Brevet FR2529039A1 — publié le 19831223

GENERATEUR D'IMPULSIONS FIXES ET/OU MOBILES A RETARD ARBRITRAIREMENT GRAND ET CONTROLABLE PAR INCREMENTS La présente invention concerne un générateur d'impulsions fixes et/ou mobiles à retard arbitrairement grand et contrôlable par incréments Un tel générateur est réalisé autour d'une ligne à retard simple et de retard fixe et permet d'obtenir une suite d'impulsions décalées dans le temps dont il est possible à volonté de contrôler le nombre et le niveau; il est également possible de sélectionner une ou plusieurs desdites impulsions ainsi créées Ce générateur est plus particulièrement un générateur hyperfréquence. Une ligne à retard est un dispositif dans lequel l'injection à l'entrée d'un signal haute fréquence impulsionnel produit en sortie un signal identique mais décalé dans le temps d'une quantité constante et caractéristique de la ligne appelée le retard de la ligne Une telle ligne est une ligne dite simple mais il existe des lignes à impulsions multiples, dans lesquelles lintroduction d'un signal haute fréquence impulsionnel à l'entrée produit en sortie non pas un signal unique mais un train de signaux retardés dans le temps chacun d'une durée fixe par rapport au précédent, le temps de retard entre les échos ne dépendant que des caractéristiques de la ligne et "étant à ce titre parfaitement constant et répétitif". Ce type de dispositif est réalisable actuellement dans les techniques dites à ondes de surface ou à ondes de volume dans lesquelles le retard du signal est obtenu par une double trans- formation du signal, de signal électromagnétique en signal acous- tique puis de signal acoustique en signal électromagnétique, la relative lenteur de la propagation du signal acoustique créant le retard temporel existant entre le signal d'entrée et le ou les signaux de sortie Les lignes à retard simples caractérisées par un retard de l'ordre de la microseconde ou de quelques microsecondes sont actuellement réalisables bien que leur fabrication soit complexe et délicate Par contre, les lignes à impulsions multiples et les lignes à grand retard, de l'ordre de la dizaine ou de quelques dizaines de E Is SBOU microsecondes, sont beaucoup plus difficiles à réaliser, en parti- culier à cause de la difficulté d'allonger le chemin parcouru par l'onde acoustique De plus, le signal se trouve affecté d'une perte de niveau proportionnelle à là distance parcourue dans le matériau acoustique donc proportionnelle au retard de la ligne Ceci implique que les lignes à grand retard ainsi réalisées présentent des pertes très importantes, prohibitives pour de nombreuses applications De même dans les lignes à impulsions multiples proposées jusqu'àlors, les impulsions successives obtenues, décroissent en fonction de leur rang et ce, d'autant plus rapidement que le retard entre impulsions est plus grand. Le but de l'invention est de réaliser par des moyens simples et peu coûteux un dispositif pouvant présenter les caractéristiques, soit d'une ligne à grand retard, soit d'une ligne à impulsions multiples tout en n'en présentant pas les inconvénients cités plus haut. Dans ces conditions un tel générateur est particulièrement adapté à une utilisation dans le domaine radar pris dans son sens général Ainsi la phase des impulsions délivrées par le générateur objet de l'invention étant parfaitement connue et stable, le géné- rateur devient un générateur d'échos fixes et mobiles utilisable dans un équipement de test Ce générateur peut aussi être utilisé comme pilote de radar à stabilité de phase améliorée, et également comme brouilleur Ces utilisations pour être particulièrement intéressantes ne sont toutefois pas limitatives. Suivant linvention un générateur d'impulsions fixes et/ou mobiles à retard arbitrairement grand et contrôlable par incré- ments, utilisant une ligne à retard simple à retard fixe, est caracté- risé en ce qu'il comprend un amplificateur à gain variable connecté entre la sortie et l'entrée de la dite ligne, compensant les pertes subies par les impulsions transitant dans les lignes et dans les circuits d'entrée et de sortie, l'ensemble de la dite ligne et de l'amplificateur consituant le générateur d'impulsions fixes et en ce qu'il comprend en outre des moyens connectables audit générateur d'impulsions fixes agissant sur le déphasage des impulsions qu'il délivre et transformant lesdites impulsions fixes en impulsions mobiles. