Brevet FR2589245A1 — publié le 19870430

L'invention concerne un dispositif de radar pour mesurer la distance qui le sépare d'une cible mobile, dispositif comportant au moins une antenne pour émettre en direction de la cible tonde fournie à partir d'un émetteur et pour recevoir l'onde réfléchie par ladite cible. Une application pour un tel dispositif est l'amorçage de fusées de proximité à faible distance de leur cible. On connatt différentes sortes de dispositifs de ce genre : une première sorte est formée par les dispositifs radar à impulsions dans lesquels la mesure de distance est déterminée par le temps que met l'onde pour atteindre la cible et revenir ; pour les distances courtes, ce dispositif ne convient pas bien car les temps à mesurer sont trop brefs. Une deuxième sorte est formée par les dispositifs du type radioaltimètre dans lesquels tonde émise est une onde modulée linéairement en fréquence, le décalage en fréquence des signaux émis et reçus fournit l'indication de distance. Ces dispositifs connus ne conviennent pas bien pour l'application envi sagée,c'est-à-dire : & re utilisés comme dispositifs d'amorçage. En effet, une fusée de proximité doit être amorcée lorsqu'elle est suffisamment proche de sa cible. Les dispositifs de la premi ère sorte ne sont donc pas appropriés à cette application, les distances à mesurer sont trop courtes. Quant aux dispositifs de la deuxième sorte,ils sont considérés comme étant trop motteux pour ce genre d'application. L'invention propose donc un dispositif du genre cité dans le préambule qui est plus particulièrement adapté pour l'amorçage des fusées de proximité et qui ne présente pas les inconvénients précités des dispositifs connus. Pour cela,un dispositif radioélectrique de mesure de la distance d'une cible mobile est remarquable en ce que ltémet- teur est un oscillateur à ondes entretenues et en ce qu'il est prévu un mélangeur pour fournir le battement entre l'onde émise et l'onde réfléchie, un amplificateur du type logarithmique dont ltentrée est reliée à la sortie du mélangeur et un mesureur de de l'incrément des valeurs extremum des signal de sortie dudit amplificateur de type logarithmique afin de fournir sur sa sortie l'indication de distance. L'idée de l'invention consiste à profiter de l'effet doppler qui provoque une modulation du signal de sortie du mélanceur. La présence de l'amplificateur de type logarithmique permet d'établir une relation qui lie la différence de valeur des extrenums de l'onde modulée à sa sortie avec la valeur de la distance, les autres paramètres tels que gain des antennes, puissance émise, coefficient de réflexion de la cible ntintervenant pas dans cette relation. On obtient ainsi l'avantage que la mesure effectuée ntest pas entachée par des erreurs dues par exemple au coefficient de réflexion de la cible, à la disparité des paramètres des composants du dispositif. La description suivante accompagnée des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre copiment l'invention peut Qtre réalisée. Sur les dessins - la figure 1 représente un dispositif radioélectrique de mesure de la distance d'une cible conforme à l'invention, - la figure 2 représente la courbe de réponse de l'amplificateur de type logarithmique utilisé, - la figure 3 représente l'allure du signal de sortie de l'ampli ficateur logarithmique et différents signaux présents dans le mesureur d'incrément montré en détail à la figure 4, - la figure 5 représente un dispositif radioélectrique de mesure de la distance d'une cible conforme à l'invention et plus par ticulièrement adapté à l'amorçage de fusée de proximité, - la figure 6 représente en détail un mesureur d'incrément conve nant au dispositif de la figure 5. Le dispositif montré à la figure 1 comporte une antenne d'émission 1 destinée à émettre dans l'espace une onde élaborée par un émetteur 2 ; cette onde est dirigée vers une cible 3 qui la réfléchit ; cette cible 3 située à une distance d du dispositif de mesure s'approche de lui avec une vitesse V comme cela est indiqué par une flèche à la figure 1. L'onde réfléchie est alors captée par une antenne de réception 4. L'indication de distance apparatt sur une borne de sortie 5. Conformément à l'invention, le dispositif radioélectrique de mesure de la distance d'une cible mobile 3 est remarquable en où: dans ces deux relations k est une constante. R r = 8# Dans cette formule (2) |Vr| représente le module d'une tension reçue Vr qui a une fréquence différant d'une quan tité 6 fd de la fréquence du signal émis ; cette quantité ss est due à l'effet Doppler ; on sait que Afd = 2V (3) de sorte qu'à