Brevet FR2548385A1 — publié le 19850104

RADAR COMPORTANT UN DISPOSITIF ELIMINATEUR D'ECHOS FIXES la présente invention concerne un radar comportant un dispositif éliminateur d'échos fixes, et elle porte plus particulièrement sur un radar de ce type comportant un système de traitement de signal qui assure une détection précise d'un objectif mobile. De façon générale, un radar comportant un dispositif éliminateur d'échos fixes est équipé d'un système spécial qui 10 fait la distinction entre des ondes réfléchies par un objectif mobile et celles réfléchies par un objectif fixe On appellera ci-après un tel système spécial "dispositif de traitement éliminateur d'échos fixes" Ce dispositif de traitement est conçu de façon à détecter uniquement les ondes réfléchies par un 15 objectif mobile De façon plus concrète, ce dispositif de traitement est conçu de façon à retarder d'une période les signaux reçus correspondant à des ondes réfléchies et à comparer ces signaux avec les signaux reçus pendant la période suivante. On décrira ci-après le principe fondamental du dispositif de traitement éliminateur d'échos fixes. En considérant la figure 1, qui montre un diagramme vectoriel exemplifiant le fonctionnement fondamental d'un dispositif de traitement éliminateur d' échos fixes dans le 25 radar équipé d'un tel dispositif, on note que le signal reçu à partir d'un objectif fixe, c'est-à-dire un signal parasite, est représenté par un vecteur, et que le signal provenant d'un objectif mobile est représenté par un vecteur t Lorsque les signaux de l'objectif fixe et de l'objectif mobile sont 30 appliqués simultanément à l'entrée du récepteur radar, le premier signal reçu devient égal à la somme vectorielle des vecteurs et M, qui est représentée par un vecteur t Lorsqu'on passe à la seconde période et qu'on arrive à la seconde réception, le signal provenant de l'objectif mobile devient Mb et, par conséquent, le signal reçu est représenté par un vecteur ô Dans les dispositifs de traitement éliminateurs d'échos fixes, la pratique couranteconsiste à retarder un signal reçu, d'une période de répétition de l'émission du radar, et à soustraire ce signal du second signal reçu B A ce moment, chaque signal reçu contient les composantes de l'objec10 tif mobile et chaque vecteur est donc sujet à variation Il en résulte qu'on obtient une différence vectorielle t, qui est détectée au titre de l'objectif mobile Si tous les signaux reçus proviennent d'objectifs fixes, ce sont des signaux auxquels aucune variation n'est superposée, ce qui provoque leur 15 élimination complète et maintient le signal de sortie à zéro. On va maintenant considérer la figure 2 qui montre un schéma synoptique d'un radar à dispositif éliminateur d'échos fixes de type connu, qui utilise le dispositif de traitement éliminateur d'échos fixes décrit ci-dessus. Le circuit représenté est-conçu de façon à obtenir une différence vectorielle entre les signaux reçus, et le traitement est effectué deux fois, avec une double structure d'élimination On va maintenant décrire en détail le fonctionnement du dispositif de traitement. Le signal de sortie d'un générateur de signal de référence 1 est divisé en deux; l'un des signaux est maintenu à la même phase que le signal de sortie du générateur 1 luimême, et ce signal est appliqué à l'entrée d'un détecteur sensible à la phase, 2, tandis que l'autre signal est déphasé de 30 900 par un déphaseur de 90 , 3, et il est appliqué à l'entrée d'un détecteur sensible à la phase, 2 a, dans lequel le signal reçu est soumis à une détection de phase par comparaison avec le signal de référence déphasé à angle droit par rapport à lui Ceci signifie que le signal d'entrée Si est divisé en 35 deux composantes orthogonales par les deux détecteurs sensi- bles à la phase 2 et 2 a Le signal de sortie du détecteur sensible à la phase 2 est une composante selon l'axe X, qu'on appelle couramment composante de la voie I De façon similaire, le signal de sortie du détecteur sensible à la phase 2 a est une composante selon l'axe Y qu'on appelle couramment composante de la voie Q En utilisant ces composantes, on-accomplit des opérations arithmétiques sur les vecteurs. Des convertisseurs analogique -numérique 4 et 4 a numérisent les signaux de sortie analogiques des détecteurs sensibles à la phase 2 et 2 a Ces signaux sont ainsi décomposés en composantes selon les axes X et Y Le premier signal reçu après la numérisation est retardé d'une période par des lignes à retard 5 et 5 