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa- raîtront dans la description qui suit, d'exemples de réalisations et d'applications, donnés à l'aide des figures qui représentent: la figure 1: un générateur d'impulsions conformément à l'invention; les figures 2, 3, 4: l'allure des trains d'impulsions délivrés par le générateur de la figure 1 dans trois cas particuliers; la figure 5: la diminution périodique du gain de l'amplifi- cateur entre les différents trains d'impulsions; la figure 6: la diminution du gain de l'amplificateur pendant le transit des impulsions dans la ligne à retard; la figure 7: comment se fait le choix d'une impulsion parti- culière dans un train; la figure 8: un générateur d'échos fixes et/ou mobiles suivant l'invention; la figure 9: un diagramme de la phase + du déphaseur utilisé dans la figure 8 en fonction du temps; la figure 10 un équipement de test de la stabilité d'un oscillateur local de radar utilisant le générateur conforme à l'in- vention. Dans l'introduction à la présente description on a indiqué que le générateur d'impulsions suivant l'invention devait pallier les pertes subies lors de la propagation desdites impulsions dans la ligne utilisée, pertes d'autant plus grandes que la distance à parcourir dans le matériau de la ligne est plus grande si l'on désire obtenir en sortie du générateur des trains d'impulsions ou une impulsion fixe à grand retard Actuellement, ces inconvénients sont liés aux lignes à retard dites à ondes de surface ou ondes de volume Si l'on sait mâatriser dans cette technique la fabrication de lignes à retard à simple "écho", caractérisées par un retard de l'ordre de la micro- seconde ou de quelques microsecondes, il n'en est plus de même pour des lignes à impulsions ou échos multiples ou des lignes à grand retard de l'ordre de la dizaine ou de quelques dizaines de micro- secondes. On notera que dans ce qui précède on a parlé "d'échos" pour caractériser les impulsions délivrées par le générateur d'impulsions suivant l'invention Ceci s'explique par l'utilisation préférentielle de ce genre de générateur dans la technique radar comme il en ressortira dans la suite de la description. La figure 1 représente de façon extrêmement schématique, la partie générateur d'impulsions fixes du générateur d'impulsions con- forme à l'invention La ligne à retard utilisée 1 est connectée entre un dispositif d'entrée, un coupleur 2 par exemple et un dispositif de sortie, un coupleur 3 par exemple En série avec la ligne à retard 1 entre la sortie 5 du coupleur d'entrée 2 et l'entrée 4 du coupleur de sortie 3, est disposé un amplificateur 6, à gain variable L'entrée E du générateur est l'entrée 7 du coupleur d'entrée 2 et la sortie S du générateur est la sortie 8 du coupleur de sortie 3 La disposition des différents composants du générateur suivant l'invention n'est pas limitée à la représentation de la figure 1 Ces composants peuvent être placés différemment les uns par rapport aux autres sans que Pon sorte du cadre de l'invention Le fonctionnement du générateur suivant l'invention tel que représenté figure 1 est le suivant: L'ensemble de la ligne à retard 1 et de l'amplificateur 6 constitue une boucle telle que le signal qui la parcourt décrit un cycle dans lequel les pertes de la ligne 1 sont compensées en totalité ou en partie par le gain de l'amplificateur qui compense également les pertes dues aux coupleurs 2 et 3 qui permettent respectivement l'injection de signaux dans la boucle et leur prélèvement Ainsi un signal impulsionnel A injecté sur Pentrée 7 du coupleur d'entrée 2 donne en sortie 8 du coupleur de sortie 3 un train d'impulsions T décalées dans le temps, Pune par rapport à l'autre d'une durée A t égale au retard de la ligne 1, augmenté du temps de transit dans le reste de la boucle. Suivant la valeur du gain de l'amplificateur, différentes confi- gurations du train T d'impulsions de sortie du générateur peuvent être obtenues Dans le cas o le gain