Brevet FR2494855A1 — publié le 19820528

RADAR DOPPLER DE SURVEILLANCE TERRESTRE La présente invention se rapporte aux radars Doppler de surveillance terrestre qui permettent de repérer des cibles mobiles se déplaçant à la surface du sol entre des obstacles naturels qui provoquent des échos fixes, et parmi une végétation qui provoque d'autres échos mobiles mais parasites, dus à l'agitation du vent. De manière connue un tel radar Doppler émet des impulsions récurrentes et reçoit ces impulsions après réflexion sur un grand nombre d'obstacles situés dans le champ de balayage de l'antenne d'émissionréception. Les impulsions de réception renvoyées par des cibles mobiles sont affectées d'un glissement de fréquence dû à l'effet Doppler. Ce glissement de fréquence se traduit, après une démodulation de phase du signal de réception, par un signal basse fréquence qui module l'enveloppe des impulsions vidéo-fréquence résultant de cette discrimination de phase. Pour localiser les cibles mobiles intéressantes, on effectue un double traitement sur ces signaux. On utilise tout d'abord un système de portes qui découpe le signal reçu dans le temps de manière à discriminer une série de zones réparties de manière régulière dans le champ à surveiller. Dans certains cas très simplifiés on utilise une seule porte qui délimite un créneau de profondeur déterminée que l'opérateur peut déplacer à son choix dans le champ de portée du radar. On effectue ensuite une analyse fréquencielle sur les signaux provenant d'un ensemble d'impulsions successives pour obtenir des raies spectrales correspondant chacune à un mobile doté d'une vitesse radiale déterminée, et situé dans le secteur correspondant à la porte sélectionnée. En fait le signal de réception est affecté d'un bruit important, et notamment d'un bruit de phase dû à l'instabilité de l'oscillateur local du radar. Si la fréquence d'émission est fixe, ce bruit est corrélé d'un échantillon à l'autre et les mesures successives ne sont pas indépendantes, ce qui diminue fortement effet de moyenne dû à la prise de ces D'autre part un radar émettant à fréquence fixe peut être facilement détecté et risque donc d'être soumis à une émission de brouillage destinée à perturber sa réception. Il est bien connu dans les radars ordinaires de changer la fréquence d'émission afin d'échapper au brouillage émis par les dispositifs de contremesure. On n'a pas jusqu'à présent utilisé une telle disposition, qualifiée généralement d'agilité de fréquence, dans les radars Doppler, parce que ceci modifie la fréquence Doppler détectée, ce qui correspond à l'apparition d'un bruit supplémentaire si l'on ne fait pas de traitement spécial, ou amène de grosses complications dans les circuits et la rapidité de traitement si l'on procède à une correction de cet écart de fréquence. Pour surmonter ces difficultés, I'invention propose un radar Doppler de surveillance terrestre, du type comprenant un émetteur pour émettre des impulsions récurrentes de fréquence déterminée, un récepteur pour recevoir ces impulsions affectées d'une modulation Doppler et délivrer un signal de réception formé d'impulsions vidéo-fréquence porteuses de la même modulation, des moyens de mémorisation et de sélection pour isoler dans ce signal de réception au moins un groupe d'impulsions vidéofréquence récurrentes correspondant à une porte de distance déterminée, des moyens d'analyse spectrale pour former à partir de ce groupe d'impulsions un signal indiquant les raies de modulation Doppler des impulsions, et un premier circuit à seuil pour discriminer ces raies du bruit et délivrer un premier signal binaire indiquant la présence ou l'absence d'une cible mobile dans la porte de distance, principalement caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour mémoriser K (entier supérieur ou égal à deux) premiers signaux binaires successifs et un deuxième circuit à seuil pour comparer ces K premiers signaux binaires successifs et délivrer un deuxième signal binaire indiquant la présence ou l'absence d'une cible mobile dans la porte de distance lorsque L (entier supérieur ou égal à deux) de ces K premiers signaux binaires sont égaux. D'autres particularités et avantages de l'invention apparattront clairement dans la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures annexées ci-après: - la figure 1, qui représente le schéma synoptique d'un radar