Brevet FR2503378A1 — publié le 19821008

PROCEDE ET DISPOSITIF D'ELIMINATION DES ECHOS FIXES La présente invention concerne l'élimination, dans le signal vidéo d'un radar Doppler cohérent, des échos dus à des cibles fixes ou à faible vitesse. La discrimination dans un système radar, des signaux d'échos provenant de cibles fixes ou à faible vitesse se fait pas une prise en considération de l'effet Doppler c'est-à-dire du décalage en fréquence qui affecte un signal d'échos lorsqu'il est renvoyé par une cible animée d'une vitesse radiale non nulle par rapport à 11 émetteur du radar. L'effet Doppler est mis en évidence dans un radar Doppler cohérent, par une démodulation synchrone du signal d'échos reçu et apparait sous la forme d'une modulation d'amplitude, à la fréquence de décalage, du signal démodulé d'échos. Cette modulation d'amplitude provoque une modification de forme perceptible par comparaison des signaux d'échos reçus et démodulés en réponse à l'émission par le radar d'impulsions successives d'interrogation de même fréquence. Un procédé classique connu sous le sigle français VCM (visualisation de Cibles Mobiles) et sous le sigle anglais MTI (Moving Target Indicator) s'applique au signal vidéo de réception d'un radar Doppler cohérent qui émet des impulsions d'interrogation répétitives à une fréquence fixe F et dans lequel le signal d'échos reçu est appliqué après une translation de fréquence -Fo à un démodulateur synchrone recevant une porteuse de démodulation F-Fo engendrée par un oscillateur cohérent particulièrement stable, remis en phase à chaque impulsion d'interrogation.Il consiste à éliminer du signal vidéo délivré par le démodulateur synchrone du radar Doppler cohérent les signaux d'échos démodulés dont la forme varie peu d'une impulsion d'interrogation à l'autre, en retranchant l'un de l'autre deux signaux successifs d'échos démodulés et à appliquer pour ce faire le signal vidéo délivré par le démodulateur synchrone aux deux entrées d'un soustracteur, directement sur l'entrée additive et par l'intermédiaire d'une ligne artificielle dont le retard est égal à l'intervalle de temps de récurrence des impulsions d'interrogation sur l'entrée soustractive. La ligne artificielle et le soustracteur constituent un filtre VCM à simple annulation. Il est connu de mettre en série deux ou trois filtres VCM à simple annulation pour constituer un filtre VCM à double ou triple annulation. Ce procédé et les filtres VCM qui le mettent en oeuvre sont conçus pour s'appliquer au signal vidéo d'un radar Doppler cohérent émettant sur une fréquence fixe et stable. Ils sont inefficaces pour traiter le signal vidéo d'un radar Doppler cohérent émettant alternativement sur deux fréquences car les signaux d'échos envoyés par une même cible en réponse à deux impulsions d'interrogation de fréquences différentes n'ont pas la même forme et ceci, indépendamment de l'effet Doppler. La présente invention a pour but un procédé et un dispositif d'élimination des échos fixes aussi performant avec un radar Doppler cohérent émettant en fréquence double qu'avec un radar Doppler cohérent émettant en fréquence simple. Elle a pour objet un procédé d'élimination des échos fixes dans le signal vidéo d'un radar Doppler cohérent consistant à retrancher deux à deux les signaux d'échos successifs démodulés présents dans le signal vidéo, à décaler de 1nr les phases des signaux successifs de différence d'échos lorsque ces dernières se trouvent dans une plage arbitraire de largeurr puis à soustraire deux à deux les signaux successifs de différence d'échos ainsi modifiés. Selon un mode préféré de mise en oeuvre le décalage de phase consiste à ajouternr aux phases négatives des signaux successifs de différence d'échos ou encore à retrancher Tr aux phases positives des signaux successifs de différence d'échos. La présente invention a aussi pour objet un dispositif de mise en oeuvre du procédé précité adapté au traitement des composantes en phase et en quadrature du signal vidéo d'un radar Doppler cohérent comportant - un premier filtre VCM à simple annulation recevant sur deux entrées parallèles les composantes en phase et en quadrature du signal vidéo et délivrant sur deux sorties parallèles des composantes en phase et en quadrature des signaux successifs