de l'amplificateur est, pour la fréquence du signal d'entrée, égal ou supérieur aux pertes cumulées de la ligne et des coupleurs 2 et 3, le train d'impulsions conserve en fonction du temps une amplitude constante (figure 2) ou en augmen- tation d'une impulsion à la suivante (figure 3) La stabilité du système implique alors que le gain de l'amplificateur soit périodi- quement abaissé de manière à empêcher l'entrée en oscillation du système, abaissement de gain que le spécialiste sait réaliser par plusieurs méthodes simples et peu coûteuses parmi lesquelles on peut citer, à titre d'exemple, linsertion d'un modulateur en série avec l'amplificateur, le découpage de la tension d'alimentation d'un ou plusieurs étages de l'amplificateur ou l'action sur la commande de gain de l'amplificateur si elle existe L'abaissement périodique du gain peut avoir lieu entre les différents trains d'impulsions corres- pondant aux impulsions injectées en entrée (figure 5) et également pendant que le signal est en transit dans la ligne à retard (figure 6). La figure 2 représente un train d'impulsions de sortie du générateur dans le cas o pour la fréquence du signal A injecté à l'entrée 7 du coupleur d'entrée 2, le gain de l'amplificateur 6 est égal aux pertes cumulées de la ligne 1 et des coupleurs Le train d'impulsions conserve, en fonction du temps une amplitude cons- tante. La figure 3 représente un train d'impulsions de sortie du générateur dans le cas o pour la fréquence du signal A injecté à l'entrée du coupleur d'entrée 2, le gain de l'amplificateur 6 est supérieur aux pertes cumulées de la ligne et des coupleurs Les impulsions successives délivrées par le générateur au cours du temps ont une amplitude croissante. La figure 4 représente un train d'impulsions de sortie du générateur dans le cas o pour la fréquence du signal A injecté à l'entrée du coupleur 2, le gain de l'amplificateur 6 est inférieur aux pertes cumulées de la ligne et des coupleurs Les impulsions successives délivrées par le générateur au cours du temps ont une amplitude décroissante. Suivant ce que l'on veut obtenir à la sortie du générateur il est ainsi nécessaire de pouvoir régler le gain de l'amplificateur Ma T- traiser le gain est d'autant plus nécessaire qu'il faut éviter que le système bouclé suivant l'invention entre en oscillation Pour ce faire il faut périodiquement diminuer le gain de l'amplificateur Ceci peut se faire de différentes manières dont celles qui ont été rappelées ci- dessus. La figure 5 montre sur un diagramme en fonction du temps comment Pabaissement périodique du gain peut avoir lieu entre les différents trains d'impulsions correspondant aux impulsions injectées à rentrée du système. La figure 5 a montre deux signaux d'entrée successifs AI et A 2. La figure 5 b montre le train d'impulsions de sortie à amplitude constante, et la figure 5 c représente la variation du gain G de Pamplificateur en fonction du temps. La figure 6 montre la commande du gain G de l'amplificateur dans le cas o celui-ci est abaissé pendant le transit de l'impulsion dans la ligne à retard La commande du gain peut également se faire avec un modulateur mis en série avec l'amplificateur On a indiqué dans l'introduction à la présente description que l'invention était particulièrement intéressante pour délivrer des trains d'impulsions. Ceci n'exclut pas que l'on puisse obtenir, si cela s'avère nécessaire une seule impulsion Pour ce faire, on utilise un modulateur que lon dispose à la sortie du système et que l'on commande pour n'être passant que pour l'impulsion choisie. La figure 7 montre de façon schématique le montage corres- pondant avec des courbes de fonctionnement. La figure 7 a reproduit schématiquement la figure 1 avec la ligne à retard 1 et l'amplificateur 6 et les deux coupleurs 2 et 3 d'entrée et de sortie et le modulateur 9 connecté à la sortie du système. La figure 7 b montre le signal d'entrée A 1, au temps to. La figure 7 c montre la commande du modulateur en fonction du temps Il est bloqué par exemple entre le temps to et le temps to +i(n-l) Lt, lt étant le retard fixe de la ligne à retard 1, puis passant au voisinage du temps to + nàt et bloqué à nouveau On voit