radar à balayage conique, et concerne plus particulièrement un dispositif qui indique si la poursuite est accrochee sur les lobes secondaires du diagramme d'antenne et qui fournit les moyens pour y remédier. On connaît plusieurs types de radars de poursuite angulaire qui se caractérisent par la méthode utilisée pour élaborer le signal d'erreur. Parmi ceux-ci, les radars de poursuite angulaire à balayage conique utilisent la rotation du faisceau d'antenne autour d'un axe distinct de l'axe du faisceau. Cela peut par exemple être réalisé à l'aide d'une antenne du type "Cassegrain" à réflecteur tournant. Or il arrive, avec ce type de radar, que la poursuite soit accrochée non pas sur le lobe principal mais sur un des lobes secondaires de l'antenne. I1 est possible de déterminer si la poursuite est accrochée sur le lobe principal ou sur un lobe secondaire en utilisant une antenne secondaire dont le diagramme, relativement large, est tel que le niveau des signaux reçus par l'antenne secondaire soit supérieur au niveau des signaux reçus par les lobes secondaires de l'antenne principale et inférieur au niveau des signaux reçus par le lobe principal de ladite antenne principale.L'indétermination quant aux conditions de la poursuite peut alors être levée par une simple comparaison des signaux reçus par l'intermédiaire de l'antenne princi- pale et par l'intermédiaire de l'antenne secondaire. Cette solution, cependant, d'une part nécessite une antenne et un récepteur auxiliaires, et d'autre part ne permet pas, dans le cas d'une poursuite sur les lobes secondaires, de localiser la cible poursuivie par rapport à l'axe de rotation du faisceau. Un objet de la présente invention est un dispositif qui, associe à un radar de poursuite angulaire à balayage conique, fournit une information de poursuite sur lobe principal ou de poursuite sur lobe secondaire. Un autre objet de la présente invention est un dispositif qui, dans le cas d'une poursuite sur lobe secondaire, permet de localiser la cible poursuivie par rapport aux axes de site et de gisement. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif de poursuite angulaire à balayage conique comprend - des premiers moyens pour élaborer un signal d'erreur en site et un signal d'erreur en gisement à partir de signaux de référence délivrés par le système de balayage d'antenne ; - des seconds moyens pour détecter et indiquer si la poursuite est accrochée sur un lobe secondaire ou sur le lobe principal du diagramme d'antenne ; et - des troisièmes moyens pour indiquer, lorsque la poursuite est accrochée sur lobe secondaire, l'un des quatre quadrants dans lequel se trouve la cible poursuivie. Selon une autre caractéristique de l'invention, lesdits seconds moyens fournissent une indication de poursuite sur lobe secondaire lorsque le rapport, dans le signal modulé représentatif de l'écart de la cible, du taux de signal à fréquence double de la fréquence du balayage sur le taux de signal à la fréquence du balayage est supérieur à un seuil prédéterminé. Selon une autre caractéristique de l'invention, lesdits troisièmes moyens fournissent, lorsque la poursuite est accrochée sur lobe secondaire, une indication du quadrant dans lequel se trouve la cible poursuivie, à partir de la mesure de la dissymétrie du signal reçu lorsque la poursuite est stabilisée. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante d'un exemple de realisation particulier, ladite description étant faite à titre purement illustratif et en relation avec les dessins joints dans lesquels :: - la figure l.a montre deux positions extremes du diagramme antenne dans un plan donné ; - la figure l.b montre les lieux des maxima du premier lobe secondaire pour les deux positions de la figure I.a ; - les figures 2.a et 2.g représentent des signaux de référence respectivement en gisement et en site ; - les figures 2.b à 2.f représentent des signaux d'erreur obtenus pour diffé rentes positions de