Brevet FR2522414A1 — publié le 19830902

Radar pulsé-Doppler. L'invention se rapporte à un radar pulsé- Doppler avec un montage pour l'élimination des échos fixes et avec une fréquence de répétition variable des impulsions (PRF). Avec la tendance qui consiste à réduire au- tant que possible la dimension des antennes des appa- reils radar, on augmente autant que possible la fré- quence de l'émetteur radar, dans la mesure o cela est rendu possible par les conditions atmosphériques auxquelles il faut s'attendre et par la technologie. Le besoin d'opérer avec des fréquences d'émission aussi élevées que possible est encore plus fort dans le cas d'appareils radar déterminant l'altitude, en raison de l'antenne qui, de toutes façons, est plus grande Mais, des limites sont imposées dans le cas o les appareils radar doivent être utilisés non seu- lement dans une zone d'action proche, mais également pour des portées moyennes de par exemple 100 km Mais à l'augmentation de la portée, reliée à une diminu- tion de la fréquence de répétition des impulsions (PRF),s'oppose la dégradation de l'élimination des fréquences Doppler des signaux non souhaités de ci- bles qui se déplacent lentement, par suite de la dimi- nution de la vitesse-limite inférieure Car, la dimi- nution de la fréquence de répétition des impulsions entraîne, pour une largeur relativement identique de la largeur polaire du montage de l'élimination des échos fixes, également une diminution de la fréquence- limite inférieure absolue qui est déterminante pour la vitesse-limite inférieure Par ailleurs, à un accroissement de la fréquence-limite inférieure qui a pour conséquence une diminution de la largeur de la bande passante du filtre pour la suppression des échos fixes, s'oppose une détérioration inadmissible du comportement de la vitesse aveugle Les exigences qui en résultent, quant à l'accroissement de la por- tée de l'appareil radar et de l'amélioration de la suppression des signaux de ciblesqui se déplacent lentement, ne peuvent plus être satisfaites par un compromis. Mais on peut toutefois imaginer un radar pulsé-Doppler avec lequel on pourrait opérer, pour découvrir des cibles proches avec une fréquence d'émission élevée et avec également une fréquence de répétition élevée des impulsions, et, pour saisir des cibles éloignées, avec une fréquence d'émission fai- ble et, également, avec une fréquence de répétition faible des impulsions Les résultats de ce mode d'opération, avec un appareil radar de ce genre, sont, il est vrai, bons, toutefois, les moyens techniques à mettre en oeuvre sont importants. L'invention a pour objet de montrer, pour un radar pulsé-Doppler du type rappelé en tête du pré- sent mémoire, un moyen d'obtenir, avec des dépenses raisonnables, également dans des appareils radar qui opèrent avec une fréquence d'émission élevée et qui sont conçus pour une portée moyenne, une bonne sup- pression de cibles qui se déplacent avec une vitesse faible, sans que soit favorisée l'apparition de si- gnaux parasites résiduels et l'apparition de signaux de portée excessive. Ce problème est résolu, selon l'invention, grâce au fait que pour l'élimination des cibles len- tes on procède à une imbrication des rayons d'action par changement périodique de la fréquence de répéti- tion des impulsions à l'intérieur de chaque durée de balayage de la cible, de manière qu'en utilisant plu- sieurs composants communs d'un système (émetteur, an- tenne, etc) de l'appareil radar, a lieu un traite- ment de signaux subdivisé en fonction du changement de la fréquence de répétition des impulsions dans une zone d'action proche ou immédiate et une zone d'ac- tion lointaine, en faisant en sorte que pendant l'émission des signaux radar à fréquence de répéti- tion élevée des impulsions et pour une fréquence- limite inférieure élevée de filtre des échos fixes, seule la zone d'action proche soit évaluée et que pendant l'émission des signaux radar à fréquence de répétition basse des impulsions exclusivement la zone d'action éloignée soil évaluée. La subdivision de la couverture-radar en une zone proche et une zone lointaine est basée sur une imbrication des impulsions avec deux fréquences de répétition des impulsions, qui se distinguent très nettement entre elles, étant noté que l'on part d'une fréquence d'émission commune Le niveau de la fréquen- ce de répétition des impulsions est, avantageusement, au moins deux fois aussi grand que la fréquence de répétition faible des impulsions La fréquence de répétition élevée des impulsions peut également être un multiple entier plus grand de la fréquence de répé- tition