aussi, par la courbe 7 d qui représente le train d'impulsions de sortie du système que le signal choisi, le (n+l)ième par exemple, est délivré pendant l'ouverture du modulateur 9. Les différentes réalisations qui ont été décrites ainsi qu'éven- tuellement d'autres réalisations qui en découlent suivant l'invention, sont ainsi définies à partir d'un dispositif comportant une ligne à retard simple à un seul écho et de retard Et qu'il est relativement facile de construire alors qu'une ligne à grand retard, de retard n x At, N étant un nombre entier, ou une ligne à échos multiples de retard élémentaire At, avec le niveau du N ième écho parfaitement contrôlable, ne sont pas actuellement aisées à construire dans la technique des ondes de surface et des ondes de volume On notera d'ailleurs comme avantage des réalisations suivant l'invention que la dégradation du rapport signal à bruit d'une impulsion à la suivante est très faible; en effet, dans le cas par exemple o le niveau des échos successifs est maintenu constant, le calcul montre que si le facteur de bruit de l'amplificateur est F, la dégradation du rapport signal à bruit entre la première et la N ième impulsion retardée est de la forme: I-in x (F -1) F Soit exprimé en décibels: log 1 +n (F -1) Compte tenu des valeurs de F couramment observées, souvent inférieures à 2 décibels soit: F = 1,6, on voit que la dégradation est extrêmement faible comparée à ce qu'on observe sur les lignes à échos multiples de l'art antérieur o la dégradation du rapport signal à bruit entre la première et la N ième impulsion est de la forme: i améliorée par asservissement de la phase sur les impulsions succes- sives délivrées par le générateur, et utilisable également dans un brouilleur de radar utilisant les impulsions successives sortant de la boucle à ligne à retard pour créer de nombreux échos décalés en distance et de mêmes caractéristiques. On sait que la qualité principale demandée à un radar de surveillance est la capacité d'extraire parmi tous les signaux ren- voyés vers lui par les différents obstacles situés dans le volume de couverture, ceux qui sont réfléchis par des objets dotés d'une vitesse radiale, c'est-à-dire ceux dont la distance au radar évolue au cours du temps et de rejeter ceux qui sont réfléchis par les obstacles fixes comme par exemple le sol, les bâtiments, les lignes électriques Pour distinguer ces échos différents, on fait un traitement dit d'élimination des échos fixes reçus d'une récurrence à la suivante. La capacité de discrimination entre les échos mobiles et les échos fixes (Subclutter visibility en anglais) est directement liée à la précision avec laquelle le radar est capable d'effectuer la compa- raison de la phase d'une récurrence à la suivante Parmi les nombreuses causes venant limiter cette capacité de discrimination d'un radar figurent les défauts de stabilité affectant les signaux utilisés à la réception pour la démodulation du signal reçu Ces signaux au nombre de 2 en général, appelés respectivement Stalo et Coho dans la littérature anglo-saxonne possèdent avec l'impulsion émise une relation de phase constante et répétitive, soit naturelle dans le cas d'un radar à amplification de puissance, soit acquise dans le cas d'un radar à oscillateur pulsé Pendant le temps aller et retour de l'impulsion radar, les oscillateurs Stalo et Coho continuent d'osciller et la démodulation de l'écho de retour d'un obstacle donné se fait à la fin du temps aller- retour Dans le cas idéal o l'oscillation du Stalo et du Coho se reproduit pendant le temps d'aller-retour, de façon absolument identique d'une récurrence à la suivante, la phase de l'écho reçu est après démodulation par le Stalo et le Coho: parfaitement constante et répétitive d'une récurrence à la suivante dans le cas d'un écho fixe; dans le cas fréquent d'un écho mobile se superposant à un écho fixe, affectée de variations d'une récurrence à la suivante qui ne sont dues qu'à l'obstacle mobile. Cependant dans la réalité, l'oscillation du Stalo et du Coho n'est pas strictement répétitive d'une récurrence à Pautre pendant le temps allerretour de l'impulsion radar Tributaire des instabilités propres affectant ces