la cible poursuivie ;; - la figure 3 est un schéma explicatif du principe du dispositif selon l'invention - les figures 4.a à 4.d montrent différents signaux utilisés dans le dispo sitif de ltinvention et la figure 4.e montre le signal d'erreur lorsque la boucle de poursuite est accrochée sur le lobe secondaire - la figure 5 définit quatre quadrants par rapport à des axes de site et de gisement ; et - la figure 6 est un schéma d'un dispositif en accord avec les principes de l'invention. Le schéma de la figure l.a montre les diagrammes d'antenne qui correspondent à deux positions extrêmes (ou diamétralement opposées) du faisceau. On peut obtenir un balayage conique en faisant tourner le réflecteur d'une antenne du type "Cassegrain". Le faisceau rayonné présente un lobe principal relativement étroit et des lobes secondaires dont seul le premier a été représenté. Lorsque le faisceau est animé drun mouvement tournant, le lobe principal ainsi que les lobes secondaires le sont également. On peut remarquer, en considérant la figure l.a, que la poursuite peut être accrochée sur une cible située dans la zone I ou sur une cible située dans la zone II, c'est-a-dire sur le lobe principal ou sur le lobe secondaire.Dans un plan donné (figure l.b) le lieu du maximum du lobe principal est un cercle (r) de centre 0 et de rayon ro et le lieu du maximum du lobe secondaire est la surface couverte par le cercle (C) de rayon Ro lorsque son centre 01 décrit le cercle (r). Lorsque la cible poursuivie se trouve dans la direction du lobe secondaire (zone II, figure l.a), le balayage conique du faisceau produit une modulation du signal reçu de ladite cible. On peut alors montrer que, dans ce cas, le signal modulé présente en général deux maxima d'amplitude par tour de rotation du faisceau alors que,dans le cas d'une cible se trouvant dans la direction du lobe principal (zone I, figure l.a),le signal modulé ne présente qu'un seul maximum par tour. En effet, dans le système d'axes Olxl,yl (figure l.b), l'équation du cercle (C) s'écrit : x1 + y1 - Ro = 0. Le centre 01 du cercle (C) décrit le cercle (r) de rayon ro et dans le système d'axes Ox,y, l'équation du cercle (C) devient : (x - ro cos 2 + (y - ro sin 'P) 2 - Ro2 = 0 2 2 2 2 soit : x + y - 2ro (x cos # + y sin #) + ro - Ro = 0. Lorsque le système tourne autour du centre de rotation 0, la forme du signal reçu d'une cible ne dépend que de sa distance au centre 0. On peut donc considérer une cible M située sur l'axe Ox. Les maxima du signal reçu auront lieu lorsque le point M sera sur le cercle (C), c'est-à-dire lorsque ses coordonnées (x,y = O) satisfont à l'équation du cercle (C), soit 2 2ro x cos 'P9 + ro2 Ro2 0 x - 2ro x cos #o + ro - ro = 0 d'où l'on peut tirer la valeur #o de # pour laquelle le signal reçu du point M présente un maximum : x Ro En posant Z = et k = , on obtient : ro ro La valeur k du rapport Ro ne dépend que des caractéristiques de ro l'antenne utilisée. Les coordonnées du point M (x,y = O) ne peuvent satisfaire l'équation du cercle (C) que si le point M appartient au segment AB ou encore si : Ro - ro # x # Ro + ro ou k - 1 # Z #k + 1. En prenant k = 4 et en donnant plusieurs valeurs à Z comprises entre 3 et 5, on obtient les valeurs de ço suivantes z cors go 'po 3 - - ~ 1800 + 180 3,405 - 0,5 - 120' + 1200 3,87 O - 90" + 900 4,405 + 0,5 - 60 + 600 5 + 1 Oc On a donc bien deux maxima par tour de rotation du faisceau, sauf pour les valeurs de Z égales à k-l et kil qui correspondent aux positions de la cible en A et b respectivement. On a représenté aux figures 2.b à 2.f la forme du signal d'écart pour les différentes -valeurs de Z considérées dans le tableàu- ci-dessus. Les figures 2.a et 2.g représentent les signaux de référence du système d'antenne respectivement en gisement ou en site On a vu que la forme du signal d'écart ne dépendait que de la distance de la cible au centre de rotation ; par contre, la phase des signaux d'écart