de différence d'échos, - un circuit correcteur de phase disposé à la suite du premier filtre VCM à simple annulation traitant dans deux charnels parallèles les composantes en phase et en quadrature des signaux successifs de différence d'échos fournis par le premier filtre VCM à simple annulation et comportant dans une chaine un redresseur inconditionnel et, dans l'autre chaîne un inverseur conditionnel asservi au redresseur inconditionnel de telle façon qu'il soit actif s'il y a redressement de la part du redresseur inconditionnel et inactif s'il n'y a pas redressement - et un deuxième filtre VCM à simple annulation recevant sur deux entrées parallèles les composantes en phase et en quadrature du signal délivré par le correcteur de phase et délivrant sur deux sorties parallèles les composantes en phase et en quadrature d'un signal vidéo dans lequel les composantes dues à des échos sur des obstacles fixes ont été grandement réduites. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront des revendications jointes et de la description ci-après de plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'exemple. Cette description sera faite en regard du dessin dans lequel - la figure 1 représente le schéma d'un radar Doppler cohérent, - la figure 2 représente le schéma d'un filtre VCM à simple annulation traitant les composantes en phase et en quadrature du signal vidéo d'un radar Doppler cohérent émettant en fréquence simple, -la figure 3 réprésente le schéma d'un dispositif d'élimination des échos fixes conforme à l'invention - et la figure 4 représente le schéma d'un autre dispositif d'élimination des échos fixes conforme à l'invention. La figure 1 rappelle brièvement les principaux éléments d'un radar Doppler cohérent. Un émetteur 10 fournit des impulsions de haute fréquence F à une antenne 11 commune à l'émission et à la réception par I'intermédiaire d'un duplexeur 12. Le signal reçu par l'antenne 11 en réponse à l'émission d'une impulsion d'interrogation est dirigé par le duplexeur 12 vers un premier circuit de changement de fréquence 13 qui reçoit également le signal à la fréquence Fo d'un oscillateur local 14. Le signal engendré par 'émetteur est aussi dirigé vers un deuxième circuit de changement de fréquence 15 qui reçoit le signal de l'oscillateur local 14.Le signal moyenne fréquence F-Fo délivré par le deuxième circuit de changement de fréquence 15 est utilisé pour synchroniser un oscillateur cohérent 16 particulièrement stable qui fournit deux signaux en quadrature à la fréquence F-Fo possédant des relations de phase fixes et prédéterminées avec les impulsions d'interrogation engendrées par l'émetteur 10. Les signaux de l'oscillateur cohérent 16 servent de porteuses à un démodulateur synchrone 17 qui reçoit par ailleurs le signal délivré par le premier circuit de changement de fréquence 13 amplifié au préalable par un amplificateur moyenne fréquence 18. Le démodulateur synchrone 17 fournit les composantes en phase S et en quadrature C du signal vidéo du radar.Dans le cas de l'utilisation d'impulsions d'interrogation de plusieurs fréquences, la fréquence de l'oscil- lateur local est modifiée à chaque changement de fréquence de manière à conserver la même moyenne fréquence. Comme cela est bien connu, les échos permanents produisent en réponse à des impulsions d'interrogation de même fréquence, des impulsions vidéo d'amplitude constante alors que les échos sur des obstacles mobiles produisent, en réponse à des impulsions d'interrogation de même fréquence, des impulsions vidéo dont l'amplitude varie sinuoldalement à une fréquence a F appelée décalage Doppler qui est liée à la vitesse radiale v de l'obstacle et à la fréquence F de l'impulsion d'interrogation par la relation 2 F = 2 v F c étant la vitesse de la lumière c On distingue à la figure 2 le schéma d'un filtre VCM à simple annulation qu'il est habituel d'utiliser pour éliminer les échos fixes du signal vidéo d'un radar Doppler cohérent émettant en fréquence simple. Ce filtre comporte deux channes distinctes et identiques traitant chacune des composantes en phase S et en quadrature C du signal vidéo. Chacune des chaînes comporte une ligne artificielle 20 respectivement 21 retardant le signal qui la traverse d'un délai égal à l'intervalle de