signaux, Poscillation accuse une non-constance de la phase du signal reçu une fois démodulé par le Stalo et le Coho et ce même dans le cas d'un obstacle parfaitement fixe Cette variation de phase revient à superposer à chaque écho fixe reçu, un écho mobile parasite dont l'amplitude relative par rapport à l'écho fixe porteur est proportionnelle aux variations de phase cumulées du Stalo et du Coho durant le temps aller-retour entre une récurrence et la suivante. Pour remédier à ces inconvénients, il faut pour ce type de radar, d'une part, concevoir des oscillateurs performants pour gé- nérer les signaux Stalo et Coho et d'autre part concevoir des équipements de test capables de mesurer les instabilités de phase très faibles de ces oscillateurs avec une précision suffisante afin de garantir qu'ils sont aptes au rôle qui est le leur. Pour le deuxième point, le générateur suivant l'invention est utilisable comme équipement de test d'un système radar; on injecte à l'entrée du système par exemple représenté sur la figure 1, un échantillon de l'impulsion d'émission du radar, cet échantillon pou- vant être prélevé en un point quelconque de la chaîne d'émission, même près de l'antenne et même après rayonnement par celle-ci En sortie du système, on dispose de toute une série d'échos parf ai- tement stables simulant des échos fixes et présentant l'avantage de présenter un rapport signal à bruit important quel que soit le rang de l'échos et d'être parfaitement fixes, c'est-à-dire caractérisés par un décalage temporel parfaitement constant. Un des problèmes associé à un radar à élimination des échos fixes étant, outre l'élimination de ces échos fixes de conserver les échos mobiles qui sont caractérisés par un temps aller-retour radar- cible non constant d'une impulsion à la suivante, on peut utiliser pour tester la chaîne d'émission, le récepteur, le traitement et surtout l'ensemble du radar, antenne tournante ou fixe éventuel- lement comprise, le générateur de la figure 8 pour simuler des échos mobiles de niveau et de vitesse relative variables Le circuit 10 représente le générateur d'échos fixes tels que montré par exemple figure 1 La sortie de oe circuit 10 est connectée à un coupleur Il connecté à deux voies en parallèle 12 et 13 L'une d'elles 12 transmet les échos fixes à un coupleur de sortie 14, l'autre 13 comprend en série un atténuateur variable 15 suivi d'un déphaseur 16 à commande électronique, de préférence Cette voie 13 crée ainsi des échos mobiles qui sont transmis à travers le coupleur de sortie 14 à la sortie S du système complet qui reçoit le mélange des échos fixes et mobiles. Le déphaseur 16 commandé électroniquement change d'état après chaque train d'échos ou, ce qui revient au même, avant chaque impulsion entrant dans le générateur d'écho comme le montre la figure 9 o la courbe 9 a représente la phase i affichée sur le déphaseur 16 en fonction du temps t et la figure 9 b les trains d'échos obtenus. On sait que cette action transforme les échos fixes présents à Pentrée du déphaseur en échos dits mobiles, c'est à dire, simulant les ondes renvoyées par les cibles mobiles De fait, la vitesse radiale de déplacement de la cible ainsi simulée peut varier au gré de l'utili- sateur qui fait varier la différence de déphasage lb @ entre une récurrence et la suivante introduisant un retard f étant la fréquence du radar L'atténuateur 15 connecté au déphaseur 16 avant le coupleur de sortie 14 permet de doser le niveau des échos mobiles superposés aux échos fixes. Le générateur d'échos fixes suivant l'invention est utilisable également pour la mesure de la stabilité des oscillateurs locaux de radars Comme on le sait, la grandeur mesurée est la variation de la différence entre la phase du signal à un instant t et la phase du signal à l'instant t + t 0, EI étant en général fixé à plusieurs dizaines de microsecondes voire quelques centaines. La figure 10 représente le montage de cet équipement de test. L'oscillateur local 17 dont on veut mesurer la stabilité est connecté au générateur d'échos fixes 10, suivant l'invention, à travers un interrupteur 18 La sortie du générateur 10 est connectée à un mélangeur 19 connecté également à l'oscillateur