des impulsions faibles Du fait de la mise en oeuvre d'une fréquence de répétition élevée des impulsions, grâce à laquelle la portée de l'appareil radar est limitée à une zone proche, la fréquence- limite inférieure du filtre des échos fixes est tel- lement élevée dans la zone de détection que des cibles qui se déplacent lentement sont supprimées On peut admettre que des mouvements lents au sol disparaissent derrière leurs ombres, dans une distance qui se situe en-dehors de la zone d'action proche ou immédiate De ce fait, des mesures supplémentaires, dans la zone d'action proche, sont inutiles pour leur suppression. Une fréquence-limite suffisamment élevée du filtre des échos fixes, est obtenue par la mise en oeuvre de doubles suppresseurs de rayonnement. Selon un développement avantageux de l'inven- tion, on procède, pendant la durée de balayage de la cible (TOT), à l'imbrication, dans le temps, d'au moins un groupe d'impulsions non expansées de la fré- quence de répétition élevée des impulsions dans les impulsions expansées de la fréquence de répétition basse des impulsions La largeur des impulsions radar de fréquence de répétition élevée des impulsions sans compression des impulsions et celle des impulsions radar de fréquence de répétition basse des impulsions avec compression des impulsions, sont maintenues à la même valeur Dans la branche de traitement du récep- teur radar pour les impulsions à faible fréquence de répétition des impulsions, il est nécessaire de pro- céder à une compression correspondante des impulsions. Une imbrication, dans le temps, des deux trains d'impulsions de fréquence de répétition diffé- rente des impulsions, peut avoir lieu de différentes façons On peut par exemple remplacer une impulsion de la fréquence de répétition basse des impulsions par un groupe d'impulsions de fréquence de répétition élevée des impulsions, ou faire occuper tous les in- tervalles des impulsions de la fréquence de répéti- tion basse des impulsions, par respectivement un groupe d'impulsions de la fréquence de répétition éle- vée des impulsions ou encore faire occuper une partie des intervalles, selon une série périodique, par des impulsions de la fréquence de répétition élevée des impulsions Une autre possibilité consiste à coder, éventuellement de façon différente, l'un ou les deux trains d'impulsions Des instabilités qui sont provo- quées dans le flux des signaux du train d'impulsions à fréquence de répétition basse des impulsions, par insertion d'impulsions de fréquence de répétition éle- vée des impulsions, peuvent être éliminées avec des mesures connues pour la suppression d'impulsions individuelles. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et représenté au dessin annexe un exemple d'exécution de l'objet de l'invention. La figure 1 montre la subdivision schématique de la totalité de la zone des distances d'un appareil radar par une imbrication des portées, la figure 2 représente le schéma de principe de la partie émetteur d'un appareil radar, la figure 3 représente le schéma de principe de la partie réception d'un appareil radar, la figure 4 est un diagramme des impulsions qui montre une possibilité de l'imbrication des deux fréquences de répétition des impulsions. La zone totale des distances, représentée dans la figure 1, qui peut être saisie avec un appa- reil radar et être représentée sur un dispositif d'af- fichage, est indiquée par deux cercles concentriques qui limitent entre eux une zone d'action proche ou immédiate B avec la distance maximale R 2 et une zone d'action lointaine A avec la portée maximale RI La saisie de cibles dans la zone d'action proche ou immé- diate B a lieu avec la fréquence de répétition la plus élevée des impulsions PRF 1 et dans la zone d'action lointaine A avec la fréquence de répétition plus fai- ble des impulsions PRF 2 Le rapport PRF 2/PRF 1 des fréquences de répétition des impulsions est au moins sensiblement dans le rapport 1:2, et il est de ce fait notablement supérieur à la variation de la fré- quence de répétition des impulsions qui est utilisée habituellement pour supprimer les zones de la vitesse aveugle Par suite de la subdivision en deux zones de distance, on peut opérer dans la zone lointaine avec. un abaissement de l'amplification de plus faible dyna- mique par rapport à un réglage de la suppression des parasites ou réglage du couplage à faible constante de temps La représentation de cibles qui passent de la zone d'action lointaine A dans la zone d'action proche B ou inversement, n'est pas perturbée sur l'écran de l'appareil radar. Dans la partie émission de l'appareil