Brevet FR2461962A1 — publié le 19810206

L'invention concerne un procédé pour classer des cibles mobiles moyennant l'utilisation d'un appareil radar Doppler à suppression des échos fixes. Pour identifier des cibles à l'aide d'appareils radar- il est nécessaire, dans différentes applications, par exemple militaires, d'établir une dis tinction entre différentes classes de cibles. Avec les appareils radarde zone de combat utilisés, il est en général possible pour un observateur radar d'établir une distinction entre des véhicules à roues, des véhicules à chaînes et des personnes, au moyen d'une évaluation Doppler acoustique. Des différences plus fines à l'intérieur de ces classes de cibles ne peuvent être éventuellement établies que par des ob- servateurs radar particulièrement bien entraînés. En raison des bruits ou interférences Doppler très comple- xes, une classification plus détaillée est cependant entachée d'une grande incertitude. La présente invention est basée sur le fait con- nu que les échos du radar, en dehors de la raie Doppler principale pour la vitesse instantanée des cen- tres de réflexion principaux d'un véhicule dans la structure fine des fréquences, contiennent des compo- santes supplémentaires d'informations, qui peuvent ê- tre attribuées à des caractéristiques particulières des cibles réfléchissantes. La présente invention a pour but d'indiquer, en liaison avec un appareil radar Doppler du type indiqué plus haut, un dispositif au moyen duquel on peut effec- tuer une classification sûre de cibles possibles grâce à une analyse spectrale recherchée des échos Doppler du radar. Conformément à l'invention, ce problème est résolu grâce au fait que les signaux d'échos de cibles mobiles sont étudiés, par analyse spectrale, du point de vue des raies secondaires périodiques du 246 1962 spectre de fréquences Doppler, qui sont produites par une modification périodique du comportement à la ré- flexion de la cible ou de parties de la cible et que les raies secondaires, qui sont caractéristiques pour la classification de la cible, sont sélectionnées ou isolées et sont évaluées. De cette manière il est possible de réaliser un examen des composantes spectrales des signaux d'échos Doppler en ce qui concerne une modulation, typique pour des cibles déterminés, des signaux d'é- chos Doppler. La modulation des signaux d'échos Doppler peut être provoquée par le fait que des parties de la cible, qui présentent des intensités de ré- flexion différentes, exécutent des déplacements par rapport à la partie principale du corps de la cible. Conformément à une variante de réalisation a- vantageuse de l'invention, on peut par exemple pour la classification de véhicules à chenilles, sélec- tionner et analyser les périodes des raies spectra- les secondaires,provoquées par les éléments des che- nilles en fonction de leur grandeur et de leur vi- tesse relative par rapport au véhicule. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement aux dessins annexés un mode d'exécution de l'objet de l'invention. La figure 1 représente le spectre de fréquences d'une cible mobile. La figure 2 représente, du point de vue du principe, le schéma-bloc d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. La figure 3 est une représentation schématique d'un véhicule à chenilles pour un exemple de classi- fication. Le spectre de fréquences Doppler, représenté 246 1962 sur la figure 1, d'une cible mobile, présente, outre une raie Doppler principale H pour la fréquence fDm un certain nombre de raies secondaires périodiques N à un écart en fréquence fc et qui sont produites par des variations périodiques du pouvoir réfléchissant, par exemple par des pièces en rotation, sur le véhi- cule. La figure 2 représente un dispositif permettant de réaliser une classification des cibles à l'aide d'un radar Doppler dans le cas d'un objet volant F. Le dispositif est constitué de façon détaillée par un appareil Doppler DR, auquel est raccordé un dispositif MTI permettant la suppression des échos fixes. Les signaux d'échos de cibles mobiles, obtenus à la sortie de ce dispositif, sont soumis à une analyse spectrale dans un processeur de Fourier rapide FFP et les signaux numériques de sortie sont classés dans un processeur numérique DP et sont représentés dans un dispositif d'affichage ultérieur A. La classification des cibles mobiles dans le processeur numérique DP s'effectue en plusieurs étapes. Tout d'abord il faut réaliser une évaluation qualita- tive du spectre en vue de la détermination de compo- santes spectrales inutilisables qui sont parasitées, affectées de bruits, possèdent une échelle non adéqua- te de représentation ou bien sont floues. Ensuite se trouve réalisée une classification approchée de classes déterminées de cibles, telles que avions, véhicules terrestres, bateaux et projectiles ou obus. Il se pro- duit ensuite une détermination et une mesure des gran- deurs les plus importantes du spectre devant être étu- dié: fréquence et intensité de la raie Doppler prin- cipale (fDm), écart en fréquence des raies secondaires les plus importantes (f) Un calcul delaou des carac- téristiques de détermination (par exemple la longueur des chenilles dans le cas de chars) pour l'identifica- tion du type individuel de cibles à l'intérieur de la classification approchée respective, est effectué à l'aide desdites valeurs. Par comparaison des caracté- ristiques de détermination aux valeurs caractéristi- ques mémorisées de cibles préalablement connues, on réalise l'association déterminée (classification) et le résultat est affiché. Dans le cas o une associa- tion n'est pas encore possible, la nouvelle cible peut être enregistrée simultanément dans un catalogue de cibles (système automatique d'étude) et une indication correspondante peut être fournie à l'opérateur faisant fonctionner le dispositif. Sur la figure 3 on a représenté une vue en élé- vation latérale d'un véhicule à chenilles, qui se dé- place avec une vitesse moyenne Vm et dont les éléments des chenilles