Brevet FR2598228A1 — publié le 19871106

i Radar protégé contre les échos de pluie et procédé de protection d'un radar contre les échos de pluie La présente invention se rapporte aux radars et plus particulièrement à la protection des radars contre les échos du type pluie, c'est.à-dire contre les échos parasites provenant dune réflexion simple du genre des réflexions sur une surface plane ou sphérique. Il est connu, pour réduire ces échos parasites, d'utiliser des radars dans lesquels l'émissicr, et la réception se font en polarisation circulaire, avec le même sens de polarisation pour Pérnission et la réception; par rapport à un radar travaillant en polarisation rectiligne, une atténuation de 15 à 20 dB est apportée sur le niveau de ces échos parasites. Cette 10 atténuation n'est pas toujours suffisante, une résection plus importante des échos du type pluie étant indispensable; ceci est particulièrement vrai pour les radars aéroportés assurant un guidage de l'avion à altitude minimale. Le'but de la présente invention est de proposer un radar dans 15 lequel des moyens sont mis en oeuvre pour débarrasser les signaux utiles des signaux relatifs aux échos du type pluie. Ceci est obtenu, en particulier, à l'aide dune émission et dune réception en polarisation circulaire, et de l'emploi d!un polariseur cornmutable pour la réception. Selon l'invention, un radar travaillant en polarisation circulaire, est caractérisé en ce qu'il comporte: un polariseur associé à des moyens de commutation pour déterminer des blocs faits de deux récurrences successives ayant des sens de polarisation, à rérmission et à la réception, respectivement identiques et opposés; un démrnultiplexeur pour démulti25 plexer les signaux vidéo relatifs à l'une et à l'autre des récurrences d'un bloc; des moyens de comparaison pour comparer les signaux vidéo somme des deux récurrences dun bloc; et urn commutateur commandé -par les moyens de comparaison pour éliminer, parmni les signaux vidéo relatifs à J'une des deux récurrences dunr bloc, ceux que les moyens de comparaison 30 désignent cornmme étant relatifs à des échos de pluie. La présente invention sera mieux comprise et cdautres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent: - les figures 1 et 2, des diagrammes des temps relatifs à des radars selon l'invention, - la figure 3, le schéma d'un radar qui correspond, selon la façon dont il est réglé, soit au diagramme de la figure 1 soit à celui de la figure 2. L'invention met à profit la constatation suivante: par rapport à 10 une première mesure o un radar travaillant en polarisation circulaire droite (ou gauche) à l'émission et avec la même polarisation en réception, reçoit un écho utile issu de réflexions multiples (écho de sol ou d'aéronef) avec une faible atténuation et un écho parasite (écho de pluie) atténué de 15 à 20 dB par le polariseur, lors d'une seconde mesure, toutes choses 15 étant égales par ailleurs mais la polarisation à la réception étant inversée, ce même radar recevra Pécho utile avec une faible atténuation, de l'ordre de un décibel par rapport à la première mesure et l'Pécho parasite sans ratténuation de 15 à 20 décibels. Il est à remarquer que l'utilisation d'une polarisation circulaire 20 non commutée a permis, dans des radars connus, de réduire le niveau des échos de pluie; les polarisations à l'émission et à la réception sont, dans ce cas, de même sens. Dans le radar- qui va être décrit ci-après la constatation susmentionnée a conduit à une conception différente du radar car ce n'est 25 plus la réduction des échos de pluie qui est recherchée mais leur élimination ou plus exactement l'Pélimination des signaux qu'ils occasionnent dans le radar; pour cela le radar dont l'Pémission s'effectue en polarisation circulaire de sens constant (droit ou gauche), fonctionne en polarisation circulaire pour ce qui est de la réception mais avec inversion 30 du sens (droit ou gauche) à chaque récurrence; ceci permet, en comparant les signaux de deux récurrences successives, d'identifier les échos de pluie: pour un quantum distance donné, l'écho sera considéré comme un écho utile s'il conserve le même niveau, à de l'ordre d'un décibel près, et comme un écho de pluie si la différence de niveau atteint et même 35 dépasse 10 décibels. Ce mode de fonctionnement est obtenu à l'aide d'un polariseur commutable (utilisation de commutateurs à diodes). Dans l'exemple décrit l'émission du radar s'effectue en polarisation circulaire droite fixe avec modification de la fréquence émise toutes les deux récurrences. La figure 1 est un diagramme des temps relatif à un premier mode de fonctionnement du radar décrit. Sur cette figure une 5 courbe A montre la commande dagilité de la fréquence émise, avec des récurrences de durée T et une fréquence démrnission Fi, Fj, Fk... qui varie toutes les deux récurrences; deux récurrences successives