Brevet FR2451017A1 — publié le 19801003

L'invention se rapporte aux systèmes de détection électromagnétiques dans lesquels la phase de l'onde porteuse est inversée selon une séquence binaire, codée de façon pseudoaléatoire; elle concerne, plus précisément, une fusée de pro ximité radioélectrique pour projectile mettant en oeuvre une telle technique de modulation de la phase de l'onde porteuse. Une fusée de proximité radioélectrique pour projectile, permettant de déclencher à un instant précis la mise à feu de la charge militaire de ce projectile, constitue un produit consommable. Par voie de conséquence, il est important de minimiser son cout, donc sa complexité, sans compromettre ses performances opérationnelles, notamment sa capacité de rejeter les signaux d'échos indésirables. les principes de base des systèmes de détection électromagnétique dans lesquels le signal émis est constitué par une onde porteuse continue modulée en phase, notamment, sous la forme d'une inversion de phase selon une séquence binaire pseudo-aléatoire récurrente, sont exposés dans l'ouvrage classique de M.I. SKOLNIE "Radar Handbook" 1970, Chapitre 20. Des fusées de proximité radioélectriques, qui mettent en oeuvre les principes de modulation énoncés ci-dessus, ont été proposées. Par le brevet français NO 1.442.324, on connalt une fusée dans laquelle l'onde porteuse émise est découpée (interrompue) dans le temps à une cadence de répétition synchrone de la période de la séquence de modulation de phase, ceci dans le but d'utiliser une antenne unique émission/réception.Une telle fusée présente certains inconvenients ; parmi lesquels - l'émetteur est rendu complexe du fait de 11 adjonction d'un dispositif de découpage ou interrupteur microonde, de plus, cet interrupteur introduit une perte dtinsertion supplé mentaire et la puissance de crête du signal émis doit être supérieure à la puissance moyenne.; - le duplexeur doit comporter, dans la voie réception, un interrupteur microonde pour accroltre le découplage émission/réception - le récepteur est du type superhétérodyne - des phénomènes d'éclipse, résultant du découpage dans le temps du signal émis et plus particulièrement au voisinage de la distance nulle. Pour remédier aux inconvénients précités, il a été proposé, dans le brevet français nO 1.602.229, d'émettre une onde porteuse continue et d'utiliser deux aériens physiquement séparés et radioélectriquement découplés ; un aérien affecté à l'émission et un aérien affecté à la réception. Afin d'obtenir un découplage suffisant, au moins l'un des aériens doit être disposé sur le corps du missile, l'implantation de deux aériens dont le couplage radioélectrique doit être réduit soulève des problèmes mécaniques et accroit très notablement le coût du projectile, aussi une telle solution n'est-elle retenue que dans le cas de missile de fort calibre. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients présentés par les fusées de l'art antérieur et plus particulièrement de permettre la réalisation d'une fusée qui allie les performances de résolution et un coût réduit de fabrication, notamment, de la partie microonde qui demeure la plus onéreuse. L'objet de l'invention est une fusée de proximité radioélectrique qui opère en onde continue et utilise un aérien émission/réception unique, une réception homodyne des signaux échos et met en oeuvre des moyens permettant de rejeter le signal de fuite du duplexeur et, plus précisément, le signal parasite de modulation d'amplitude induit par la modulation d'inversion de phase pseudo-aléatoire de l'onde porteuse émise. Une fusée de proximité selon l'invention comporte - un générateur de signaux codés, classique, comportant un circuit d'horloge et des moyens logiques permettant de générer cycliquement, de façon récurrente, d'une part, des signaux binaires codés, selon une séquence pseudo-aléatoire et, d'autre part, de fournir une ou plusieurs répliques retardées de ces signaux binaires codés - un aérien unique émission/réception d'un type connu, la valeur du gain de cet aérien étant modéré, de l'ordre de la dizaine de décibels par exemple - un dispositif duplexeur comportant trois voies : une voie entréegsortie antenne, une voie entrée émission et une voie sortie réception - un sous-ensemble émetteur opérant à une fréquence porteuse microonde ?0, ce sous-ensemble émetteur comprenant essentiel lement une source microonde continue qui alimente un dispo sitif inverseur de phase commandé électroniquement par les signaux du générateur des signaux codés de modulation; - un sous-ensemble récepteur relié à la voie sortie du dis positif duplexeur, ce sous-ensemble comportant : des mo yens de détection homodyne, des moyens d'amplification à vidéofréquence et d'élimination du signal de fuite du du plexeur, des moyens de modulation contrôlés par les signaux codés de modulation de l'émetteur, des moyens d'amplifica tion à vidéofréquence, des moyens de corrélation, des moyens de détection du niveau des signaux de sortie du récepteur et des moyens permettant d'élaborer un signal de déclenche ment de la charge militaire. On voit immédiatement les avantages qui résultent de cette configuration de la fusee : le sous-ensemble émetteur comporte un minimum d'éléments, 11 utilisation d'un aérien unique facilite son implantation sur le corps du projectile ou à l'intérieur de l'ogive de ce projectile, le duplexeur est réduit aux seuls éléments assurant la directivité des signaux microondes, enfin le sous-ensemble récepteur n'exige l'adjonction que d'un étage de modulation. D'autres caractéristiques et les avantages que procure ltinvention apparaitront dans la description détaillée qui va suivre, qui donne, à titre indicatif mais non limitatif, un mode de réalisation préférée de l'invention, illustré par les dessins annexés, dans lesquels la figure 1 représente, sous la forme d'riz bloc diagramme simplifié, l'architecture de base d'urge fusée de proximité conforme à l'invention, - la figure 2a représente, sous une forme synoptique, des éléments du générateur de signaux codés, 'a figure 2b illustre la forme d'onde du signal élaboré par l'élément représenté sur la figure 2a, la figure 2c représente la fonction d'intercorrélation normalisée R(t ) du signal de sortie du générateur de code - la figure 3 représente, sous la forme d'un bloc diagramme, le sous-ensemble récepteur de la fusée de proximité. Sur la figure 1 à laquelle on se réfèrera maintenant, on a représenté, sous la forme d'un bloc-diagramme, la configuration de base d'une fusée de proximité conforme à l'invention. Cette fusée comprend les éléments suivants - une antenne 1 émission/réception qui peut être constituée par un réseau de fentes rayonnantes permettant, par exemple, d'obtenir un diagramme de rayonnement en forme "d'ombrelle" dirigée vers l'avant du projectile. - un dispositif duplexeur 2 qui peut être constitué par un circulateur à ferrite dont le sens de circulation est in diqué par une flèche, ce duplexeur comporte une voie entrée/sortie 2a vers l'antenne 1, une voie entrée 2b et une voie sortie 2c, un générateur de code (3) qui génère des signaux binaires codés selon une séquence pseudo-aléatoire récurrente ; ce générateur comporte un circuit d'horloge 4 qui délivre un signal à la fréquence de code Sc et des moyens logiques 5, pilotés par cette horloge, générant un signal codé CO-et une ou, éventuellement, plusieurs répliques C. décalées en temps par rapport au signal CO; un sous-ensemble émetteur 6 dont la sortie est reliée à la voie entrée 2b du dispositif duplexeur, ce sous-ensem ble émetteur comporte essentiellement : une source de signal microonde continue de niveau modéré (dizaines de milli- watts) à une 2fréquence porteuse F et un dispositif inverseur o de phase 8 commandé électroniqiement par le signal CO de sortie du générateur de code, ce dispositif inverseur de phase incluant un isolateur unidirectionnel dans le but d'isoler électriquement la source continue 7 à fréquence microonde, - un sous-ensemble récepteur 9 dont l'entrée est reliée à la voie sortie 2c du dispositif duplexeur 2 ; ce sous-ensemble récepteur comporte essentiellement : un circuit 10 constitué par un détecteur microonde associé à un premier amplificateur sélectif à vidéofréquence, un circuit 11 constitué par un premier multiplicateur associé à un second amplificateur sélectif à vidéofréquence, un circuit 12 constitué par un second multiplicateur associé à un amplificateur sélectif à audiofréquence, un circuit t3 constitué