la sortie du mélangeur on a une onde VM qui s'écrit ce que l'émetteur 2 est un oscillateur à ondes entretenues pures et en ce qu'il est prévu un mélangeur 6 dont une entrée est reliée à la sortie de l'antenne de réception 4 et dont l'autre à la sortie de l'émetteur 2 par l'intermédiaire d'un coupleur 7, un amplificateur de type logarithmique 8 relié à la sortie du mélangeur 6, un mesureur 9 de l'incrément des signaux de sortie de l'amplificateur logarithmique pour fournir sur la borne 5 une indication de la distance d. Un tel dispositif s'applique particulièrement bien dans le cas où la cible est le sol. Tout d'abord on rappelle l'équation du radar relative au sol Pr = Pe #2 Gr Ge R2 (1) (8 X )2 d2 où : Pr est la puissance reçue au niveau de l'antenne de réception, Pe est la puissance émise par l'antenne d'émission, > est la longueur d'onde émise, Gr est le gain de l'antenne de réception, Ge est le gain de l'antenne d'émission, R2 est le coefficient de réflexion du sol en puissance, d est la hauteur au-dessus du sol. Comme le traitement s'effectue sur des tensions, on transforme l'équation (1) en équation (2) On examine maintenant comment évoluent ces valeurs VSM. Ces va- leurs VsM apparaissent au rythme de la fréquence de battement c'est-à-dire qu'elles sont espacées d'un intervalle de temps égal à 1 ; mais pendant cet intervalle de temps la cible s'est ap #fd prochée d'une distance #d telle que #d = - V x = 1 = - # (7) #fd 2 chaque variation de Ad provoque une variation av8 telle que = = vo cette relation est obtenue par dérivation de la formule (6) d'où d * . A (8) 2 On remarquera bien que dans cette formule n'interviennent pas les différents facteurs tels que r définissant le coefficient de réflexion de la cible, où k' et # sont des constantes dont les valeurs dépendent du mélangeur 6 et où t est la variable temps. On ne s'intéresse qu'aux valeurs extrémales de VN de sorte qu'il est facile de déterminer le module de Vr ; dans ce cas présent, on prendra la valeur maximale de la quantité V La courbe de réponse de l'amplificateur 8 est représentée à la figure 2 ; on a décomposé cette courbe en trois parties P1, P2 et P3 ; la partie P1 et la partie P1' représentée en pointillé, forment une réponse logarithmique, les parties P2 et P3 sont pratiquement des segments de lignes droites. Pour une tension d'entrée Ve élevée la réponse de l'amplificateur 8 peut s'écrire : vs = - vo Log(e) (5) vL où VS est la tension de sortie de cet amplificateur et où vO et vL sont des constantes dépendant des composants de l'amplificateur 8. Puisqu'on ne s'intéresse qu'aux valeurs maximales de VM; seule la partie P1 de la courbe de réponse est à prendre en considération ; à ces valeurs VN correspondent en sortie de l'am- plificateur 8 des tensions VXM : Ve définissant la puissance émise, Gr, Ge le gain des antennes, La connaissance de A et la connaissance de VO permettent seules de déterminer d à partir des variations des valeurs minimales de la tension de sortie de l'amplificateur 8. L'amplificateur de type logarithmique 8 représenté à la figure 1 est formé à partir d'un amplificateur opérationnel 12 ; l'entrée (+) de cet amplificateur est connectée à la masse alors que l'autre entrée (-) est reliée d'une part à l'anode d'une diode 13 et d'autre part à l'extrémité d'une résistance 14 l'autre extrémité de la résistance 14 est reliée à la sortie du mélangeur 6 ; un tel amplificateur fournit une tension de sortie Vs pour une tension d'entrée telle que ve = - kBT Log(1 + ) (9) q q R15 où I est le courant de saturation inverse de la diode 13 s KB la constante de Boltzmann T la température absolue q la charge de l'électron. Cette relation (9) n'est valable que pour les parties Pi et P2 de la courbe de réponse (figure 2) ; dès que la tension Ve devient trop négative la tension de sortie de l'amplificateur 8 atteint la tension de saturation vsat. Le mesureur d'incrément 9 représenté en détail à la figure 4 se compose d'une diode 20 dont la cathode est branchée à l'entrée de ce circuit 9 et dont l'anode est connectée à une première armature d'un condensateur 2i, la deuxième armature étant mise à la masse ; ce condensateur 21 peut titre déchargé au moyen d'un interrupteur à commande par tension 22 qui est connecté en parallèle aux armatures de celui-ci.Ce condensateur a pour but d'emmagasiner la tension minimale de chaque alternance négative de la tension vs représentée en fonction du temps à la première ligne de la figure 3 ; pour cela il doit être déchargé avant l'apparition de cette valeur négative ; les instants de décharge tl, t2, t3 (voir figure 3) sont définis