Brevet FR2583173A1 — publié le 19861212

Cette invention concerne un appareil radar à utiLiser sur une plate-forme soumise à un mouvement non voulu. Une telLe plate-forme pourrait par exemple être un hélicoptère qui tente de rester en vol stationnaire sur une position fixe ou un aéronef à ailes fixes qui tente de se déplacer sur une trajec- toires rectiligne à une vitesse constante, mais qui, en fait, se déplace également dans des directions radiales par rapport à la trajectoire de vol visée et qui est l'objet de variations de vitesse sur la trajectoire de vol. La figure 1 montre un aéronef à ailes fixes 1 qui transporte un radar et suit une trajectoire de vol visée le long d'une ligne perpendiculaire au plan du papier, comme représenté. Le radar éclaire une zone de la surface du sol qui est indiquée par 2, et cette zone est supposée être étroite dans le sens de déplacement de l'aéronef. Le déplacement de l'aéronef 1 dans toute direction radiale produit un déplacement dû à l'effet Doppler sur l'énergie reçue et ce déplacement diffère, quant à l'énergie reçue,suivant les différentes parties de la zone illuminée 2. Si les détections radar sont exécutées selon l'hypo- tèse que l'aéronef est fixe durant chaque période d'intégration, les impulsions ne seront pas intégrées de manière cohérente et l'énergie du signal sera donc perdue. Il est donc nécessaire d'ajuster d'une manière quelconque le signal reçu à titre de compensation du mouvement de l'aéronef. Ce mouvement affecte sérieusement le traitement des signaux dans un radar à ouverture synthétique, et l'invention se rapport plus particulièrement aux radars à ouverture synthétique. L'invention propose un appareil radar destiné à être utiliser sur une plate-forme soumise à un mouvement non voulu, l'appareil comprenant un émetteur-récepteur radar destiné à illuminer une zone finie au moyen d'une impulsion de rayonnement, un moyen permettant d'obtenir une mesure du déplacement du radar, et un moyen permettant d'obtenir, à partir de cette mesurer des valeurs de phase correspondantaux effets Doppler attendus sur les parties du signal reçu qui viennent de parties différentes de la zone illuminée, ainsi qu'un moyen permettant d'ajuster le signal reçu à l'aide des valeurs de phase obtenues afin d'annuler les effets Doppler. Le moyen qui permet d'obtenir une mesure du dépla- cement comporte de préférence un accéléromètre (en pratique deux accéléromètres disposés perpendiculairement) et un intégrateur. L'utilisation d'un accéléromètre suivi d'un intégrateur offre une mesure de vitesse qui est précise pour les variations de vitesse à court terme. Toutefois, ceci n'est pas satisfaisant pour les variations de vitesse à long terme, puisque l'intégra- teur présente unedérivée à long terme pour son signal de sortie. Afin d'éliminer ce problème, l'invention incorpore de préférence un moyen qui produit, à partir du signal reçu ajusté, un signal de correction qui corrige le signal de sortie de l'intégrateur. Le moyen qui permet d'ajuster le signal reçu com- prend de préférence un moyen permettant de produire une forme d'onde dont les variations de phase définissent les variations de phase Doppler qui sont attendues sur l'étendue de la zone illuminée et un moyen permettant de mélanger cette forme d'onde avec Le signal reçu. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 2 est un schéma de principe d'un radar construit selon l'invention qui est monté sur l'aéronef présenté en 1 sur la figure 1; - la figure 3 montre des détails des composants indiqués en 5 et 16 sur la figure 2; - la figure 4 montre une autres structure possible pour les composants 5 et 16 de la figure 2; - la figure 5 montre les formes d'onde (huit formes d'onde représentées dans le contexte du présent exemple) se trouvant sur les lignes de sortie particulières du générateur 16 de formes d'onde de la figure 3; et - la figure 6 montre les formes d'onde (dix-neuf formes d'onde représentées dans le cadre de cet exemple) se trouvant sur les lignes de sortie du générateur 16 de formesd'onde de la figure 4. Comme le montre la figure 2, un émetteur-récepteur radar 3 est monté sur l'aéronef 1. Les signaux reçus à la fréquence