par un détecteur de niveau associé à une cellule de post-intégration et un circuit 14 constitué par un comparateur à seuil et un dis positif formateur dtimpulsions lequel délivre, en sortie, un signal S0 de déclenchement de la charge militaire du o projectile. Le sous-ensemble émetteur 6 qui ne fait pas partie de l'invention ne sera pas décrit en détail. De plus, les sources microondes, stables en fréquence à court terme, d'un niveau de puissance de sortie de quelques dizaines de mW ainsi que les dispositifs microondes inverseurs de phase sont connus de l'homme de l'art. Toutefois, il est important d'indiquer que-le dispositif microonde 8 inverseur de phase, introduit une modulation parasite d'amplitude de Inonde porteuse microonde, laquelle, d'une part, est rayonnée par l'antenne, et, d'autre part, est utilisée en tant que signal local par le détecteur microonde du sous-ensemble récepteur. Cette composante parasite pourrait être compensée par un dispositif microonde de modulation d'amplitude disposé en série avec l'inverseur de phrase, toutefois une telle compen sablon serait imparfaite et il en résulterait un-accroissement du coût du sous-ensemble émetteur ; il est préférable, selon l'invention, de rejeter cette composante parasite au niveau du sous-ensemble récepteur, comme il sera décrit ultérieurement. La figure 2a représente, sous une forme synoptique, un mode de malisation de l'élément 5 du générateur de code représenté sur la figure 1 ; ce générateur de code ne fait pas partie de l'invention et est, uniquement, décrit dans le but de faciliter la compréhension de fonctionnement de la fusée. L'élément 5 est essentiellement-constitué par un registre à décalage 5a, comprenant n étages identifiés de O à (n - 1) sur la figure, un certain nombre de sorties des étages de ce registre à décalage sont reliées aux entrées d'un additionneur 5b (Modulo 2) pour former l'entrée du registre.Lorsque le nombre et le rang des sorties du registre connectées à l'entrée de l'additionneur ont été convenablement choisis, le signal de sortie C0 est constitué par n une séquence binaire de longueur maximale N = 2n - 1, celle-ci se répète avec une période de récurrence, TR, donnée par la relation TR = N/F0, dans laquelle F c est la fréquence du signal de sortie du circuit d'horloge 4. La valeur de la période de récurrence R détermine les domaines d'ambiguité en distance et en vitesse de la fusée. Les moyens permettant de décaler dans le temps le contenu du registre à décalage et les moyens permettant d'élaborer des signaux de référence C : retardés d'une durée 'ti = FC ne sont pas représentés sur la figure. La figure 2b illustre la forme d'onde du signal de sortie C du registre à décalage de la figure 2a ; ce signal peut prendre deux états mutuellement exclusifs : un étant 4 (un) et un état - 1 (moins 1) ; il est formé d'échantillons adjacents de durée T c = 1/F0. la figure 2c représente la fonction dlintercorrélation normalisée R (T ) du signal C retardé d'un temps Q variable, o avec un signal Ci, identique au signal CO, mais retardé d' m temps fixe t le pic de corrélation une valeur égale à l'unité et le niveau des lobes parasites une valeur de l'ordre de 1lN,où Nest le nombre d'échantillons inclus dans une séquence. La figure 3 représente, sous la forme d'un bloc-diagramme détaillé, le sous-ensemble récepteur 9 de la figure I. le sous-ensemble récepteur comporte les éléments suivants - un détecteur microonde 15 disposé dans la voie sortie 2c du dispositif duplexeur 2, cette voie transmet, notam ment, un signal microonde local avec un niveau convena ble, résultant du couplage résiduel (flèche pointillée) entre les voies 2b et 2c, et un premier amplificateur sélectif 16 à vidéofréquence dont la caractéristique de transfert gain/fréquence possède une fréquence de coupure basse ?C3 et une fréquence' de coupure haute FCH, comme représenté sur la courbe tracée en regard - un premier multiplicateur 17, dont 11 entrée de réfé rence est reliée à la sortie CO du générateur de code 3, et un second amplificateur sélectif 18 à vidéofréquence dont la caractéristique de transfert gain/fréquence est sensiblement identique à celle du premier amplificateur 16, - un second multiplicateur 19 dont l'entrée de