lorsque la tension VS passe d'une valeur positive à une valeur négative c'est-à-dire au début de chaque alternance négative ; afin de déterminer ces instants, on utilise, d'une part, un comparateur 23 et, d'autre part, un circuit de dérivation 24 ; le comparateur 23 fournit sur sa sorte un signal logique A prenant la valeur "1" si la tension Vs est positive e la valeur "O" si elle est négative ; le circuit de dérivation 24 fournit un signal B prenant la valeur "1" pour indiquer que la tension vS décroît. L'apparition d'un signal "1" à la sortie d'une porte t'ET" 25 dont une entrée est reliée à la sortie du circuit de dérivation 24 et dont l'autre est reliée à la sortie du comparateur 23 par l'intermédiaire d'un inverseur 26 correspond à l'un des instants tl, t2, t3 ; un circuit de de- rivation 27 fournit sur sa sortie un signal D se présentant sous la forme d'une impulsion positive de courte durée ; c'est cette impulsion qui provoque la fermeture de l'interrupteur 22. La tension emmagasinée dans le condensateur 21 est ensuite transférée alternativement dans l'un des condensateurs 28 et 29 en des instants t4, t5, t6 (voir figure 3) correspondant à la fin des alternances négatives. Les premières armatures de ces condensateurs sont reliées à la masse ; la deuxième armature du condensateur 28 est reliée à la première armature du condensateur 21 par l'intermédiaire d'un interrupteur à commande par tension 30 et d'un amplificateur de tension 31 ayant un gain en tension de 1 par exemple, la deuxième armature du condensateur 29 est reliée à la sortie de l'amplificateur 31 par l'intermédiaire d'un interrupteur à commande par tension 32.Pour déterminer les instants t4, t5, t6, on utilise, outre le comparateur 23, un circuit de dérivation 33 qui fournit un signal logique C ; la valeur "1" de ce signal logique signifie que la tension vs crott ; les apparitions de signaux logiques 11111 à la sortie d'une porte "ET'1 34 dont les entrées sont reliées respectivement à la sortie du circuit de comparaison 23 et du circuit de dérivation 33 correspondent à la fin des alternances négatives de la tension vs ; chacune des apparitions de signaux logiques 1 provoque le basculement d'une bascule de type "Tt' 35 de sorte qulapparait alternativement sur les sorties Q et 4 de cette bascule une transition de signal logique allant de "O" à "1" ; ces transitions de sens positif provoquent des impulsions positives de signaux E et F fournis respectivement par des circui's de dérivation 36 et 37 dont les entrées sont reliées aux sorties Q et Q de la bascule 35 ; ces impulsions positives déterminent les instants de fermeture des interrupteurs 30 et 32. Un amplificateur différentiel 38 dont les entrées sont connectées aux deuxièmes armatures des condensateurs 28 et 29, fournit donc sur sa sortie une indication de la valeur de ss vs. Du fait du chargement tour à tour des condensateurs 28 et 29 et pour unt Vs donné qui se produirait à chaque alternance négative du signal vs, on aurait une indication dont le signe changerait aussi à chaque alternance de sorte qu'on a prévu un montage commutateur pour que la tension disponible à la borne 5 représente bien en grandeur et en signe la valeur ssvs. Ce montage commutateur est formé de deux interrupteurs à commande par tension 39 et 40 dont une extrémité de chacun est connectée à la sortie de l'amplificateur différentiel 38 et dont les commandes sont connectées respectivement aux sorties Q et Q de la bascule 35.L'autre extrémité de l'interrupteur 39 est reliée à la borne 5 par l'intermédiaire d'un amplificateur 41 do gain est "- 1";l'autre extrémité de l'interrupteur 40 est reliée directement à cette même borne 5. Ainsi à la borne 5 on a une tension dont le module traduit la valeur de la distance d et dont le signe indique si la cible s'approche ou s'éloigne du dispositif de mesure. Lorsqu'on utilise le dispositif de mesure de l'invention comme dispositif d'amorçage de fusée de proximité, on peut apporter des simplifications à sa réalisation. A la figure 5, on a représenté un schéma synoptique d'un dispositif adapté pour l'amorçage d'une fusée de proximité ; dans ce schéma les éléments communs avec ceux des figures précédentes portent les mêmes références ; la référence 50 représente un oscillateur-mélangeur qui fournit directement sur sa sortie le mélange de tonde qu'il émet et celle qu'il reçoit ; une seule antenne 51 est nécessaire pour émettre et recevoir ; le mesureur a'incrément de valeueminimalesdes tensions qui apparaissent à la sortie de l'amplificateur 8 peut être notablement simplifié du fait qu'il y a toujours rapprochement de