Brevet FR2575297A1 — publié le 19860627

PROCEDE D'ADAPTATION DE LA POST-INTEGRATION DANS UN RADAR A FREQUENCES DE RECURRENCE COMMUTEES ET CIRCUIT METTANT EN OEUVRE CE PROCEUDEo L'invention concerne un procédé et un circuit d'ad-ptation de la post-intégration dans un radar Doppler à fréquences de récur- rence commutées. Dans un radar BFR (Basse Fréquence), la fréquence de récur- rence relativement basse implique au filtre Doppler utilisé en basse altitude d'avoir un gabarit (tel que représenté en figure 1) dont le rapport entre la zone de réjection et la zone passante est élevé (40%). Pour éviter qu'un nombre important de cibles aériennes dont la vitesse ambiguë correspond à la zone de réjection du filtre ne soit pas détectées, on fait varier la fréquence de récurrence FR pendant le temps d'éclairement de la cible ce qui déplace les fréquences ambiguës des cibles, sans perturber les échos dont la fréquence est inférieure à FR Toutes les cibles aériennes sont alors détectées pendant une fraction du temps d'éclairement correspondant aux fréquences de récurrence telles que leurs fréquences ambiguës tombent dans la zone passante du filtre. Il s'ensuit que l'écho est découpé, et donc que la post-intégration classique n'est pas adaptée à ce type d'écho. En effet, selon la technique connue, la post-intégration est basée: - soit sur un temps d'éclairement total, ce qui entraîne des pertes lorsque la cible n'apparaît en sortie du filtre Doppler que pendant une fraction faible du temps d'éclairement, - soit sur une fraction moyenne ou faible de ce temps d'éclairement, ce qui entraîne une perte lorsque l'écho est présent pendant une fraction importante de ce temps d'éclairement. On constate donc, d'une part une perte de détection impor- tante, et d'autre part une représentation de médiocre qualité sur l'indicateur (l'écho apparaTt en pointillé sur l'écran). Il est donc important d'étudier et d'essayer des dispositifs permettant de pallier ces inconvénients. L'invention vise à pallier les inconvénients précédemment cités en adaptant le type de post-intégration au signal utile réelle- ment reçu après filtre Doppler. L'invention concerne donc un procédé d'adaptation de la post- intégration dans un radar à fréquences de récurrence commutées dans lequel on fournit sur des liaisons des signaux de détection pour chaque fréquence de récurrence, caractérisé en ce qu'il comporte les phases suivantes: identification des liaisons fournissant un signal de détection; sommation des signaux de détection avec exclusion de tout signal présent sur une liaison ne fournissant pas de signal de détection; - élaboration d'un signal de niveau de seuil en fonction du nombre de liaisons identifiées; - comparaison de la sommation des signaux au signal de niveau de seuil et fourniture d'un signal de sortie lorsque ladite sommation est supérieure au signal de niveau de seuil. L'invention concerne également un circuit d'adaptation de la post-intégration dans un radar à fréquences de récurrence commu- tées, comprenant des circuits de réception d'antenne fournissant sur une liaison de sortie un signal détecté, mettant en oeuvre le procédé précédent, caractérisé en ce qu'il comporte: - un commutateur possédant une entrée connectée à la liaison des circuit de réception et un nombre déterminé de sorties corres- pondant chacune à une fréquence de récurrence du radar, ledit commutateur permettant de connecter son entrée à la sortie cor- respondant à la fréquence de récurrence en cours; - un registre de sommation connecté à chaque sortie et fournissant sur une sortie une valeur de signal sommé; - un circuit d'élaboration de signaux de niveaux de seuil correspondant chacun au nombre de signaux prédétectés; - un circuit de sommation connecté aux sorties des registres de sommation, effectuant une sommation des signaux fournis sur les sorties des registres de sommation; - un circuit comparateur connecté d'une part au circuit de sommation, recevant des résultats de sommation, et, d'autre part au circuit d'élaboration de signaux de niveau de