temps de récurrence des impulsions d'interrogation engendrées par l'émetteur 10 du radar et un soustracteur 22 respectivement 23 qui reçoit la composante considérée du signal vidéo directement sur son entrée additive et par l'intermédiaire de la ligne artificielle sur son entrée soustractive. Grâce à ces deux chaines le signal vidéo d'échos est remplacé par un signal vidéo de différence d'échos dans lequel ne subsistent que les composantes du signal vidéo variables d'une impulsion d'interrogation à la suivante et par conséquent dues uniquement à des réflexions sur des obstacles mobiles. Les composantes en phase et en quadrature du signal délivré par le filtre VCM sont soumises à un circuit de traitement qui détermine l'amplitude de l'écho par calcul de la racine carrée de la somme des carrés des composantes avant d'être appliquées à la commande d'un dispositif de visualisation. Pour améliorer l'élimination des échos dus à des cibles fixes il est possible de disposer en série deux ou trois filtres VCM à simple annulation tels que celui de la figure 2. Les dispositifs sont alors appelés filtres VCM à double ou triple annulation. De tels filtres, concus pour fonctionner avec un signal vidéo délivré par un radar Doppler cohérent émettant sur une fréquence fixe et stable, sont inefficaces pour traiter le signal vidéo d'un radar Doppler cohérent émettant en fréquence double pour une détection améliorée des cibles. La figure 3 représente un dispositif d'élimination des échos fixes conforme à l'invention qui ne présente pas cet inconvénient et permet d'obtenir d'aussi bon résultat avec un signal vidéo délivré par un radar Doppler cohérent émettant en fréquence double. Ce dispositif se compose de deux filtres VCM à simple annulation séparés par un circuit correcteur de phase. Le premier filtre VCM à simple annulation placé en entrée reçoit sur deux entrées parallèles les composantes en phase S et en quadrature C du signal vidéo délivré par un radar Doppler cohérent émettant en fréquence simple ou double et les traite dans deux chaînes indépendantes identiques comportant chacune une ligne artificielle 30 respectivement 31 retardant le signal qui la traverse d'un délai égal à l'intervalle de temps de récurrence des impulsions d'interrogation engendrées par l'émetteur du radar, et un soustracteur 32 respectivement 33 qui reçoit la composante considérée du signal vidéo directement sur son entrée additive et par l'intermédiaire de la ligne artificielle sur son entrée soustractive. Le circuit correcteur de phase disposé à la suite du premier filtre VCM à simple annulation comporte deux chaînes parallèles l'une traitant la composante en phase S du signal vidéo et renfermant un redresseur inconditionnel RI 34, et l'autre traitant la composante en quadrature C du signal vidéo et renfermant un inverseur conditionnel IC 35 asservi au redresseur inconditionnel RI 34 de manière à être actif s'il y a redressement de la composante en phase et inactif s'il n'y a pas redressement. Le deuxième filtre VCM à simple annulation placé en sortie reçoit sur deux entrées parallèles les composantes en phase et en quadrature délivrées par le correcteur de phasme. Il les traite dans deux chaînes séparées comportant chacune une ligne artificielle 36 respectivement 37 retardant le signal qui la traverse d'un délai égal à l'intervalle de temps de récurrence des impulsions d'inter rogation engendrées par l'émetteur du radar, et un soustracteur 38 respectivement 39 qui reçoit la composante considérée du signal provenant du correcteur de phase directement sur son entrée additive et par l'intermédiaire de la ligne artificielle sur son entrée soustractive. Le dispositif représenté à la figure 3 procéde de la manière suivante Son premier filtre VCM à simple annulation retranche deux à deux les signaux d'échos successifs démodulés présents dans le signal vidéo, son circuit de correction de phase maintient la phase des signaux successifs de différence d'échos constamment positive en ajoutant + Ir à ceux dont la phase est négative et son deuxième filtre VCM à simple annulation retranche à nouveau deux à deux les signaux successifs de différence d'échos une fois leurs phases corrigées. Ce dispositif élimine les composantes dues aux obstacles fixes, du signal