a, et loisque le second signal reçu est appliqué à l'entrée, les soustracteurs 6 et 6 a effectuent une 15 opération arithmétique de façon à obtenir une différence vectorielle Les signaux de sortie des soustracteurs 6 et 6 a sont soumis à la seconde opération arithmétique par les lignes à retard 5 b, 5 c et les soustracteurs 6 b, 6 c, de façon à obtenir une différence vectorielle supplémentaire Les signaux de 20 sortie X et Y des soustracteurs 6 b et 6 c sont respectivement appliqués aux entrées de multiplicateurs 7 et 7 a, de façon à donner X et y 2 Une unité arithmétique 8 calcule ensuite la somme de X et Y 2, ce qui détermine le module du vecteur restant après la double élimination Le signal de sortie obtenu 25 par le traitement d'élimination d'échos fixes est converti sous forme analogique par un convertisseur numérique-analogique 9, et il est émis vers l'extérieur. La figure 3 montre un diagramme vectoriel qui exemplifie le fonctionnement de la double élimination Un signal 30 de sortie résultant de la double élimination est obtenu sous la forme d'une différence entre les signaux de sortie M et M après une seule élimination, et ce signal devient: M (M 2,)/2 Le signal de sortie après une seule élimination, désigné par | Xl-, est bien connu en tant que caractéristique de filtrage d'élimination d'échos fixes Il prend une form e en sinus qui s'exprime par la formule suivante: I N | rocjsin l Tfd| ( 1) dans laquelle: T: période de répétition de l'émission du radar; fd: fréquence Doppler Le signal de sortie après la double élimination, M 4, s'exprime par la formule suivante: I 1 oc Isin lt Tfd 12 ( 2) Il faut noter que la caractéristique exprimée par la formule ( 2) n'est applicable qu'à des signaux correspondant à des vecteurs tournants, représentés par un signal de vecteur d'un objectif mobile, ce qui fait qu'une grande partie d'un signal produit par l'objectif mobile sera éliminée dans le cas d'une élimination multiple Au contraire, des variations autres que celles dues à l'objectif mobile ne donneront pas des vecteurs tournants mais des vecteurs manifestant une translation, comme le montre la figure 4 Par conséquent, l'élimina20 tion multiple n'augmente pas l'effet d'élimination en ce qui concerne ces variations, et une grande partie d'entre elles n'est pas éliminée. la figure 4 montre l'un des exemples mentionnés cidessus le vecteur t est un premier signal reçu, le vecteur 25 est un second signal reçu, et le vecteur M est un troisième signal reçu, et les vecteurs A et 5 sont égaux Un tel signal Dn'apparalt pas dans le cas d'un objectif mobile, mais il est susceptible d'apparaître dans le cas o la variation est produite par une ondulation au niveau de la source d'alimen30 tation Dans ce cas, le signal de sortie obtenu par la double élimination devient un signal sin a Tfdi de même amplitude que le signal de sortie après une seule élimination, ce qui signifie que la double élimination n'a absolument aucun effet. Le radar équipé d'un dispositif d'élimination d'échos fixes conforme à l'art antérieur est construit de la manière indiquée ci-dessus, ce qui fait que si le signal subit un changement quelconque, le signal produit par l'objectif mobile est éliminé dans une plus large mesure que les signaux produits par des variations Pour empêcher ceci, il est es5 sentiel qu'un signal reçu à partir d'un objectif fixe ne subisse aucun changement ou aucune variation Pour y parvenir, le signal d'émission doit être stable Dans ce but, le système radar doit être exempt de toute imperfection, comme des ondtulations au niveau de la source d'alimentation, qui sont sus10 ceptibles de produire des changements ou des variations dans les signaux d'émission Ceci conduit naturellement à une taille accrue du système et à des circuits complexes. L'invention vise à résoudre les problèmes et les difficultés mentionnés ci-dessus en relation avec un radar équipé 15 d'un dispositif éliminateur d'échos fixes de l'art antérieur, et son but est de procurer un radar équipé d'un dispositif éliminateur d'échos fixes perfectionné dans lequel les signaux résiduels produits par des variations sont réduits sans éliminer les signaux produits par des objectifs mobiles. En résumé, l'invention utilise le fait qu'on peut supprimer des signaux produits par des variations qui sont susceptibles de se produire dans des signaux d'émission, sans supprimer les signaux provenant de l'objectif mobile, en calculant le produit scalaire du signal de vecteur après élimina25 