par rapport aux signaux de référence dépend de l'axe considéré.C'est pourquoi on a représente aux figures 2.a et 2.g, en traits pleins les signaux de référence lorsque les signaux d'écart des figures 2.b à 2.f correspondent à une variation de la cible en gisement (M sur l'axe cx, figure l.b), en tirets les signaux de référence lorsque lesdits signaux d'écart correspondent à une variation de la cible en site (M sur l'axe Oy) et en traits mixtes les signaux de référence lorsque lesdits signaux d'écart correspondent à une variation de la cible en site et en gisement (M sur une diagonale). Lorsque l'équilibre est réalisé, c'est- -dire lorsque la boucle de poursuite est stabilisée, le signal d'écart est pratiquement de la forme du signal représenté à la figure 2.d. Ce signal est à une fréquence double de la fréquence de rotation et il s'ensuit que le signal d'erreur, obtenu après démodulation du signal reçu par les signaux de référence en site et en gisement, est également à fréquence double de la fréquence de rotation C'est pourquoi il est proposé selon l'invention d'utiliser cette caractéristique pour déterminer si la poursuite est accrochée sur le lobe principal ou sur un lobe secondaire de l'antenne. On verra c-après, notamment en relation avec la figure 6, comment le dispositif de l'invention effectue cette détermination. Un autre objet de l'invention est de déterminer, dans le cas où la poursuite est accrochée sur le lobe secondaire, la position de la c 4L- e par rapport à un système d'axes tels les axes Ox,y de la figure l.b. Lorsqu'on effectue une poursuite en site et en gisement, les positions d-'équilibre correspondent à des cibles situées d'une part sur les bissectrices desdits axes Ox,y et d'autre part à une distance du centre 0 qui est telle que le signal d'erreur obtenu soit nul. Ces conditions définissent quatre points d'équilibre situés dans chacun des quatre quadrants délimités par les axes Ox,y. En fait, seuls les points situés sur une bissectrice correspondent à des positions d'équilibre stable et les points situés sur l'autre bissectrice correspondent à des positions d'équilibre instable. Si le balayage conique est effectué dans le sens trigonométrique, les positions d'équilibre stable sont situées dans les quadrants 1 et 3 (figure 5) et si le balayage est effectué dans le sens inverse, les positions d'équilibre stable sont situées dans les quadrants 2 et 4. Lorsque la poursuite est accrochée sur une position d'équilibre instable, elle dérive jusqu'à atteindre une position d'équilibre stable. Ainsi pour un système donné, lorsque la poursuite s'effectue sur lobe secondaire, il suffit de déterminer si la cible est située dans un quadrant ou dans le quadrant opposé. On a considéré à la figure 3, non pas la rotation du faisceau, mais la rotation de la cible qui décrit alors un cercle (Y) de centre 0' et de rayon ro. Le cercle (y) coupe le cercle (C) (lieu des maxima du lobe secondaire) en deux points Ml et MS. Du fait de la courbure du cercle (C), la position d'équilibre est telle que les points M1 et M2 ne sont pas alignés avec le centre 0'. Par contre, les points N1 et N2 qui correspondent à des positions de la cible pour lesquelles le signal reçu est minimum sont diamétralement opposés. Il s'ensuit donc que le signal reçu de la cible lorsque la poursuite est stabilisée présente des minima qui sont équidistants et des maxima qui ne le sont pas.En d'autres termes, lorsque la cible est dans le quadrant 1 (cas représenté à la figure 3) à une position d'équilibre stable (cas d'un balayage dans le sens trigonométrique), l'angle (O'P1, O'M1) est supérieur à I'angle(O'P2, 0'N2), et lorsque la cible est dans le quadrant 3 à la deuxième position dtéquilibre stable, si le balayage est effectué dans le sens trigonométrique, l'angle (O'P1, O'M1) est inférieur à l'angle (O'P2, O'M2). Cette seconde propriété est mise à profit par le dispositif de l'inven- tion pour déterminer dans