vidéo d'un radar Doppler cohérent fonctionnant en fréquence double avec changement de fréquence après l'émission de chaque impulsion d'interrogation. En effet les composantes du signal vidéo dues à un obstacle fixe sont, prises isolément, des impulsions vidéo caractérisées par leurs déphasages et leurs amplitudes relatives par rapport aux impulsions d'interrogation qui en sont à l'origine. Elles peuvent être représentées par une suite de vecteurs A(j) ayant pour modules leurs amplitudes relatives et pour angles de phase leurs déphasages. Les impulsions vidéo de rang pair qui résultent de la réflexion sur l'obstacle fixe d'impulsions d'interrogation de même fréquence sont identiques entre elles et il en est de même pour les impulsions vidéo de rang impair. Le premier filtre VCM à simple annulation fournit en réponse des impulsions vidéo D(j) d'amplitude constante et de phase alterna tivement positive et négative. En effet D(j)= A(j) - A(j-1) 4(j+1) = A A(j+1) = A(J-1) on a D(j+1): - D(j) Le circuit correcteur de phase change de signe une impulsion vidéo 8(j) sur deux et délivre une suite d'impulsions toutes identiques. En effet, soit i un indice pair, la relation précédente montre que l'une des impulsions vidéo D(i), D(i+1) a nécessairement une phase négative par exemple D(i) tandis que l'autre D(i+1) a une phase positive.Le circuit correcteur de phase ajoute + Anr aux impulsions D(i) qui changent de signe et déviennent identiques aux impulsions (i+1). Le deuxième filtre VCM à simple annulation reçoit du circuit correcteur de phase une suite d'impulsions toutes identiques qu'il H bloque de sorte que les impulsions vidéo A(j) qui présentent la contribution d'un obstacle fixe dans le signal vidéo d'un radar Doppler cohérent fonctionnant en fréquence double sont arrêtées par le dispositif. Le dispositif élimine également les composantes dues aux obstacles fixes du signal vidéo d'un radar Doppler cohérent fonctionnant en fréquence simple en raison essentiellement de la présence en tête du premier filtre VCM à simple annulation. Selon une variante, le correcteur de phase peut retrancherlNr au > phases positives pour cela il suffit de faire suivre le redresseur inconditionnel RI d'un inverseur inconditionnel et de modifier l'asservissement de l'inverseur conditionnel IC de manière qu'il soit actif s'il n'y a pas redressement de la composant en phase et inactif s'il y a redressement. On peut également intervertir les deux chaines du correcteur de phase. La figure 4 donne le schéma d'un dispositif selon l'invention qui se déduit de celui de la figure 2 en ajoutant un autre circuit correcteur de phase identique au premier suivi d'un troisième filtre VU1M à simple annulation identique aux deux premiers. Les dispositifs décrits relativement aux figures 3 et 4 peuvent être réalisés entièrement sous forme numérique. Ils comportent alors en entrée deux échantillonneurs bloqueurs fonctionnant en synchronisme à une cadence d'échantillonage double de la fréquence maximale du signal vidéo, suivis de convertisseurs analogique-numérique. Les lignes artificielles des filtres VCM à simple annulation sont alors remplacées par des registres à décalage numériquearetardant les échantillons numériques d'un délai égal à l'intervalle de temps de récurrence des impulsions d'interrogation engendrées par l'émetteur du radar et les soustracteurs sont des circuits numériques.Le redresseur inconditionnel du circuit correcteur de phase est un circuit logique imposant un signe positif à tous les échantillons numériques qu'il traite et l'inverseur conditionnel du circuit correcteur de phase est un circuit logique imposant un changement de signe aux échantillons numériques qui le traversent lors que les échantillons numériques soumis au redresseur inconditionnel sont de signe négatif. Les dispositifs décrits relativement aux figures 3 et 4 ont été essayés avec des signaux vidéo de radar Doppler cohérents fonctionnant - en double fréquence : les résultats sont souvent meilleurs qu'en fonctionnement simple fréquence avec un filtre VCM normal sans correcteur de phase - en simple fréquence : les résultats sont toujours meilleurs que dans les mêmes conditions avec un filtre VCM normal sans correcteur de phase - en fréquence variable et aléatoire (choix