Doppler agile en fréquence; - la figure 2, qui représente l'organe 110 de la figure 1. Le radar Doppler dont le schéma synoptique est représenté en figure 1, comprend un synchronisateur central 101 qui pilote l'ensemble du système. Ce synchronisateur pilote un synthétiseur de fréquence 102, du type dit "agile en fréquence". Le signal fourni par ce synthétiseur est appliqué à un émetteur en bande X 103 dont rémission est commandée par le bloc de synchronisation 101 qui fait émettre par l'émetteur 103 des impulsions récurrentes de fréquence de répétition déterminée. Ces impulsions sont appliquées à un aérien 105 par l'intermédiaire d'un circulateur 104. Ces impulsions après réflexion sur les obstacles fixes et mobiles situés dans le champ de l'antenne sont recueillies par celle-ci et appliquées par l'intermédiaire du circulateur 104 à un récepteur en bande X 106. Ce récepteur est du type à cohérence de phase et utilise pour la démodulation des signaux reçus l'onde de fréquence déterminée fournie par le synthétiseur 102 à l'émetteur 103. Le signal de démodulation fourni par le récepteur 106 se compose d'une suite d'impulsions vidéo-fréquence se succédant de manière aléatoire. Il est appliqué à un système d'acquisition et de mémorisation 107 qui a une double fonction: tout d'abord il sélectionne des créneaux temporels correspondant chacun à une distance déterminée comptée à partir de l'aérien 105. Ceci permet de diviser l'espace à partir de cet aérien en un nombre déterminé de zones qui sont explorées chacune séparément pour déterminer s'il y a ou non une cible mobile dans une ou plusieurs d'entre elles. Ensuite pour chacune de ces zones, il sélectionne un nombre déterminé N d'impulsions de réception correspondant elles-mêmes à N impulsions récurrentes de l'émetteur. Ce nombre est tel qu'il permette d'extraire ensuite la fréquence Doppler avec une précision et un rapport signal sur bruit suffisant. Pour cela le système d'acquisition et de mémorisation utilise des signaux provenant du générateur de synchronisation 101 et qui permettent de sélectionner les créneaux de durée et le nombre de récurrences. Ce système 107 fonctionne selon un procédé connu dit séquentiel qui permet d'obtenir en sortie la suite des signaux correspondant aux différentes portes de distance et comprenant chacun les N impulsions vidéofréquence correspondant aux N récurrences successives. Ces signaux sont appliqués à un analyseur spectral 108 qui peut être soit du type numérique permettant de procéder à une transformation de Fourrier selon par exemple Palgorithme dit FFT, soit du type analogique utilisant un corrélateur à ondes de surface. Il utilise lui aussi pour son fonctionnement des signaux provenant du générateur de synchronisation 101 et qui lui permettent de distinguer entre-eux la succession des portes de distance. Les fréquences Doppler contenues dans le signal appliqué à l'entrée de cet analyseur de spectre se traduisent en sortie de celui-ci par une série de signaux correspondant à des raies spectrales en plus ou moins grand nombre pour chacune des portes de distance. Comme le signal d'entrée est très bruité, ce qui est normal pour un radar, on a un nombre relativement grand de raies dans chaque porte, correspondant à ce bruit. Le but étant en fait de détecter s'il y a dans au moins une porte au moins une cible mobile, on se contente à ce stade de faire une discrimination par un circuit à seuil qui -permet de donner une réponse par tout ou rien pour chacune des portes de distance. Le signal provenant de l'analyseur de spectre 108 est donc traité dans un circuit à seuil 109 qui reçoit lui aussi des signaux du générateur de synchronisation 101 aux fins de discriminer tant selon les portes de distance que selon les périodes d'analyse. Le traitement jusqu'à ce stade est relativement classique et il se traduit en sortie du discriminateur 109 par un signal binaire qui donne pour chacune des portes de distance successives un bit dtinformation dont la valeur indique une détection ou une non détection. Dans un radar courant on obtient par exemple une probabilité de détection de 0,8 avec une probabilité de fausse alarme de Pour améliorer ces chiffres, on procède alors à un traitement consistant à utiliser un deuxième seuil de décision portant sur K mesures successives et indépendantes. Ce traitement est effectué dans un dispo sitif 110 qui reçoit