seuil, et fournissant un signal de sortie lorsqu'un résultat de sommation excède la valeur du signai de niveau de seuil; - une unité de commande fournissant des combinaisons suc- cessives de signaux de commande commandant chacune la fermeture d'un certain nombre de commutateurs, lesdites combinaisons de signaux de commande commandant chacune le circuit d'élaboration de signaux de niveaux de seuil de façon à ce qu'il fournisse à chaque fois un signal de niveau de seuil en rapport avec le nombre de signaux de commande. Les différents objets et caractéristiques de l'invention appa- rattront mieux à la lecture de la description qui va suivre, faite à titre d'exemple en se reportant aux figures annexées qui représen- tent: - la figure 1, un exemple de gabarit de filtre Doppler; - les figures 2 à 9, des courbes de signaux d'échos obtenues à partir de systèmes connus; - la figure 10, un exemple de réalisation des circuits de l'invention; - la figure 11, un exemple de réalisation d'une variante de l'invention; - la figure 12, un exemple de réalisation d'une autre variante de l'invention. L'élimination des trous de vitesse impose de faire varier la fréquence FR au cours du temps de passage T du faisceau sur la cible, alors que l'élimination des échos fixes de second balayage, permise par la cohérence de l'Pémetteur, nécessite de maintenir FR constant. Un compromis est obtenu en divisant le temps de passage T en n blocs égaux, o n est le nombre minimum de valeurs de FR permettant de combler tous les trous de vitesse. La fréquence de 257 ?5297 récurrence sera commutée, de manière cyclique tous les T secon- n des, et prendra successivement n valeurs Fi. Par exemple, dans la suite de la description, on choisira quatre fréquences: FI, F2, F3 et F4 commutées toutes les 20 ms. Soit fd la fréquence Doppler d'une cible mesurée par rapport au Doppler des échos de sol et supposée constante pendant le temps d'éclairement T, et Fi la fréquence de récurrence instantanée. La fréquence Doppler réduite est: f - modulo F. f fi = partie décimale (.) F.p 1 i Le gabarit du filtre étant de forme rectangulaire, on peut associer à fi un nombre ai tel que: ai = 0 si fi est dans la zone de réfection du filtre ai = 1 dans le cas contraire. Pour chaque valeur de fd on peut calculer les quatre valeurs de ai correspondant aux quatre fréquences Fi, ce qui indique, en première approximation comment apparaîtra la cible en sortie du filtre Doppler, et à l'entrée de la post-intégration. Sur les figures 2 à 9, on a représenté différents cas d'intégra- tion en portant le temps en abcisses et les niveaux des signaux en ordonnées. Si 1 est la valeur normalisée atteinte par un écho lorsqu'il est dans la bande passante du filtre, l'amplitude de l'écho varie au cours d'un balayage suivant la séquence ai, ai+l, ai+2, ai+3 avec quatre fréquences de récurrence. Par exemple, un écho peut apparaître sous une des quatre formes suivantes: cas I: 1 1 0 0 cas 2: 0110 cas 3: 001 1 cas 4: 1001 Les trois premieres formes sont représentées en figure 2 et la quatrième forme en figr 60 Une posti-ntégrat'on classique, adaptâ ai -emps de pnmsge T, réalise la corrélation entre le signal incident et un crérneau de largeur T. Pour l'écho considéré, les résultats sont différents dans les cas 1, 2, 3 (figure 33 ou la sortie atteint na v.leur l {pr rapport la valeur qui serait atteinte pour d 1 1) es le cas 4 ou le signal de sortie se compose d'un pic d'amplitude 2 (figure 7) 2T Une post-intégration adaptée à T donne un pic unique d'amplitude I dans les cas 1, 2, 3 comme cela est représenté en figure 4, et deux pics d'amplitude 2 pour le cas 4 tel que représenté en figure 8. Dans ce cas, la puissance de bruit est deux fois plus forte que dans le premier cas. Si on exprime les résultats en rapport signal à bruit, rapporté au cas de référence, pour un écho I I I 1 on obtient: - en intégration sur T, cas 1, 2, 3 S = - 6 dB écho large S _ cas: SB = - 6 dB écho étroit B T S - en intégration sur T2, cas 1, 2, 3,: = - 3 dB un seul pic cas4: S = - 9 dB deux pics B Pour un