quel quadrant (quadrant 1 ou quadrant 3) se trouve la cible. Le dispositif de l'invention est schématiquement représenté à la figure 6. Le signal modulé S est appliqué à l'entrée de quatre portes 10, 20, 30 et 40. Ces portes sont commandées par les signaux de référence R1, R2, R3 et R4 qui sont élaborés par le système de balayage d'antenne et qui sont tels que représentés aux figures 4.a à 4.d. Le signal R1 peut par exemple correspondre au passage du faisceau dans le quadrant 1, le signal R2 au passage du faisceau dans le quadrant 2 et ainsi de suite. Les signaux de sortie des quatre portes sont appliqués au circuit 50 et au circuit 60. Le circuit 50 élabore les signaux d'erreur de site S et de gisement es à partir des signaux reçus DI, D2, D3 et D4 = = DI + D2 - (D3 + D4) = = DI + D4 - (D2 + D3). Les signaux d'erreur eS et EG sont utilisés pour commander les servomécanismes de l'antenne dans un sens tel que ces signaux d'erreur soient minimum. Le circuit 60 fournit s'il y a lieu, à partir des signaux D1, D2 D3 et D4,1tindication de poursuite sur lobe secondaire. On a vu précédemment que lorsque la boucle de poursuite est accrochée sur le lobe secondaire, le signal reçu présente deux maxima par tour antenne alors qu'il n'en présente qu'un lorsqu'elle est accrochée sur le lobe principal. Aussi l'information utilisée, pour obtenir l'indication recherchée, est le rapport entre le taux de signal à fréquence fondamentale (égale à la fréquence de balayage) et le taux de signal à la fréquence double. Dans ce but le circuit 60 calcule la quantité C égale à Dl + D3 - (D2 + D4) et compare cette quantIté à un seuil fixe.Cette comparaison à un seuil fixe n'est possible que si le niveau du signal d'entrée est maintenu constant, par exemple à l'aide d'un circuit de commande automatique de gain. Dans le cas contraire, il conviendrait de normaliser les signaux d'entrée DI, D2, D3 et D4 avant de calculer la quantité Z pour la comparer audit seuil fixe. L'indication LS de poursuite sur lobe secondaire est fournie par le circuit 60 lorsque la quantité s dépasse la valeur du seuil fixe. La dernière partie du dispositif de la figure 6 faurnit l'indication du quadrant lorsque la poursuite est accrochée sur lobe secondaire. Le dispositif utilise, pour fournir cette indication, la dissymétrie du signal reçu, comme on l'a vu précédemment. Les circuits 100 > 110 et 12Q permettent d'éla- borer un signal qui change d'état lorsque le signal S passe par un maximum. Pour cela le signal S est dérivé dans le circuit 100, filtre dans le circuit 110, puis limité dans le circuit 120. Le signal ainsi obtenu est appliqué aux circuits 130 et 140 qui reçoivent respectivement les signaux de référence R1 et R3. Les signaux de sortie des circuits 130 et 140 sont tels qu'ils sont mis à l'état 1 par les signaux RI et R3 respectivement (figures 4.a et 4.c) et mis à l'état O par le signal de sortie du circuit limiteur 120. Les signaux de sortie des circuits 130 et 140 sont donc une mesure (figure 31 de l'angle (O'P1, O'M1) et de l'angle (O'P2, OtN2) respectivement.Or,on on a vu que ces angles étaient inégaux et que le sens de l'inégalité permettait de connattre le quadrant dans lequel la cible se trouvait. C'est pourquoi les signaux de sortie des circuits 130 et 140 sont, après intégration (circuits 150 et 160), appliqués au comparateur 170 qui fournit l'indication recherchée en activant la sortie QI ou la sortie Q2 suivant le sens de l'inégalité. Si l'angle (tel, O'M1) est supérieur à llangle (O'P2, O'M2), la cible se trouve dans le quadrant 1 et la sortie Q1 est activée ; dans le cas contraire, si l'angle (O'P2, O'M2) est supérieur à l'angle (O'P1, O'M1), la cible se trouve dans le quadrant 3 et la sortie Q2 est activée.Le circuit logique 180 reçoit l'indication LS de poursuite sur lobe secondaire et les indica tions Q1 et Q2 de quadrant > et délivre ces indications sur ses sorties S1 et S2 lorsqu'il reçoit un signal de