référence est reliée à l'une des sorties C. (i étant compris entre O et N = 2n - 1) et un amplificateur sélectif 20 à audio fréquence, la caractéristique de transfert gain/fréquence de cet amplificateur possédant une fréquence de coupure basse FDB et une fréquence de coupure haute FDR, ces fréquences de coupure Fi3 et FDH correspondant respect-i vement aux fréquences Doppler minimale et maximale résul tant de la vitesse relative de déplacement du projectile et de la cible. - un détecteur d'amplitude 21, avantageusement du type double alternance et une cellule de postrintégration constituée par exemple par une cellule RC (résistance, capacité), la constante de temps Tp = RC de cette cellule étant sensiblement égale au temps de mesure de l'énergie du signal écho, - un comparateur de niveau 23, dont l'entrée de référence est reliée à une source de tension continue qui fournit une tension VR et un circuit de déclenchement 24 cons titué,par exemple, par une bascule bistable. Inséré entre la sortie 2 du duplexeur et l'entrée du détecteur 15, on a représenté en pointillé un élément optionnel 25 constitué par un amplificateur microonde à large bande et faible bruit. Inséré entre la sortie C. du générateur de code 3 et l'entrée référence du second multiplicateur 19, on a représenté en pointillé un élément optionnel 26 constitué par un cir cuit de retard permettant d'ajuster le temps de retard ti à une valeur précise fractionnaire de la période T c de l'horloge 4 . Du fait des temps de transit introduits par les premier et second amplificateurs sélectifs à vidéofréquence 16 et 18, il peut s'avérer nécessaire d'introduire un retard de temps équivalent sur les signaux de référence CO et C. On décrira maintenant le fonctionnement du sousensemble récepteur représenté sur la figure 3. Le détecteur microonde 15 reçoit, d'une part, le signal local microonde constitué par une fraction du signal émis par l'antenne 1 et, d'autre part, les signaux échos captés par cette antenne, la composante continue du signal local microonde est rejetée par le premier amplificateur sélectif 16 à large bande qui transmet la modulation parasite d'amplitude du signal local et les signaux échos.Les signaux de sortie de cet amplificateur 16 sont multipliés par le signal de code C0, le signal correspondant à la composante d'amplitude parasite du signal local est un signal continu qui est rejeté par le second amplificateur sélectif 18, les signaux échos sont transmis par ce second amplificateur sélectif à large bande, puis appliqués à l'entrée signal d'un second multiplicateur 19 contrôlé par le signal de code Ci, retardé d'un temps % i par rapport au signal de code CO . Les signaux de sortie du second multiplicateur sont intégrés de façon cohérente dans un amplificateur sélectif 20 accordé sur la bande des fréquences Doppler utiles. Les signaux Doppler sont détectés par le détecteur d'amplitude 21, puis intégrés par le circuit de post-intégration 22.Le niveau du signal de sortie du -circuit post-intégrateur est comparé à une tension de référence VR; lorsque cette tension de référence, ou encore niveau de seuil, est dépassée par le signal de sortie du circuit post-intégrateur, la bascule 23 est déclenchée, celle-ci génère un signal S0 qui provoque la mise à feu de la charge militaire du projectile. La configuration du sous-ensemble de la figure 3 permet la détection d'un signal écho ayant subi un retard de temps de l'ordre de t i et un glissement de fréquence Doppler compris entre les valeurs FDB et FADE. Selon une variante de réalisation, il est possible de disposer à la sortie du second amplificateur 18 sélectif à large bande, une voie similaire incluant les circuits 12, 13 et 14, dans laquelle le multiplicateur 19 reçoit un signal de référence C + C. retardé d'un temps t J par rapport au signal CO. Cette variante peut-être généralisée à un nombre de voies supérieur à deux. Un multiplicateur tel que décrit précédemment peut être constitué par deux portes analogiques, une première porte commandée directement par le signal C. et une seconde porte commandée par le signal Ci complémenté, les entrées de ces portes étant communes et les sorties de ces mêmes portes reliées, respectivement, aux entrées d'un amplificateur