possèdent une longueur égale à e. On a reproduit à cet effet le spectre de fréquences simpli- fié d'un signal d'écho Doppler correspondant. Dans le cas de véhicules à chenilles, les par- ties, qui réfléchissent le faisceau radar et sont en déplacement par rapport au corps du véhicule, sont mises en évidence d'une façon particulièrement avan- tageuse. A la base d'un tel véhicule à chenilles se trouve indiqué ensuite qu'il est possible, à l'aide de la technique de mesure, d'obtenir des différencia- tions fines à l'intérieur de la classe des véhicules à chenilles, à l'aide des spectres de fréquences Doppler mesurables, lesdites différenciations fines étant basées sur le fait que l'on peut identifier des dimensions caractéristiques des éléments de chenille En supposant que chaque élément de chenille possède au moins un point de réflexion remarquable, qui est à la distance e de l'élément de chenille suivant et varie au cours du déplacement de la sec- 246 1962 tion transversale de réflexion de l'élément de chenille individuel, le spectre Doppler du véhicule à chenilles présente plusieurs raies secondaires harmoniques caractéristiques à la distance f c dans le spectre de fréquences. Entre l'écart en fréquence fa -des raies secondaires harmoniques et la vitesse moyenne Vm, il existe la relation suivante fc = V%/e. Dans le cas de l'analyse des spectres Doppler de vé- hicules à chenilles, il est par conséquent possible de déterminer la distance e des éléments individuels des chenilles et de différencier par conséquent dif- férents véhicules à chenilles dans la mesure o ils possèdent des chenilles dont les éléments ont des tailles différentes. En fonction du vecteur trajectoire du véhicule à chenilles par rapport à l'appareil radar, la vi- tesse radiale varie selon une fonction en cosinus. L'état instantané peut être estimé en évaluant quel- ques points de la trajectoire lors d'observations successives ou bien au moyen d'une observation op- tique. Dans le cas de l'utilisation tactique on de- vrait se situer au voisinage de zéro degré pour des cibles particulièrement menaçantes, par exemple des chars. A l'aide d'un radar Doppler et d'un disposi- tif d'évaluation associé, on peut par conséquent dé- terminer de la façon suivante la longueur de l'élé- ment de chenille e d'un véhicule à chenilles: 1. A partir du spectre Doppler, on détermine l'é- cart en fréquence fc des raies secondaires har- moniques et la fréquence fDm. 2. On peut calculer la vitesse moyenne Vm du véhi- cule à partir de la fréquence fD= 2Vm fDm Co m 2 f s 246 1962 fs représentant la fréquence d'émission de l'appareil radar et Co étant la vitesse de la lumière. 3. On calcule par conséquent la longueur de l'élément individuel de chenille comme suit f Co e úfc 2 fs cosoe o représente l'angle entre le vecteur trajectoire du véhicule et la droite de liaison radar/véhicule. On va considérer un exemple chiffré: Dans le cas d'un écart en fréquence fc des raies se- condaires harmoniques, on obtient 1 e e= Vm v = vw-e= c m fc On prend pour base de calcul les valeurs suivantes fs = 9,5 GHz; fDm = 328 Hz; fc = 29,5 Hz La longueur d'un élément de chaîne est donc égale à e = 17,5 cm. Pour l'analyse spectrale, il est judicieux d'u- tiliser un analyseur de Fourier rapide. Les signaux sont présents sous forme numérique. Il est par consé- quent approprié que la classification soit réalisée éventuellement de façon automatique avec un processeur numérique particulier. REVENDICATIONS 1) Procédé pour classer des cibles mobiles moyen- nant l'utilisation d'un appareil radar Doppler à suppression des échos fixes, caractérisé par le fait que les signaux d'échos de cibles mobiles sont étu- diés à l'aide de l'analyse spectrale du point de vue de la présence de raies secondaires périodiques du spectre de fréquences Doppler, qui sont produites par des variations périodiques du comportement à la réflexion de la cible ou de parties de la cible, et que les raies secondaires caractéristiques pour la classification de la cible, sont sélectionnées ou isolées et sont évaluées. 2) Procédé pour classer des cibles mobiles suivant la revendication 1, caractérisé par le fait.que les raies secondaires caractéristiques sont soumises, au moyen d'une comparaison de la période des raies se- condaires avec des valeurs de consigne prédéterminées de la fréquence et/ou des conditions de fréquence en liaison avec la détermination du vecteur trajectoi- re de la cible, à une évaluation approchée pour dif- férencier les différents types de cibles, par exemple dans le cas d'aéronefs, tels que des appareils à tuyères, des hélicoptères, et,.dans un dispositif suivant d'évaluation fine, à un classement dans une gamme de types pour chaque sorte de cibles. 3) Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les raies secondai- res du spectre de fréquences Doppler, qui résultent du produit de la vitesse de rotation du mécanisme d'entraînement des cibles mobiles par le nombre des pales réfléchissant le signal radar, sont évaluées en vue de la classification. 4) Procédé suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé par le fait que pour réa- liser la classification de véhicules à chenilles, on sélectionne et on analyse les périodes des raies se- condaires spectrales, provoquées par les éléments de chenilles en fonction de leur taille et de leur vi- tesse relative par rapport au véhicule ) Procédé suivant la revendication 4 caractérisé- par le fait que l'on détermine, au moyen de l'analyse spectrale, la distance entre les éléments de chenille et/ou la grandeur de ces éléments de chenille-. 6) Procédé suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisé par le fait que l'analyse spectrale est exécutée dans un processeur de Fourier rapide. 7) Procédé suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6 caractérisé par le fait que la classifica- tion (évaluation approchée et évaluation fine) des si- gnaux numériques de sortie du processeur de Fourier rapide s'effectue dans un processeur numérique.