tion unique et du signal de vecteur avant élimination, du fait que l'angle formé par le signal de vecteur après élimination unique et par le signal de vecteur avant élimination devient proche de 90 , ce qui signifie que le produit scalaire de ces signaux de vecteur devient approximativement égal à zéro. Pour atteindre les buts mentionnés ci-dessus, l'invention procure un radar équipé d'un dispositif de traitement éliminateur d'échos fixes qui comprend: un circuit d'élimination unique pour un signal de vecteur provenant d'un objectif fixe parmi tous les vecteurs 35 d'entrée, comprenant des ondes réfléchies à la fois par un objectif mobile et par un objectif fixe; et un circuit arithmétique destiné à faire disparaître toutes les variations autres que celles qui résultent de l'objectif mobile, en calculant le produit scalaire du signal de vecteur après élimination unique et du signal de vecteur avant élimination. D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée d'un mode de réalisation qui est faite ci-après, uniquement à titre d'exemple la suite de 10 la description se réfère aux dessins annexes sur lesquels: Ie figure 1 est un diagramme vectoriel qui exemplifie le principe fondamental d'un dispositif de traitement éliminateur d'échos fixes connu; la figure 2 est un schéma synoptique d'un radar équipé d'un dispositif de traitement éliminateur d'échos fixes classique; Ia figure 3 est un diagramme vectoriel qui exemplifie le fonctionnement du dispositif de traitement éliminateur d'échos fixes représenté sur la figure 2; La figure 4 est un diagramme vectoriel qui exemplifie le fonctionnement du dispositif de traitement éliminateur d'échos fixes représenté sur la figure 2; La figure 5 est un diagramme vectoriel qui exemplifie le principe fondamental de l'invention; et Ia figure 6 est un schéma synoptique d'un radar équipé d'un dispositif éliminateur d'échos fixes conforme à l'invention. Ia cause principale qui affecte les signaux d'émission est une ondulation au niveau de la source d'alimentation 30 de haute tension qui est appliquée à l'émetteur L'ondulation de la source est susceptible d'affecter à la fois le niveau et la phase du signal d'émission, mais la variation de niveau résultante est plus faible que la variation de phase résultante et on peut normalement la négliger en toute sécurité On voit donc que les composantes qui ne sont pas éliminées par le traitement d'élimination d'échos fixes sont constituées en majeure partie par les signaux d'émission qui ont subi une variation de phase Un exemple est représenté sur la figure 5. Sur la figure 5, le vecteur est un premier signal reçu et le vecteur B est un second signal reçu, et la figure montre qu'une variation de phase a a été créée entre ces signaux Dans ce cas, si on effectue l'élimination unique au moyen d'un circuit d'élimination unique, afin d'obtenir la différence entre les vecteurs t et, on obtiendra en sortie 10 le vecteur U, en tant que signal résiduel Cependant, si on obtient un tel signal résiduel pour l'objectif fixe, l'objectif mobile dont le signal est appliqué à l'entrée en même temps que le signal de l'objectif fixe ne sera pas détecté si son signal est inférieur au vecteur E Ceci est dû au fait que 15 le dispositif de traitement ébininateur d'échos fixes classique extrait seulement l'amplitude du signal de vecteur résiduel. En conséquence, suivant l'invention, on détermine un angle formé par le vecteur t (ou le vecteur) avant élimination, it par le vecteur après élimination E et on détermine en tant 20 que signal de sortie le produit scalaire du signal de vecteur après élimination unique et du signal de vecteur avant élimination, ce qui assure la suppression de toute variation produite par des facteurs autres que l'objectif mobile. En d'autres termes, un écart angulaire entre le vec25 teur A et le vecteur du A aux variations de phase des signaux d'émission ou à la fluctuation des objectifs est faible, ce qui fait que l'angle O entre ces vecteurs devient voisin de Par conséquent, le produit scalaire des vecteurs t et E devient voisin de zéro, ce qui s'exprime par la formule sui30 vante: t 9 '= Ax Ex + Ay Ey = c F | |tr cos O ( 3) avec O 2 900 Par conséquent: t t O Ceci montre de façon évidente qu'on peut supprimer 35 la variation de phase dans le signal d'émission. Dans la formule ( 3), les termes Ax, Ay, Ex et Ey sont respectivement les composantes des deux vecteurs selon l'axe X et l'axe Y, et e est le produit scalaire des deux vecteurs Lorsque