aléatoire de fréquences parmi un jeu déterminé) : les résultats sont aussi très bons et souvent comparables aux résultats du filtre VCM normal sans correction de phase, en fonctionnement en simple fréquence. Le procédé et les dispositifs selon l'invention peuvent donc être utilisés avec n'importe quel mode de fonctionnement en fréquence avec des résultats toujours meilleurs que ceux obtenus avec les dispositifs actuels. On peut, sans sortir du cadre de l'invention modifier certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1/ Procédé d'élimination des échos fixes dans le signal vidéo d'un radar Doppler cohérent caractérisé en ce qu'il consiste - à retrancher deux à deux les signaux d'échos successifs démodulés présents dans le signal vidéo du radar et constituant la réponse aux impulsions d'interrogation successives émises par le radar, -à décaler der les phases des signaux successifs de différence d'échos lorsque ces dernières se trouvent dans une plage arbitraire de largeurlr - puis à soustraire deux à deux les signaux successifs de différence d'échos ainsi modifiés. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste: - à retrancher deux à deux les signaux d'échos successifs démodulés présents dans le signal vidéo du radar et constituant la réponse aux impulsions d'interrogation successives émises par le radar, - à ajouter mr aux phases négatives des signaux successifs de différence d'échos - puis à soustraire deux à deux les signaux successifs de différence d'échos ainsi modifiés. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste - à retrancher deux à deux les signaux d'échos successifs démodulés présents dans le signal vidéo du radar et constituant la réponse aux impulsions d'interrogation succesives émises par le radar, - à retrancher lr aux phases positives des signaux successifs de différence d'échos - puis à soustraire deux à deux les signaux successifs de différence d'échos ainsi modifiés. 4/ Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, adapté au traitement des composantes en phase et en quadrature du signal vidéo d'un radar Doppler cohérent comportant un premier filtre VCM à simple annulation (30, 31, 32, 33) recevant sur deux entrées parallèles les composantes en phase et en quadrature du signal vidéo et délivrant sur deux sorties parallèles les composantes en phase et en quadrature des signaux successifs de différence d'échos, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre - un circuit correcteur de phase disposé à la suite du premier filtre VCM à simple annulation, traitant dans deux channes parallèles les composantes en phase et en quadrature du signal délivré par le premier filtre VCM à simple annulation et comportant dans l'une des haines un redresseur inconditionel (34) et dans l'autre chaste un inverseur conditionnel (35) asservi au redresseur inconditionnel (34) de telle façon qu'il soit actif s'il y a redressement de la part du redresseur inconditionnel (34) et inactif s'il n'y a pas redressement - et un deuxième filtre VCM à simple annulation (36, 37, 38, 39) recevant sur deux entrées parallèles les composantes en phase et en quadrature du signal délivré par le circuit correcteur de phase et délivrant sur deux sorties parallèles les composantes en phase et en quadrature d'un signal vidéo dans lequel les composantes dues à des échos sur des obstacles fixes ont été grandement réduites. 5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre - un autre circuit correcteur de phase disposé à la suite du deuxième filtre VCM à simple annulation, traitant dans deux channes parallèles les composantes en phase et en quadrature du signal délivré par le deuxième filtre VCM à simple annulation et comportant dans 1' une des chaines un redresseur inconditionnel et dans l'autre channe un inverseur conditionnel asservi au redresseur inconditionnel de telle façon qu'il soit actif s'il y a redressement de la part du redresseur inconditionnel et inactif s'il n'y a pas redressement - et un troisième filtre VCM à simple annulation connecté à la suite par ses deux entrées parallèles et délivrant sur deux sorties parallèles les composantes en phase et en quadrature d'un signal vidéo dans lequel les composantes dues à des échos sur des obstacles fixes ont été grandement réduites.