la cible par rapport au dispositif de mesure ; ce mesureur d'incrément portant à la figure 5 la référence 9' est montré en détail à la figure 6 ainsi que d'ailleurs le dispositif à seuil 52 qui fournit pour une certaine valeur de et donc de là pour une certaine distance d, une tension d'amorçage sur sa borne de sortie 53. Dès que la distance d diminue les tension VS deviennent de plus en Flus négatives ; deux condensateurs 6o et 61 sont chargés, tcur à tour , à la tension minimale de chaque alternance de la tension vs. Pour cela, les premières armatures de ces s condensateurs sont reliées à l'entrée du mesureur 9' par l'inter- a zendiodes 62, 63 et commande médiaire de diodes 62, 63 et d'interrupteurs/par tension 64, 65. Pour commander tour à tour l'ouverture et la fermeture des interrupteurs 64 et 65, on utilise un comparateur 66 qui à chaque début de l'alternance négative du signal v fournit sur sa sortie s un signal logique qui passe de la valeur logique"1" à la valeur logique "O". Ces transitions descendantes font changer d'état une bascule de type T 67 ; ce sont les signaux aux sorties Q et Q de cette bascule qui commandent les interrupteurs 64 et 65 ; un amplificateur différentiel 68 fournit sur sa sortie une tension dont la valeur absolue indique la distance de la cible ; le comparateur 52 fournit le signal d'amorçage à la borne 53 dès que les valeurs a Vs excèdent un certain seuil représentant la distance à laquelle la fusée doit exploser.Ce comparateur est formé de deux amplificateurs opérationnels 69 et 70 ; l'entrée (-) de l'amplificateur 69 et l'entrée (+) de l'amplificateur 70 sont reliées à la sortie de l'amplificateur différentiel 68 ; l'entrée (+) de l'amplificateur 69 est reliée à une source de tension positive 71 fournissant une tension de référence dont la valeur dépend du seuil désiré et l'entrée (-) de l'amplificateur est reliée à une source de tension négative 72 dont la valeur dépend aussi du seuil désiré. Les sorties de ces amplificateurs 69 et 70 sont reliées respectivement aux cathodes des diodes 73 et 74. Les anodes de ces diodes sont reliées à la borne de sortie 53. Une résistance 75 est connectée aussi entre la borne 53 et la masse. On appelle Vréf la différence de potentiel aux bornes des sources 71 et 72. Si Dvs est tel que : - Vref Vref la tension de sortie de l'amplificateur 69 est négative et la diode 73 devient conductrice, le potentiel de la tension à la borne 53 devient négatif ; on retrouve la meme situation si - tVS REVENDICATIONS i. positif de radar pour mesurer la distance qui le sépare dsune cible mobile, dispositif comportant au moins une antenne pour émettre or direction de la cible l'onde fournie a nartir d'un émetteur et pour recevoir l'onde réfléchie par ladite cible, caractérisé en ce que 5'émetteur est un oscillateur à ondes entretenues et en ce qu'il est prévu un mélangeur pour fournir le battement entre l'onde émise et tonde réfléchie1 un am plificaFeur du type logarithmique dont l'entrée est reliée à la sortie du mélangeur et un mesureur de l'incrément des valeurs extremum des signaux de sortie dudit amplificateur de type logarithmique afin de fournir sur sa sortie l'indication de distance. 2. Dispositif de radar pour mesurer la distance qui le sépare d'une cible mobile1 selon la revendication i, caractérisé en ce que le mesureur d'incrément se compose d'un premier condensateur coopérant avec des premiers moyens pour qu'il soit chargé successivement aux tensions extremum des signaux de sortie dd 1'amFlificateur de type logarithmique, d'un deuxième et d'un troisième condensateur coopérant avec des deuxièmes moyens pour que la charge du- premier condensateur soit transférée tour à tour au deuxième et eu troisieme condensateur et d'un amplificateur différentiel dont les entrées sont reliées respectivement aux armatreks des deuxième et troisième condensateurs. 3. Dispositif cle radar pour mesurer la distance qui le sépare d'une cible mobile, selon la revendication 1 pour lequel la cible se rapproche de lui, caractérisé en ce que le mesureur d'incrément se compose d'un premier et d'tin deuxième détecteur d'enveloppe coopérant avec des moyens de commutation pour titre connecté tour à tour avant l'apparition de chaque vapeur extremum a la sortie d l'amplificateur logarithmique. 4. Dispositif de radar pour mesurer la distance qui le sépare d'une cible mobile selon la revendication 3, destiné plus particulièrement à l'amorçage d'une fusée de proximité, caractérisé en ce qu'il est prévu ur dispositif à sel connecté à la sortie du mesureur d'incrément poir fournir sur s sortie un signal d'amorçage.