le vecteur E contient une composante d'objec5 tif mobile, l'amplitude de ce signal de sortie dépend de l'amplitude d'un signal reçu à partir de l'objectif fixe ( Ir |), du fait qu'elle contient un coefficient du termes i t Dans ce cas, l'expression| XI 1 tl cos E n'est évidemment pas égale à zéro On normalise la formule ( 3) en introduisant le terme 10 t I, ce qui donne la formule ( 4): A i Z| '| = (Ax Ex + Ay Ey) /In|= cos e ( 4) dans laquelle le terme | t est un signal de sortie du circuit d'élimination unique classique. Cette formule permet de voir que l'invention prévoit 15 d'obtenir un signal de sortie relatif à l'objectif mobile en multipliant par cos G le signal de sortie du circuit d'élimination unique classique On peut exprimer j l par une fonction sinus, comme le montre la formule ( 1), et lorsqu'on compare,en utilisant la fonction sinusles signaux de sortie du 20 circuit d'élimination double classique et le signal de sortie du circuit de l'invention, on établit la formule suivante, à partir de laquelle la différence entre ces circuits devient évidente. Signal de sortie du circuit d'élimination double: 25 sin IT Tfd | x i sin Tr Tfd ( 5) Signal de sortie du circuit de l'invention: jsin Tr Tfd x cos E ( 6) La formule ( 5) concerne l'objectif mobile, et on note que l'effet d'élimination vis-à-vis de l'objectif mobile 30 est important, alors qu'au contraire l'effet d'élimination vis-à-vis de la composante produite par des variations est faible Dans la formule ( 6), lorsqu'on considère exclusivement des variations, à l'exclusion de l'objectif mobile, le terme cos e est égal à sin-r Tfd Ceci produit l'effet de '1 éli35 mination double qu'indique la formule ( 2), ce qui conduit à un effet d'élimination accru vis-à-vis de la composante produite par des variations De façon générale, en présence de la composante relative à l'objectif mobile, cos Q sera différent de I sin 1 Tfd I Ia figure 6 est un schéma synoptique d'un exemple des radars équipés d'un dispositif éliminateur d'échos fixes conformes à l'invention, dans lesquels un circuit destiné à calculer le produit scalaire des vecteurs et un circuit de normalisation sont introduits à la suite du circuit d'élimination 10 unique 20 L'émetteur n'est pas représenté, pour simplifier. Comme le montre la figure 6; lorsqu'on reçoit des ondes réfléchies provenant de l'objectif mobile ainsi que de l'objectif fixe, un signal d'eitrée Si est appliqué aux détecteurs sensibles à la phase 2 et 2 a Le signal d'entrée Si qui 15 leur est appliqué est soumis à une détection de phase, respectivement au moyen du signal de référence provenant du générateur de signal de référence 1, et au moyen d'un signal déphasé de 90 par un déphaseur 3, ce qui fait que ce signal est décomposé en deux composantes qui sont mutuellement orthogonales. 20 Les signaux ayant fait l'objet d'tme détection de phase sont numérisés par des convertisseurs analogique-numérique 4 et 4 a, pour donner des signaux numériques, et ils sont appliqués au dispositif de traitement éliminateur d'échos fixes 500, qui comprend le circuit d'élimination unique 20, un premier circuit 25 arithmétique 30 et un second circuit arithmétique 40 Le circuit d'élimination unique 20 comprend des soustracteurs 6, 6 a et des lignes à retard 5, 5 a Dans le circuit d'élimination unique 20, des premiers signaux reçus Ax et Ay sont retardés d'une période par les lignes à retard 5, 5 a, et lorsque des seconds signaux reçus Bx et By sont appliqués à l'entrée, les soustracteurs 6 et 6 a effectuent une opération arithmétique de façon à calculer des différences de vecteurs Ex et Ey Les soustracteurs 6 et 6 a présentent respectivement en sortie les différences de vecteurs Ex et Ey Le premier circuit arithmé35 tique 30 comprend des multiplicateurs 10, 10 a et un addition- neur 11 Les multiplicateurs 10 et 10 a sont destinés à multiplier les premiers signaux reçus Ax et Ay par les différences de vecteurs respectives Ex et Ey On obtient de cette manière les valeurs delAx x Exl et l Ay x Byl dans la formule ( 3). 