écho apparaissant seulement pendant -T la perte minimale théorique est - 3 dB. Pour une post-intégration adaptée à T la perte est donc de 3 dB par rapport à la valeur optimale. Pour une post-intégration adaptée à T, la perte est nulle pour les cas 1, 2, 3 mais elle est de 6 dB pour le cas 4. Pour adapter la post-intégration au cas 4, il faudrait faire la somme de a1 et a4, c'est-à-dire faire la corrélation du signal du cas 4 avec la séquence 1 0 0 1. Dans ce cas le pic d'amplitude aurait une amplitude de 1 correspondant au cas optimal (mais serait désadapté dans les autres cas). La figure 9 montre que l'écho, à la sortie du filtre adapté, peut présenter des pics dus aux lobes secondaires de la corrélation, ce qui pourrait dégrader la qualité de la représentation. En fait ces lobes secondaires correspondent à une position relative écho-faisceau pour laquelle la post-intégration considérée est désadaptée: dans ce cas il existe au moins une combinaison adaptée à cet état qui donne un niveau supérieur. De même pour chaque position d'écho il existe une combinaison adaptée, donc si les lobes secondaires ont un niveau suffisant pour être vus, l'écho sera également vu pour les positions intermédiaires: il sera présenté sous forme d'un trait unique sans discontinuité. Les circuits de l'invention sont utilisés tous les T. Il y a environ 1 000 quanta distance à traiter en près de 20 ms ce qui donne un temps de cycle de calcul de 20 uis. En se reportant aux figures 10 à 12 on va donc décrire le système de l'invention permettant d'adapter la post-intégration à un système à fréquences de récurrences commutées. La figure 10 fournit un exemple de réalisation du circuit de l'invention permettant d'adapter la post-intégration. Sur cette figure, on trouve un circuit de réception radar El fournissant sur une liaison de sortie 10, une valeur de signal reçu. Cette liaison de sortie 10 est connectée à l'entrée d'un commutateur MI (ou multiplexeur) permettant de connecter successivement la liaison 10 aux sorties 11, 12, 13, 14 vers les entrées des registres de sommation F1, F2, F3 et F4. On dispose d'autant de registres de sommation (FI à F4) qu'il est prévu de fréquences de récurrence, c'est-à-dire quatre selon l'exemple pris. Le commutateur MI est commuté d'une position de sortie (11 par exemple) à la suivante (12 selon l'exemple pris) à chaque commutation de fréquence de récurrence sous la commande d'un signal UCI fourni par une unité de commande UC. Chaque registre de sommation, qui comporte autant de cases en mémoire qu'il y a de quanta distance dans le domaine, effectue la somme du signal issu du récepteur, pendant une durée de T correspondant à la période telle que FR = Fi: cette sommation est effectuée cycliquement, le registre étant remis à zéro à chaque cycle. Au moment de la commutation de FR on dispose en sortie de quatre information E I' E 2' E 3 Z 4, qui représentent les sommes partielles correspondant à une durée T, ces informations étant renouvelées tous les T Aux sorties E I à E 4, des registres de sommation (FI à F4) est connecté par l'intermédiaire de commutateurs CI à C4 un circuit de sommation CS. Un circuit d'élaboration de signaux de niveaux de seuil SI est également connecté aux sorties Z I à E 4. Une unité de commande UC - fournit différents signaux de commande UCI, UC2, blhi, b2, b3 et b4. Le signal UCI commande la commutation du commutateur M1 d'une position à la suivante à chaque changement de fréquence de recurrence. Les signaux bl à b4 sont fournis sous forme d'une série de combinaisons successives de signaux et commandent la fermeture des commutateurs CI à C4, de telle façon que chaque combinaison permette la fermeture de un ou plusieurs commutateurs. Chaque combinaison de signaux bl à b4 est également fournie au circuit d'élaboration de signaux de niveaux de seuil SI qui fournit en réponse un signal si dont le niveau correspond au nombre de signaux (bl à b4) fourni. Le signal UC2 est fourni, à chaque combinaison de signaux bl à b4, au circuit de sommation CS. Le circuit de sommation