différentiel. Selon une autre variante, un multiplicateur peut être constitué par deux portes analogiques identiques aux deux portes qui viennent d'être décrites, les entrées de ces deux portes étant reliées respectivement aux sorties symétriques d'un amplificateur et les sorties de ces deux portes étant communes. Une fusée de proximité, telle qu'elle a été décrite, peut être réalisée dans les bandes de fréquence microondes, la fréquence F c de l'horloge de code est déterminée par le pouvoir séparateur en distance recherché, par exemple pour un pouvoir séparateur de l'ordre de 5 mètres, la valeur de la fréquence F c peut être de l'ordre de 20 NHz (toc = 50 ns ) le nombre n des étages du registre à décalage peut se situer entre 5 et 10, et dépend du niveau des lobes secondaires de corrélation, de la distance maximale non ambigüe, de l'étendue du glissement de fréquence Doppler ; la fréquence de coupure basse FCB des amplificateurs sélectifs 16 et 18 peut se situer vers 50 XHz, la fréquence de coupure haute FCH étant déterminée par la fréquence F c du générateur de signaux codés la caractéristique gain/fréquence de l'amplificateur 20 est fonction des fréquences Doppler maximale et minimale introduites par la vitesse de rapprochement relative entre le projectile et la cible à détecter. On voit maintenant plus clairement les avantages procurés par une fusée de proximité radioélectrique selon l'invention. Une telle fusée peut opérer en onde continue en utilisant une antenne unique, le sous-ensemble émetteur est peu complexe et le circuit microonde du récepteur extrêmement simple, la sensibilité de détection, définie comme le rapport de la puissance du signal émis à la puissance du signal écho reçu peut atteindre 100 db. L'invention n'est pas limitée dans son application au déclenchement de la charge militaire d'un projectile mais peut trouver d'autres applications, notamment dans la détection d'obstacles en général, la détection d'intrus, etc RET3-ENDIOATIOfS Fusée de proximité radioélectrique à onde porteuse cohérente modulée en phase, comprenant : une antenne unique emission/réception reliée à un circuit dutlexeur dont les voies entrée et sortie sont respectivement reliées à un sous-ensemble émetteur et à un sous-ensemble récepteur, et un générateur de signaux binaires codés selon une séquence pseudo aléatoire récurrente, caractérisée en ce que le sous-ensemble émetteur comporte > connectés en série : un générateur de signal continu microonde et un inverseur de phase commandé par le signal de sortie du générateur de signaux binaires codés et en ce que le sous-ensemble récepteur est du type homodyne et comporte, connectés en série : un détecteur microonde disposé dans la voie sortie du circuit duplexeur, un premier amplificateur sélectif à large bande, un multiplicateur dont l'entrée de référence est reliée à la sortie du générateur de signaux binaires codés, un second amplificateur sélectif à large bande, et au moins un canal de traitement des signaux de sortie de ce second amplificateur. 2. Fusée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le détecteur microonde, disposé dans la voie de sortie du circuit duplexeur est une diode. 3. Fusée selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un amplificateur microonde est inséré entre la sortie du circuit duplexeur et le détecteur microonde. 4. Fusée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le multiplicateur comprend deux portes analogiques commandées en opposition de phase par le signal de sortie du générateur de signaux binaires codés. 5. Fusée selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un canal de traitement des signaux de sortie du second ampli- ficateur sélectif à large bande comprend r connectés en série, un tiplicateur dont l'entrée de référence est reliée au générateur de signaux binaires codés, un amplificateur sélectif à bande étroite, un détecteur de niveau et un circuit de déclenchement. o. Fusée selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'un circuit retardeur est inséré entre l'entrée de référence dll multiplicateur et le générateur de signaux binaires codés. 7. Projectile caractérisé en ce qu'il comporte une fusée ae proximité radioélectrique selon une des revendications I à 6.