5 L'additionneur 11 est destiné à additionner les signaux de sortie des multiplicateurs 10 et 10 a, et son signal de sortie devient le produit scalaire des vecteurs, c'est-à-dire (Ax Ex + Ay Ey) Les termes Ax, Ay sont ici les composantes selon l'axe X et selon l'axe Y du signal de vecteur avant éli10 mination,, et les termes Ex, Ey sont les composantes selon l'axe X et selon l'axe Y du signal de vecteur après élimination,E. Le second circuit arithmétique 40-comprend des multiplicateurs 7, 7 a, une première unité arithmétique 8, et une 15 seconde unité arithmétique 12 Les multiplicateurs 7 et 7 a sont conçus de façon à calculer respectivement (Ax x Ax) et (Ay x Ay) La première unité arithmétique 8 reçoit les signaux de sortie Ax 2 et Ay 2 roduits par les multiplicateurs 7 et 7 a, et elle calcule Ax 2 + Ay 2, de façon à obtenir le module I | 20 du vecteur de signal d'entrée A Ia seconde unité arithmétique 12 est un circuit qui est conçu de façon à calculer (Ax Ex + Ay Ey)/ Ax 2 + Ay dans la formule ( 4), le produit scalaire (Ax Ex + Ay Ey) étant calculé par le premier circuit arithmétique 30, tandis que la quantité V Ax 2 + Ay est 25 calculée par la première unité arithmétique 8 Le second circuit arithmétique 14 présente donc en sortie le résultat du calcul de la quantité (Ax Ex + Ay Ey)/V Ax 2 + Ay 2 Le signal de sortie du second circuit arithmétique 40, c'est-à-dire le signal de sortie du dispositif de traitement éliminateur d'échos fixes, est converti sous forme analogique par le convertisseur numérique-analogique 9, dont le signal de sortie devient un signal d'entrée d'un indicateur de radar qui n'est pas représenté ici Ce qui précède montre de façon évidente que, conformément à l'invention, le radar équipé d'un disposi35 tif éliminateur d'échos fixes comporte un dispositif de trai- tement éliminateur d'échos fixes qui est conçu de façon à calculer le produit scalaire du signal de vecteur après élimination unique, et du signal de vecteur avant élimination L'utilisation de ce dispositif de traitement assure la détection 5 d'un objectif mobile avec une grande précision par la suppression de composantes résiduelles dues à des variations qui se produisent dans le signai d'émission ou à la fluctuation de l'objectif ou à d'autres causes quelconques. I 1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent 10 être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. 2548385 ' REVENDICATIONS 1 Radar équipé d'un dispositif éliminateur d'échos fixes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de traitement éliminateur d'échos fixes ( 500) qui comprend: un cir5 cuit d'élimination unique ( 20) pour un signal de vecteur provenant d'un objectif fixe parmi tous les vecteurs d'entrée comprenant des ondes réfléchies à la fois par un objectif mobile et par un objectif fixe; et un circuit arithmétique ( 30, 40) destiné à supprimer toutes les variations autres que cel10 les qui résultent de l'objectif mobile, en calculant le produit scalaire du signal de vecteur après élimination unique et du signal de vecteur avant élimination. 2 Radar équipé d'un dispositif éliminateur d'échos fixes selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il com15 prend des moyens ( 1, 2, 2 a, 3) pour décomposer le signal de vecteur d'entrée en composantes orthogonales, et pour appliquer ces composantes à l'entrée du dispositif de traitement éliminateur d' échos fixes ( 500). 3 Radar équipé d'un dispositif éliminateur d'échos 20 fixes selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit arithmétique comprend un premier circuit arithmétique ( 30) destiné à calculer le produit scalaire des signaux de vecteurs, et un second circuit arithmétique ( 40) destiné à normaliser le produit scalaire par 25 l'amplitude du signal de vecteur avant élimination. 4 Radar équipé d'un dispositif éliminateur d'échos fixes selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier circuit arithmétique ( 30) comprend une paire de multiplicateurs ( 10, 10 a), au moyen desquels chacune des composantes 30 orthogonales du signal de vecteur après élimination unique est multipliée par chacune de ces composantes dans l'état avant élimination, et un additionneur ( 11) pour additionner les signaux de sortie de la paire de multiplicateurs. Radar équipé d'un dispositif éliminateur d'échos 35 fixes selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, ca- 2548385 ' ractérisé en ce que le second circuit arithmétique ( 40) comprend des premiers multiplicateurs ( 7, 7 a) au moyen desquels chacune des composantes orthogonales dans l'état avant élimination est multipliée par elle-meme, une première unité ari5 thmétique ( 8) qui additionne les signaux de sortie des multiplicateurs ( 7, 7 a) et calcule la racine carrée de la valeur additionnée, et une seconde unité arithmétique ( 12) qui divise le signal de sortie du premier circuit arithmétique ( 30) par le signal de sortie de la première unité arithmétique ( 8).