radar (figure 2),un générateur haute fréquence 4 produit une fréquence d'émission qui est appliquée à l'anten- ne radar 1, par l'intermédiaire des étages de manipu- lation 5 et 6, d'un commutateur électronique 3 et d'un étage de puissance (étage final d'émission) La fréquence d'émission présente une valeur indépendante de la manipulation Pendant chaque durée de passage sur la cible, qui dépend de la vitesse de rotation de l'antenne et de l'angle d'ouverture du lobe de l'an- tenne, la fréquence d'émission est manipulée, dans les deux étages de manipulation 5 et 6, alternativement avec la fréquence de répétition des impulsions PRF 2 et PRF 1 Le commutateur électronique 3 relie l'étage final 2 de l'émetteur et l'antenne radar 1 respective- ment avec l'étage de manipulation correspondant 5 ou 6 La fréquence de manipulation FT 1 pour produire une fréquence de répétition des impulsions PRF 1 est produite directement dans un générateur 7 Par l'in- termédiaire d'un étage diviseur de fréquence 8 on obtient une seconde fréquence de manipulation FT 2 avec laquelle on module, dans l'étage de manipula- tion 6, la fréquence d'émission pour produire la fré- quence de répétition basse des impulsions PRF 2 Un circuit de commande, constitué par un diviseur de fré- quence 9 et par un circuit 10 pour déterminer le rap- port cyclique, détermine la fonction de commutation du commutateur électronique 3 et, par voie de consé- quence, l'instant et la durée de chacun des trains d'impulsions qui sont à appliquer à l'antenne 1 Le diviseur de fréquence 9 reçoit un train d'impulsions, qui correspond à la fréquence de répétition d'impul- sions PRF 2, à partir du diviseur de fréquence 8 pour la fréquence de répétition Le rapport cyclique de la fonction de commutation du commutateur électronique 3 peut être réglé, de façon fixe, dans l'étage 10. A l'aide du diagramme des impulsions représen- té dans la figure 4, on explicitera, sous la forme la plus simple, l'imbrication des fréquences de répéti- tion des impulsions en liaison avec la fonction du commutateur électronique 3 Dans la ligne a de la fi- gure 4 on a reproduit un train d'impulsions de fré- quence de répétition basse des impulsions PRF 2 pour la zone d'action lointaine et dans la ligne b le train d'impulsions pour la fréquence de répétition plus élevée des impulsions PRF 1 pour la zone d'ac- tion proche ou immédiate de l'appareil radar Pour un mode de fonctionnement de l'appareil radar, dans le- quel, pendant une durée de passage sur la cible, une impulsion de la fréquence de répétition des impulsions PRF 2 est remplacée par une série d'impulsions de la fréquence de répétition des impulsions PRF 1, il faut échantillonner, par une impulsion de libération représentée dans la ligne c, une impulsion de la fré- quence de répétition des impulsions PRF 2, ainsi que cela est indiqué schématiquement dans la ligne a, avec la fréquence de répétition des impulsions PRF 2 à intervalle d'impulsions correspondant au temps sur la cible En même temps, il faut libérer, par une seconde impulsion de libération représentée dans la ligne c, pour la durée d'une période de la fréquence de répétition des impulsions PRF 2, un train d'impul- sions de la fréquence de répétition élevée des im- pulsions PRF 1, comme cela est représenté dans la ligne b Le commutateur électronique se trouve pen- dant ce temps dans la position 3 b (figure 2) Dans la dernière ligne a + b de la figure 4, on a repré- senté le train d'impulsions imbriqué qui est émis par l'antenne 1. En synchronisme avec l'interrupteur électro- nique 3 de la figure 2, doit être commandé, dans le récepteur radar, un commutateur correspondant 13. Dans le schéma de principe du récepteur radar selon la figure 3 on a désigné par la référence 1 l'antenne qui est utilisée en commun pour la partie émetteur et la partie récepteur Les signaux d'échos qui sont reçus par l'antenne 1 sont amplifiés, convertis et redressés dans la partie récepteur 12, transmis comme signaux vidéo à un circuit d'évaluation des signaux et finalement affichés à l'aide d'un dispositif d'af- fichage 14 Le dispositif d'évaluation des signaux est subdivisé en une branche 16 pour le traitement des signaux d'échos provenant de la zone d'action proche ou immédiate PRF 1 et dans la branche de traite- ment 15 pour la zone d'action lointaine avec la fré- quence de répétition des impulsions PRF 2 Le commuta- teur électronique 13 applique les signaux vidéo de la sortie de la partie réception 12, alternativement à la branche de traitement 15, avec le circuit d'évalua- tion pour la fréquence de répétition basse des impul- sions