CS effectue la somme des signaux E 1 à E 4 reçus des registres de sommation FI à F4 par l'intermédiaire des commutateurs Cl à C4. Le circuit de sommation CS fournit un signal rl, représentant la somme des signaux E 1 à E 4. Le signal rl ainsi que le signal si sont appliqués aux entrées d'un circuit comparateur A5 qui fournit un signai, sur une sortie AFF vers des circuits d'utilisation non représentés, si le signal rl est de niveau supérieur à celui du signal sl. De ce fait, le circuit de la figure 10 effectue donc bien une post-integration des signaux adaptée à la combinaison des signaux reçus. En se reportant à la figure 11, on va maintenant décrire une variante de réalisation du circuit de l'invention. En effet, le circuit précédent était basé sur le fait que l'on ne connaissait pas le type d'écho reçu, c'est-à-dire la séquence ai. La variante de réalisation de la figure 11 prévoit un circuit permettant de détecter la séquence de ai traitée. La fonction réalisée sera alors beaucoup plus simple que dans le cas précédent puisqu'il suffit de sélectionner, en fonction des ai, le type de somme à faire et le seuil à placer. Sur la figure 11, on retouve le circuit de réception El, le commutateur MI, les registres de sommation MI, le circuit de sommation CS et le circuit d'élaboration de signaux de niveaux de seuil S1. De plus, des circuits à seuil A1, A2, A3 et A4 sont connectés aux sorties des registres de sommation Fi, F2, F3 et F4 respecti- vement. Chacun d'eux compare le niveau du signal 2: 1 à Z 4 qu'il reçoit à un signal S de niveau déterminé et fournit un signal de valeur binaire 1 ou 0 sur sa sortie al à a4 selon que le niveau du signal reçu est supérieur ou non au niveau du signal S. Les sorties des registres de sommation Fi à F4 sont, par ailleurs, connectées aux entrées du circuit de sommation CS par l'intermédiaire de commutateurs CI à C4 respectivement, ces commutateurs reçoivent les signaux fournis sur les sorties al à a4 des circuits à seuil FI à F4. Un signal de valeur binaire 1 sur une sortie al à a4 commande la fermeture du commutateur Ci à C4 correspondant. Dans ces conditions, seuls les signaux E 1 à E 4 ayant un niveau suffisant sont transmis au circuit de sommation CS, ce qui permet d'éliminer les bruits reçus. 3"z "o, a al 1 -a- sûrs -aI=i "Rw t>s. = -t( du circuit d'élaborzatîion de signaux e niutI , dnv r, 3e'uil C5. Celui-ei fournit sur une sortie si, un signal pouvant prendre quatre valeurs possibles selon le nombre de sorties al à a4 trouvées au niveau logique I. Le circuit des sommations CS fournit un signal de sommation des signauxE 1 à Z 4 qu'il reçoit. Ce signal de sommation est transmis à une entrée d'un circuit comparateur A5 dont une autre entrée est connectée à la sortie slo Le circuit comparateur A5 fournit un signal de niveau déterminé sur une sortie AFF, vers des circuits d'utilisation non représentés, lorsque le niveau du signal de sommation est supérieur au niveau du signal reçu de la sortie sI. Comme dans l'exemple de la réalisation de la figure 10, les circuits sont ici commandés par une unité de commande UC délivrant des signaux de commande UCI et UC2. Le signal UCI commande le commutateur MI et le signal UC2 commande le circuit de sommation CS et le circuit d'élaboration de niveau de seuil SI. Dans ces conditions, l'exemple de réalisation de la figure 11 permet de détecter les fréquences de récurrence pour lesquelles il y a prédétection de signal et donc de reconnaître la forme du signal reçu issu des circuits de réception El. Ensuite, il permet de faire une post- intégration adaptée à cette forme par fermeture des commutateurs CI à C4 appropriés, puis de placer un seuil de détection adapté lui-même (circuit SI) au type de post-intégration effectuée. Les pertes sont ainsi minimisées. En se reportant à la figure 12, on va maintenant décrire un exemple d'une autre variante de réalisation permettant de mettre en oeuvre l'invention. Selon cette variante, on ignore la forme du signal reçu comme dans la variante de réalisation de la figure 10. Par