le signal sortant du circuit à seuil 109, et lui aussi des signaux de synchronisation du générateur 101. Le traitement consiste pour chaque porte de distance à additionner les K bits correspondant à K mesures successives et à prendre comme critère de décision sur la présence d'une cible mobile le fait que la somme ainsi obtenue soit supérieure ou égale à un deuxième seuil L compris bien entendu entre I et K. Si on se contentait de ce seul traitement cela reviendrait tout simplement à augmenter le nombre N de récurrences sur lequel porte le traitement. En raison des différentes corrélations du bruit entre deux impulsions successives l'amélioration ainsi apportée ne serait pas très importante. Aussi pour décorréler les mesures et améliorer d'une manière bien plus grande le résultat des mesures, on change de fréquence d'émission entre chacune des K mesures successives. Il faut bien entendu que la fréquence soit constante à l'intérieur d'un groupe de N récurrences successives puisque le traitement fréquentiel opéré dans l'analyseur 108 doit porter sur une fréquence Doppler aussi constante que possible pour avoir une raie aussi étroite et haute que possible.Mais lorsque ce traitement est terminé pour ces N récurrences donnant en sortie du circuit à seuil 109 un premier bit de présence ou d'absence, on peut changer de fréquence pour le traitement suivant, puis pour celui d'après et ainsi de suite jusqu'au K ième traitement après lequel on prend une décision majoritaire sur L De même la succession des fréquences dans les K mesures succes sives est sans importance. Ceci permet de faire le choix de ces fréquences dans le générateur de synchronisation 101 par un circuit aléatoire qui est particulièrement utile pour lutter contre les dispositifs de brouillage éventuels. Les signaux en sortie du deuxième dispositif à seuil 110 seront alors appliqués à un dispositif de visualisation 111 qui permet de localiser les échos mobiles ainsi repérés. La décorrélation qui est ainsi obtenue permet une amélioration particulièrement importante des caractéristiques du radar. En prenant les chiffres de probabilité cités plus haut, on montre par le calcul des probabilités, et on constate expérimentalement, que par exemple que pour une valeur de répétition K=5, et pour un deuxième seuil de décision L=3, la probabilité de détection passe à 0,93 et la probabilité de fausse alarme à 10-8, ce qui est extrêmement faible. Un exemple de réalisation du circuit à seuil 110 est représenté sur la figure 2 dans le cas particulier d'un radar comportant 64 portes de distance et une analyse portant sur cinq mesures indépendantes successives. Le signal binaire S1 sortant du premier circuit à seuil 109 est appliqué à l'entrée d'un registre à décalage 201 comportant 320 étages. Ces 320 étages correspondent aux cinq mesures successives portant sur 64 portes de distance. Ce registre se rempli avec ce signal S1 sous l'action d'un signal d'horloge H provenant du dispositif de synchronisation 101. Cinq étages de ce registre à décalage, situés tous les 64 étages à partir du 64ième, sont munis d'une sortie indépendante. Ainsi quand le registre sera entièrement rempli on disposera sur ces cinq étages particuliers des cinq bits correspondants aux cinq mesures indépendantes de la première porte de distance. Au temps d'horloge suivant, on disposera dans ces cinq registres des cinq bits correspondant à la deuxième porte de distance, et ainsi de suite jusqu'aux cinq bits correspondant à la 64ième porte de distance. Ces cinq sorties sont raccordées à un sommateur 202 qui effectue l'addition en binaire et donne donc le résultat sur trois bits de sortie en parallèle. Bien entendu dans ce cas particulier ces trois bits de sortie ne peuvent prendre qu'un nombre d'états limité à la représentation du nombre cinq. Pour que ce sommateur ne fonctionne qu'aux instants significatifs, il reçoit l'horloge H par l'intermédiaire d'une porte "ET" 203 qui n'est ouverte qu'entre les temps 320 à 383 du signal d'horloge H, le temps 1 de ce signal marquant l'entrée du premier bit dans le premier étage du registre 201. Ce signal d'horloge est appliqué à un compteur 204 qui reçoit par ailleurs depuis le bloc de synchronisation 101 un signal de remise à zéro RAZ lors de l'arrivée du premier bit de S1 dans le registre 201. La sortie 320 de ce compteur positionne une bascule 205 du type RS qui