intermédiaire sont appliqués sur une ligne 4 à un mélangeur o ils sont mélangés avec un signal spécialement produit dans le but d'éliminer, des signaux, tous les effets Doppler qui sont dus à un déplacement non voulu de l'aéronef dans les directions radiales, à savoir les directions du plan du papier telles qu'elles sont présentées sur la figure 1. Les détails du mélangeur 5 seront décrits ci-après. Le signal de sortie du mélangeur 5 est appliqué à un intégrateur formant un faisceau à ouverture synthétique 6, qui est connu en lui-même. Il est également appliqué à deux circuits de mesure de vitesse radiale indiqués sur la figure 2 par le bloc unique 7. Ces circuits de mesure de vitesse sont connus en eux-mêmes, un circuit convenable étant décrit dans la demande de brevet no déposée le par la demanderesse sous le titre "Radar latéral". Les mesures de vitesse effectuées en 7 donnent l'erreur d'annulation du mélangeur 5, et correspondent, en étendue, aux extrémités de la bande présentée en 2 sur la figure 1, telles que définies par les portes de distance 8 et 9 de la figure 2. Les mesures de vitesse d'erreur venant de 7 sont, après traitement en 7A, additionnées en 10 et 11 aux signaux de sortie respectifs d'accéLéromètres 12 et 13 mutuellement perpen- diculaires. Le calculateur 7A sert à calculer des corrections de vitesse à long terme suivant les directions des axes des accéléromètres 12 et 13. Les signaux de sortie des additionneurs 10 et 11 sont intégrés par des intégrateurs 14 et 15 afin de produire des signaux qui représentent les composantes de la vitesse instantanée de L'aéronef 1 dans la direction des axes des accéléromètres. Ces signaux sont délivrés à un générateur 16 de formes d'onde qui produit une forme d'onde représentant la variation de la phase 2 83173 Doppler sur L'étendue de La bande 2 avec un rythme égal au rythme de variation de La distance en temps réel pour les signaux reçus de cette bande. Un troisième accéléromètre 17 est disposé de façon que son axe Linéaire se trouve suivant la direction de vol visée pour l'aéronef. Son signal de sortie s'ajoute en 18 à un signal de correction, puis est intégré en 19. Le signal de sortie de l'intégrateur 19 représente la vitesse vers l'avant instantanée de L'aéronef et est appliquée aux intégrations formant le fais- ceau radar de 6 afin de permettre des compensations de phase correctes pendant la formation du faisceau synthétique. Le signal de sortie du mélangeur 5 est utilisé en 20 comme mesure à long terme de la vitesse vers l'avant. Le bloc 20 peut être décrit dans la demande de brevet britannique n 8 423 308 déposée par la demanderesse. Cette mesure à long terme est utilisée comme deuxième signal d'entrée de l'additionneur 18. Le générateur 16 de formes d'onde et le mélangeur 5 d'annulation sont représentés sur la figure 3, o on notera que le mélangeur 5 comporte un certain nombre de mélangeur distincts, par exemple en 5A, 5B et 5C, qui sont chacun alimentés depuis la ligne 4 via une porte de distance 5D, 5E, 5F définissant diffé- rentes cellules de distance à l'intérieur de la bande 2. Les signaux de sortie des mélangeurs 5A, 5B et 5C sont additionnés en 5G pour produire un signal de sortie qui est appliqué au dispositif 6 de formation de faisceau à ouverture synthétique de la figure 2. Le générateur 16 de formes d'onde prend la forme de plusieurs oscillateurs à commande de tension 16A, 16B, 16C qui sont chacun commandé de façon à produire une forme d'onde correspondant à la fréquence Doppler attendue de la part d'une cellule de distance 1A de la figure 1. Les oscillateurs sont commandés en fréquence en fonction de calcuts effectués en 16D. La structure présentée sur la figure 3 est relative- ment complexe en ce qui concerne les composants S et 16. Une possibilité plus simple est présentée sur la figure 4. 