PRF 2 et avec un redressement suivant, ou à la seconde branche d'évaluation 16 pour les signaux d'échos provenant de la zone d'action lointaine Pour la représentation des signaux d'échos de cibles la sortie de chacune des branches d'évaluation 15 ou 16 est reliée, par l'intermédiaire d'une porte OU, 17, à un dispositif d'affichage 14. Dans la forme de réalisation décrite de la partie émission et de la partie réception, une par- tie notable de l'appareil radar peut être utilisée en commun Un traitement séparé des signaux pour les deux zones d'action proche et d'action lointaine n'est nécessaire que dans les deux branches d'évalua- tion 15 et 16 du récepteur radar, alors que l'antenne, l'émetteur, la partie réception n'exigent aucune sé- paration, à l'exception de la compression des impul- sions ou du filtre optimal et de la représentation des cibles. REVENDICATIONS 1 Radar pulsé-Doppler pour le fonctionnement avec une fréquence de répétition des impulsions (PRF) et avec un montage pour élimination des échos fixes, caractérisé par le fait que pour l'élimination des cibles lentes on procède à une imbrication des rayons d'action par changement périodique de la fréquence de répétition des impulsions à l'intérieur de chaque durée de balayage de la cible, de manière, qu'en uti- lisant plusieurs composants communs d'un système (émetteur, antenne, etc) de l'appareil radar, a lieu un traitement des signaux subdivisé en fonction du changement de la fréquence de répétition des impul- sions dans une zone d'action proche ou lointaine et une zone d'action lointaine, en faisant en sorte que pendant l'émission des signaux radar à fréquence de répétition élevée des impulsions (PRF 1) et pour une fréquence-limite inférieure élevée du filtre des échos fixes, seule la zone d'action proche (B) soit évaluée et que pendant l'émission des signaux radar à fréquence de répétition basse des impulsions (PRF 2) exclusivement la zone d'action lointaine (A) soit évaluée. 2 Radar pulsé-Doppler selon la revendica- tion 1, caractérisé par le fait que la fréquence de répétition élevée des impulsions (PRF 1) est un 4) multiple entier de la fréquence de répétition infé- rieure des impulsions (PRF 2). 3 Radar pulsé-Doppler selon la revendica- tion 1, caractérisé par le fait que l'évaluation des signaux radar avec la fréquence de répétition infé- rieure des impulsions (PRF 2) a lieu avec mise en oeuvre d'une compression des impulsions. 4 Radar pulsé-Doppler selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la largeur des impulsions radar à fréquence de répéti- tion élevée des impulsions (PRFI) sans compression des impulsions et les impulsions radar avec la fréquen- ce de répétition inférieure des impulsions (PRF 2) avec compression des impulsions, a la même valeur. 5 Radar pulsé-Doppler selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que- l'émission des deux fréquences de répétition; des impulsions (PRF 1, PRF 2) a lieu avec la même fréquence d'émission. 6 Radar pulsé-Doppler selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que pendant chacune des durées de balayage de la cible au moins un groupe d'impulsions de la fréquence de répétition élevée des impulsions (PRF 1) est imbriqué dans le temps, dans les impulsions à fréquence de répétition basse des impulsions (PRF 2). 7 Radar pulsé-Doppler selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'au moins une impulsion de la fréquence de répéti- tion basse des impulsions (PRF 2) est remplacée par un groupe d'impulsions à fréquence de répétition élevée des impulsions (PRF 1). 8 Radar pulsé-Doppler selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'un ou les deux trains d'impulsions (PRF 1, PRF 2) sont également codés de façon différente. 9 Radar pulsé-Doppler selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 et 8, caractérisé par le fait qu'entre toutes les impulsions de la fréquence de répétition basse des impulsions (PRF 2) est inséré un groupe d'impulsions à fréquence de répétition élevée des impulsions (PRF 1). Radar pulsé-Doppler selon la revendica- tion 9, caractérisé par le fait que dans une partie des intervalles entre les impulsions de fréquence de répétition basse des impulsions (PRF 2), l'insertion a lieu suivant une série périodique avec la fréquence de répétition des impulsions (PRF 1). 11 Radar pulsé-Doppler selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que dans la zone d'action éloignée (A ou B), on opère avec un abaissement d'amplification de faible dynamique par rapport à un réglage de la supression des parasites (Sensitivity Time Control) pour la zone totale.