validation V. Ces informations n'ont en effet de valeur significative que lorsque la poursuite est stabilisée. On a décrit ci-dessus un dispositif permettant de savoir si la poursuite est accrochée sur un lobe secondaire du diagramme d'antenne et, Si ctest le cas, un dispositif permettant d'indiquer dans quel quadrant se trouve la cible poursuivie. Ces indications peuvent de manière évidente servir à l'opérateur, soit pour corriger les informations de position en site et en gisement òurnies par le radar, soit pour repositionner l'antenne de manière que la poursuite soit accrochée sur le lobe principal. Bien que la présente invention ait été décrite dans le cadre d'un exemple de réalisation partículier, il est clair cependant quelle n'est pas limitée audit exemple et quelle est susceptible de variantes ou modifications sans sortir de son domaine. REVENDICATIONS 1. Dispositif de poursuite angulaire pour un radar à balayage conique, caractérisé en ce qulil comprend - des premiers moyens pour élaborer un signal d'erreur en site et un signal d'erreur en gisement à partir d'une part, du signal modulé reçu par l'antenne et représentatif de l'écart de la cible poursuivie et d'autre part, de signaux de référence en site et en gisement fournis par le système de balayage ; - des seconds moyens pour détecter et indiquer si la poursuite est accrochée sur les lobes secondaires ou sur le lobe principal du diagramme d'antenne ; et - des troisièmes moyens pour indiquer, lorsque la poursuite est accrochée sur lobe secondaire, ltun des quatre quadrants dans lequel se trouve la cible poursuivie. 2. Dispositif de poursuite angulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens fournissent une indication de poursuite sur lobe secondaire lorsque le rapport, dans ledit signal modulé reçu, du taux de signal à fréquence double de la fréquence du balayage sur le taux de signal à la fréquence du balayage est supérieur à un seuil prédéterminé, 3. Dispositif de poursuite angulaire selon la revendication I ou la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits troisièmes moyens fournissent, lorsque la poursuite est stabilisee et accrochée sur lobe secondaire, une indication du quadrant dans lequel se trouve la cible poursuivie,à partir de la mesure de la dissymétrie dudit signal modulé reçu. 4. Dispositif de poursuite angulaire selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens comportent - quatre portes commandées par lesdits signaux de référence et ne laissant passer chacune que la partie dudit signal modulé reçu qui correspond au passage du faisceau dans un quadrant, lesdites portes fournissant les signaux Dl, D2, D3 et D4 correspondant au signal reçu lorsque ledit faisceau se trouve dans les quadrants 1, 2, 3 et 4 respectivement ; et - un circuit de calcul des signaux d'erreur en site S et en gisement eG effectuant les calculs : FS = D1 + D2 - (D3 + D4) et G = Dl + D4 - (D2 + D31 5. Dispositif de poursuite angulaire selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens comportent un circuit de calcul de la quantité Z = Dl + D3 - (D2 + D4) et un circuit de comparaison pour comparer ladite quantité a une valeur de seuil prédéterminée, ladite indication de poursuite sur le lobe principal ou sur lobe secondaire étant fournie par ledit circuit de comparaison. 6. Dispositif de poursuite angulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits troisièmes moyens comportent - des moyens pour élaborer à partir dudit signal reçu un premier signal repré sentatif de la position du premier maximum dudit signal reçu par rapport à une première position de référence, et un deuxième signal représentatif de la position du deuxième maximum dudit signal reçu par rapport à une deuxième position de référence ; et - des moyens pour comparer lesdits premier et second signaux et pour délivrer, en fonction de ladite comparaison, ladite indication du quadrant dans lequel se trouve la cible poursuivie.