258 3 173 Comme on peut le voir sur la figure 4, le générateur 16 de formes d'onde est représenté comme comportant un calculateur 16E qui calcule des incréments de phase 16F représentant des déphasages Doppler au niveau de chaque cellule de distance 1A sur chaque intervalle entre impulsions radar. Des incréments de phase sont utilisés pour remettre à jour, au rythme de fréquence de la répé- tition des impulsions, une série d'accumulateurs de phase 16G. Les signaux de sortie des accumulateurs de phase 16G sont délivrés à une série de convertisseurs phase/amplitude 16H qui maintiennent des valeurs d'amplitude en correspondance avec La teneur en courant de l'accumulateur de phase 16G. Les portes de distance 16I s'ouvrent séquenciellement pendant un intervalle entre impulsions de radar à des instants correspondant aux distances depuis lesquelles un signal est en cours de réception. Les signaux de sortie sont combinés dans un additionneur 16J. Les discontinuités du signal de sortie de l'additionneur qui sont dues à l'effet d'échantillonnage distinct du balayage électronique réalisé par la porte de distance 16I sont éliminées par un filtre passe-bas 16K qui produit la forme d'onde d'annulation voulue. L'accumulateur de phase 16G est repositionné par un signal empruntant une ligne 16L à des instants qui correspondent à la fin de chaque intervalle d'inté- gration de faisceaux synthétiques radar excuté en 6. Dans le montage de la figure 4, la forme d'onde de correction se trouvant à la sortie du circuit 16 est appliquée à un simple mélangeur 5 qui ne fait rien d'autre que mélanger les deux signaux apparais- sant à ces entrées, au contraire du mélangeur plus complexe pré- senté sur la figure 3. La figure 5 montre les formes d'onde existant sur les lignes de sortie particulières du générateur 16 de formes d'onde de la figure 3. Un examen de la figure 5 fait noter que les fréquences Doppler sont différentes pour des distances diffé- rentes. La figure 6 montre les formes d'onde existant à la sortie du filtre passe-bas 16K de la figure 4 pendant un certain nombre d'intervalles de fréquence de répétition d'impulsions (19, comme représenté), dont 15 constituent un temps d'intégration de formation de faisceau du processeur 6. Sur La figure 6, on comprend que, pour une distance donnée, Les échantillons de phase pour des incréments de fréquence de répétition d'impulsions varient de la manière présentée sur la figure 5. Il faut aussi noter l'accumulation des valeurs de phase emmagasinées en 16G. Dans le cas des figures 5 et 6, les écarts des formes d'onde en lignes continues par rapport aux lignes interrompues dans la direction perpendiculaire à ces dernières représentent l'ampli- tude instantanée de La forme d'onde de compensation. Bien entendu, l'homme de L'art sera en mesure d'ima- giner, à partir de l'appareil dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, divers variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. 2583 173 REVENDICATIONS 1. Appareil radar destiné à être utilisé sur une plate-forme soumise à un mouvement non voulu, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend un émetteur-récepteur radar (3) destiné à illuminer une zone finie-(2) à l'aide d'une impulsion de rayonnement, un moyen (12 à 15) permettant de fournir une mesure du mouvement du radar et de fournir,à partir de cette mesure, des valeurs de phase correspondant aux effets Doppler attendus sur des parties du signal reçu en provenance de diffé- rentes parties de la zone illuminée, et un moyen (16, 5) permettant d'ajuster le signal reçu par les valeurs de phase voulues afin d'annuler les effets Doppler. 2. Appareil radar selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le moyen permettant de fournir une mesure de déplacement comprend un accéléromètre (12, 13) et un moyen (14, ) servant à intégrer un signal extrait de celui-ci pour fournir une mesure de vitesse. 3. Appareil radar selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen permettant d'ajuster le signal reçu comprend un moyen (16) qui produit une forme d'onde dont les variations de phase définissent les variations de phase Doppler qui sont attendues sur l'étendue de la zone illuminée et un moyen (5) servant à mélanger cette forme d'onde avec le signal reçu. 4. Appareil radar selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de mesure de la fréquence Doppler qui reçoit le signal reçu ajusté afin de produire un signal de correction et un moyen servant à utiliser le signal de correction pour ajuster ladite mesure de mouvement.