contre, on va effectuer les opérations de comparaison et de sommation simulta- nément donc en parallèle et non séquentiellement comme dans le système de la figure 10. La première partie du circuit comporte les circuits de récep- tion El, le commutateur Mi, quatre registres de sommation F1 à F4 affectés à chaque fréquence de récurrence. Aux sorties des registres F1 à F4 sont connectés des circuits de sommation CSI, CS2 et CS3. Le circuit de sommation CSI effectue la combinaison deux à deux des informations E 1,E 2, E 3, E 4 et fournit la somme des signaux de chaque combinaison sur des liaisons spécifiques ( E 1 + E 2) à ( E 3 + E 4). Ce qui donne six résultats de sommes. Le circuit CS2 effectue la combinaison trois à trois des informations E 1 à E 4 et fournit la somme des signaux de chaque combinaison sur des liaisons ( E 1 + E 2 + E 3) à (E 2 + E 3 + E 4), ce qui donne quatre résultats. Enfin, un circuit CS3 effectue la somme des signaux E 1 à E 4 et fournit un signal résultant sur une liaison 1 + E 2 + E 3 +E 4. Les différentes liaisons de sortie des circuits de sommation CSI à CS3 ainsi que les liaisons El à E 4 sont connectées à des circuits comparateur All. Ayant au total quinze liaisons, on doit disposer de quinze circuits comparateurs AI 1. Par ailleurs, un circuit d'élaboration de signaux de niveaux de seuil S1 fournit quatre signaux de seuil S10, S20, 530, S40. Le signal de seuil 510 correspond à la réception d'un seul signal E i.ll est appliqué aux circuits comparateurs All auxquels sont connectées les liaisons E I à E 4. Le signal de seuil 520 correspond à la réception de deux signaux Z i.Il est appliqué aux circuits comparateurs A 11 auxquels sont connectées les liaisons de sortie du circuit de sommation CSI. Le signal de seuil S30 correspond à la réception de trois signaux E i. Il est appliqué aux circuits comparateurs All auxquels sont connectées les liaisons de sortie du circuit de sommation CS2. Enfin, le signal de seuil S40 correspond à la réception de quatre signaux E i. Il est appliqué au circuit comparateurs All auquel est connectée la liaison de sortie du circuit de sommation CS3. Ces informations E I à E 4 sont donc combinées entre elles pour former quinze sommes, correspondant aux quinze combinaisons possibles. Le résultat de chaque somme est comparé à un seuil qui dépend du nombre de sommations effectuées. Les sorties des circuits comparateurs A11 sont connectées aux entrées d'un circuit OU possédant quinze entrées et fournissant un signal de niveau logique I sur une sortie AFF lorsqu'un circuit à seuil au moins fournit un signal indiquant qu'une combinaison a dépassé le seuil auquel il est comparé. La somme logique des quinze sorties constitue le signal de détection qui est renouvelé tous les T REVENDICATIONS 1. Procédé d'adaptation de la post-intégration dans un radar à fréquences de récurrence commutées, comportant n fréquences de récurrence, dans lequel on fournit sur n liaisons (E I à E 4) des signaux de détection pour chaque fréquence de récurrence, carac- térisé en ce qu'il comporte les phases suivantes: - identification des liaisons fournissant un signal de prédé- tection; - sommation des signaux de prédétection avec exclusion de tout signal présent sur -une liaison ( E 1 à E 4) ne fournissant pas de signal de détection; - élaboration d'un signal de niveau de seuil en fonction du nombre de liaisons identifiées; - comparaison de la sommation des signaux ou signal de niveau de seuil et fourniture d'un signal de sortie lorsque ladite sommation est supérieure au signal de niveau de seuil. 