local 17 Le fonc- tionnement de ce dispositif est le suivant. Un échantillon de signal de l'oscillateur 17, à l'instant t, est injecté dans le générateur d'écho 10 et on compare ensuite la phase du signal non retardé avec la phase des signaux retardés disponibles en sortie du générateur d'échos 10, dans un mélangeur 19; un signal de synchronisation Sy est appliqué d'une part à l'interrupteur 18 qu'il ferme et d'autre part au générateur 10. L'analyse dans le circuit 20 des variations des signaux de sortie du mélangeur 19 donne la grandeur à mesurer pour des valeurs discrètes de LO égales à N fois le retard élémentaire àt de la ligne. La mesure ainsi faite est simple et fiable et ne présente pas les limitations des méthodes classiques basées en général sur l'utili- sation d'un oscillateur cohérent dont l'instabilité propre limite la précision de la mesure. D'autres utilisation de ce générateur d'échos fixes suivant l'invention peuvent être citées. Par exemple, un pilote de radar à grande stabilité de la phase. Celle-ci en effet est asservie sur les impulsions successives sortant de la ligne à retard. Par exemple encore, un dispositif brouilleur de radar On utilise dans ce cas, les impulsions successives sortant de la boucle à ligne à retard suivant l'invention, pour créer de nombreux échos décalés en distance et de mêmes caractéristiques. On a ainsi décrit un générateur d'impulsions fixes et/ou mobiles à retard arbitrairement grand et contrôlable par incré- ments. REVENDICATIONS 1 Générateur d'impulsions fixes et/ou mobiles à retard arbi- trairement grand contrôlable par incrément, comprenant une ligne à retard simple, à retard fixe, caractérisé en ce qu'il comprend un amplificateur ( 6) à gain variable connecté entre la sortie et l'entrée de la ligne à retard ( 1) compensant les pertes subies par les impulsions transitant dans la ligne et les circuits d'entrée ( 2) et de sortie ( 3), l'ensemble de ladite ligne et de l'amplificateur constituant le générateur d'impulsions fixes et comprend en outre des moyens ( 15-16) connectables audit générateur d'impulsions fixes, agissant sur le déphasage des impulsions qu'il délivre, transformant en totalité ou en partie les impulsions fixes en impulsions mobiles. 2 Générateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens ( 15-16) agissant sur le déphasage des trains d'impulsions fixes comprennent un atténuateur ( 15) et un déphaseur ( 16) à déphasage variable. 3 Générateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le déphaseur ( 16) à déphasage variable change de phase après chaque train d'impulsions fixes délivré par le générateur d'impulsions fixes ou après chaque impulsion incidente appliquée à Pentrée dudit générateur d'impulsions fixes ( 10). 4 Générateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens interrupteurs ( 9) connectés en sortie du générateur d'impulsions fixes ( 10), commandables de façon à opérer le choix d'une impulsion déterminée parmi les trains d'impulsions fixes. Générateur d'échos fixes et/ou mobiles utilisable dans un équipement radar, suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend un générateur d'impulsions fixes ( 10) délivrant lesdites impulsions sur deux voies -( 12 et 13) en. parallèle, l'une d'entre elles ( 12) étant une voie directe, l'autre ( 13) comprenant un atténuateur ( 15) variable et un déphaseur ( 16) à déphasage variable, agissant respectivement sur la phase des impul- sions fixes et leur niveau, lesdites voies se recombinant en sortie et délivrant des échos fixes et mobiles. 6 Dispositif de mesure de la stabilité d'un oscillateur local de radar utilisant un générateur d'impulsions fixes ( 10) suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un mélangeur ( 19) détermine le déphasage entre une impulsions issue de l'oscillateur local ( 17) du radar qui lui est appliqué directement et les impulsions retardées issues du générateur d'échos fixes ( 10) déclenché par cette même impulsion. 7 Pilote de radar à stabilité de phase améliorée, utilisant un générateur d'impulsions fixes ( 10) suivant la revendication 1. 8 Brouilleur de radar utilisant un générateur d'impulsions fixes et/ou mobiles suivant la revendication 5.