ouvre alors la porte 203. Au temps 383 du signal H le compteur 204 repositionne la bascule 205 qui elle-même referme alors la porte 203. Les sorties binaires 1, 2, 4 de l'additionneur 202 sont combinées à l'aide de deux portes "ET" 206 et 207 afin d'obtenir d'une part directement, et d'autre part par l'intermédiaire de ces portes, quatre sorties 2, 3, 4, 5. L'apparition d'un bit 1 sur l'une de ces sorties indique dans la porte de distance correspondant à l'instant de calcul un nombre de détection de cibles mobiles parmi les cinq mesures indépendantes égal au numéro de la sortie. Un commutateur 208 permet de sélectionner celle des sorties qui correspond au seuil que l'on s'est fixé. L'apparition d'un bit 1 sur le signal S2 en sortie de ce commutateur indique donc la détection d'une cible mobile avec le niveau de probabilité sélectionné par le commutateur. La sortie 1 de l'additionneur 202 n'est pas reportée sur le commutateur 208 puisque dans ce cas le deuxième circuit à seuil serait sans intérêt. Afin d'indiquer au dispositif de visualisation 111 qui reçoit le signal S2 que ce dernier doit bien être pris en compte, le signal d'horloge H en sortie de la porte 203 est envoyé à cette même visualisation sous forme d'un signal VAL. Un tel dispositif permet d'améliorer considérablement les performances d'un radar Doppler au prix d'une complication très minime du matériel utilisé. REVENDICATIONS 1. Radar Doppler de surveillance terrestre, du type comprenant un émetteur (103) pour émettre des impulsions récurrentes de fréquence déterminée, un récepteur (106) pour recevoir ces impulsions affectées d'une modulation Doppler et délivrer un signal de réception formé d'impulsions vidéo-fréquence porteuses de la même modulation, des moyens de mémorisation et de sélection (107) pour isoler dans ce signal de réception au moins un groupe d'impulsions vidéo-fréquence récurrentes correspondant à une porte de distance déterminée, des moyens d'analyse spectrale (108) pour former à partir de ce groupe d'impulsions un signal indiquant les raies de modulation Doppler des impulsions, et un premier circuit à seuil (109) pour discriminer ces raies du bruit et délivrer un premier signal binaire indiquant la présence ou l'absence d'une cible mobile dans la porte de distance, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (110) pour mémoriser K (entier supérieur ou égal à deux) premiers signaux binaires successifs et un deuxième circuit à seuil (110) pour comparer ces K premiers signaux binaires successifs et délivrer un deuxième signal binaire indiquant la présence ou l'absence d'une cible mobile dans la porte de distance lorsque L (entier supérieur ou égal à deux) de ces K premiers signaux binaires sont égaux. 2. Radar selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (101-102) pour changer la fréquence d'émission de l'émetteur (103) entre les groupes d'impulsions d'émission correspondant aux groupes d'impulsions de réception sur lesquels porte l'analyse spectrale. 3. Radar selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de mémorisation et de sélection (107) permettent d'isoler un ensemble de groupes d'impulsions vidéo-fréquence récurrentes correspondant à un ensemble de portes de distance déterminé ; les moyens d'analyse spectrale (108), le premier circuit à seuil (109), les moyens (110) de mémorisation des premiers signaux binaires, et le deuxième circuit à seuil (110) permettant de traiter cet ensemble de groupes d'impulsions pour délivrer un deuxième signal binaire indiquant la présence ou l'absence dans chacune de ces portes de distance d'une cible mobile. 4. Radar selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens pour mémoriser K premiers signaux binaires comprennent un registre à décalage (201) permettant de mémoriser les K ensembles de premiers signaux binaires correspondant à toutes les portes de distance et muni de K sorties parallèles pour extraire les K premiers signaux binaires correspondant à une porte de distance, et que le deuxième circuit à seuil comprend un additionneur (202) pour faire la somme de ces K premiers signaux binaires, des moyens de synchronisation (203-205) pour commander le remplissage du registre à décalage et le fonctionnement de l'additionneur, et des moyens (206-207) pour sélectionner une sortie de l'additionneur comprise entre 2 et K et pour délivrer le deuxième signal binaire.