2. Circuit d'adaptation de la post-intégration dans un radar à fréquences de récurrence commutées, comprenant des circuits de réception d'antenne (El) fournissant sur une liaison de sortie (10) un signal détecté, mettant en oeuvre le procédé de la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte: - un commutateur (MI) possédant une entrée connectée à la liaison (10) des circuits de réception El et un nombre déterminé de sorties (11 à 14) correspondant chacune à une fréquence de récur- rence du radar, ledit commutateur (MI) permettant de connecter son entrée à la sortie (11 à 14) correspondant à la fréquence de récurrence en cours; - un registre de sommation (F1 à F4) connecté à chaque sortie (11 à 14) et fournissant sur une sortie une valeur de signal sommé; - un circuit d'élaboration (S1) de signaux de niveaux de seuil correspondant chacun au nombre de signaux prédétectés; - un circuit de sommation (CS) connecté aux sorties des registres de sommation (F1 à F4), effectuant une sommation des R3 signaux fcourni Fur les Orties cl es itres de som atie, (F1 a R 9 - un circuit compareteur (AS5) connecé d'*ure pPrt nu circuit de sommation CS, recevant des résultats d'intégration, et, d'autre part au circuit d'élaboration (SI) de signaux de niveau de seuil, et fournissant un signal de sortie lorsqu'un résultat d'intégration excède la valeur du niveau de seuil correspondant au nombre de sorties de récurrence ayant fourni un signal de détection; - une unité de commande (UC) fournissant des combinaisons successives de signaux de commande (bl à b4) commandant chacune la fermeture d'un certain nombre de commutateurs (Cl à C4), lesdites combinaisons de signaux de commande (bl à b4) comman- dant chacune le circuit d'élaboration (S1) de signaux de niveaux de seuil de façon à ce qu'il fournisse à chaque fois un signal de niveau de seuil en rapport avec le nombre de signaux de commande (bhi à b4). 3. Circuit d'adaptation de la post-intégration dans un radar à fréquence commutée selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte: connecté à la sortie de chaque registre de sommation (Fi à F4), un circuit comparateur (A1 à A4) comparant le niveau du signal de sortie du registre à un niveau de seuil déterminé et fournissant un signal de détection (0 ou 1) indiquant les fréquences de récurrence pour lesquelles il y a prédétection - des commutateurs (CI à C4) commandés chacun par un signal de détection et permettant de connecter les sorties des registres de sommation (Fl à F4) au circuit de sommation (CS) - le circuit d'élaboration (SI) de signaux de niveaux de seuil étant également commandé par les signaux de détection des circuits comparateurs (AI à A4) et fournissant sur une sortie (sl) un signal dont le niveau dépend du nombre de signaux de détection reçus, ladite sortie (sl) étant connectée au circuit comparateur (AS). 4. Circuit d'adaptation de la post-intégration dans un radar à fréquences de récurrence commutées comportant n fréquences de récurrence, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il com- porte: - une série de n-I circuits de sommation (CSI, CS2, CS3) possédant autant d'entrées qu'il y a de registres de sommation (FI à F4), connectées chacune à la sortie d'un registre de sommation, chaque circuit de sommation (CSI, CS2, CS3) effectuant la somme de 2 signaux parmi les n signaux fournis par les registres de sommation (FI à F4) et fournissant ainsi des signaux d'addition (E 1 + E 2 par exemple) sur: n(n - 1).... (n - p + 1) sorties p! - un ensemble de circuits comparateur (AllI) connecté aux sorties de chaque circuit de sommation (CS1, CS2, CS3), chacun de ces ensembles comportant autant de circuits comparateurs que le circuit de sommation correspondant possède de sorties, les circuits comparateurs d'un ensemble recevant par ailleurs un signal de niveau de seuil dont la valeur est propre à l'ensemble considéré et détermine le fonctionnement des circuits comparateurs recevant des circuits de sommation un signal de sommation; - un ensemble de n circuits comparateurs connectés chacun à une sortie ( E 1 à E 4) d'un registre de sommation (F1 à F4), chacun de ces circuits à seuil recevant par ailleurs un signal de niveau de seuil déterminé, permettant son fonctionnemet lorsque le registre de sommation fournit sur la sortie correspondante un signal de niveau supérieur au niveau supérieur au niveau de seuil. - une porte OU logique connecté à tous les circuits compa- rateurs (All) et fournissant un signal de sortie lorsqu'un circuit à seuil au moins fonctionne.