à la même fréquence d'émission constituent ce qui sera appelé un bloc de récurrence. La réception radar se fait sur des polarisations circulaires dont le 10 sens est inversé d'une récurrence à la suivante; la commutation du polariseur s'effectue, comme le montre la courbe P de la figure 1 représentative des états du polariseur (polarisation, à la réception, identique I ou différente D de celle à l'émission), alternativement avant et après rimpulsion d'émission, de manière à conserver toujours le même 15 sens de polarisation à l'émission. Ces impulsions démission ou, plus exactement, ces brefs signaux d'émission sont représentés sur la courbe Ra de la figure 1. Le temps de commutation, ta, avant l'impulsion émise entraîne une diminution de la valeur maximale des distances qu'il est possible de surveiller avec le radar, mais cet inconvénient est mineur si la 20 période de récurrence T est suffisamment grande. Le temps de commutation, tp (avec tp = ta), après l'impulsion émise, entraîne la présence d'une zone aveugle correspondant aux distances très proches; il y a donc intérêt à avoir, pour le polariseur, un temps de commutation aussi court que possible; une valeur de temps de commutation de l'ordre de une microse25 condeC-comme dans l'exemple décrit, est relativement facile à obtenir et fait que la zone aveugle n'est pas gênante dans la plupart des cas d'utilisation d'un radar. Dans le radar dont il vient dêtre question, quel que soit le sens de polarisation à rémission et à la réception, les échos utiles, c'est-àdire 30 issus de réflexions multiples, ont des niveaux équivalents à l'entrée du récepteur; ces échos sont représentés par la courbe Es de la figure 1. Par contre les échos de pluie (échos parasites) issus de réflexions simples, ont des niveaux très différents selon que les sens de la polarisation à l'émission et à la réception sont les mêmes (état I de la courbe P) ou 35 différents (état D); ces échos de pluie sont représentés par la courbe Ep de la figure I. La courbe Ep montre effectivement que, par exemple, pour un bloc de deux récurrences pendant lesquelles la fréquence d'émission est Fi, de deux impulsions pl et p2 relatives à un même écho de pluie, celle, p2, relative à la récurrence pendant laquelle les sens de polarisations émission et réception sont différents, est nettement supérieure à celle, pl, relative à des sens de polarisation identiques. Ainsi, pour chaque quantum distance, la comparaison des niveaux reçus lors de deux récurrences consécutives permet de faire la différence entre les échos utiles (courbe Es) et les échos de pluie (courbe Ep). Il est à 10 noter que, dans l'exemple décrit, la comparaison se fait sur des blocs de deux récurrences consécutives utilisant la même fréquence d'émission; s'il n'est pas indispensable qu'il en soit ainsi, le fait d'utiliser la même fréquence pour l'obtention des échos à comparer permet: - deffectuer une comparaison dans les mêmes conditions 15 démisslon, - de diminuer dans un rapport 2 le nombre de fréquences agiles nécessaire. Sur' un bloc de deux récurrences, les signaux reçus lors de la première récurrence sont utilisés pour le filtrage et le traitement de 20 l'ensemble des signaux de vidéo (voies somme t et écarts &C et --, tandis que les signaux reçus lors de la seconde récurrence servent seulement à obtenir les signaux de vidéo sommes à comparer avec ceux de la récurrence précédente pour identifier et éliminer les échos de pluie reçus lors de la première récurrence (impulsions pl selon la courbe Ep de 25 la figure 1). Sur la figure 1 les signaux traités, St, sont indiqués: signaux somme, Si, et écarts, AI, pendant la première récurrence et signaux somme, 52, pendant la seconde récurrence. Il est à noter que lorsque le domaine des distances à prendre en compte par le radar est relativement faible, par exemple est de l'ordre de 30 5 à 10 milles (environ 9 à 18 kilomètres), l'emploi de fréquences de récurrence élevées, de l'ordre de 5 à 15 kHz, est possible. Toutefois deux remarques sont à prendre en compte pour la détermination de la fréquence de récurrence: - le domaine des distances dans lequel un traitement doit être mis 35 en oeuvre pour éliminer les échos de pluie n'est qu'une fraction de la totalité du domaine des distances du radar; c'est ainsi, par exemple, qu'il suffit généralement que ce traitement soit mis en oeuvre seulement pour les premiers milles du domaine des distances; dans le cas de l'exemple décrit qui concerne un radar 5 aéroporté, utilisé, en particulier, pour assurer la sécurité de navigation à très basse altitude, cette distance est de l'ordre de cinq milles nautiques. Au-delà de cette distance l'atténuation apportée sur les échos de pluie par la polarisation circulaire est, dans la grande majorité des applications, suffisante pour faire que 10 ces échos ne soient pas gênants, - la fréquence démission étant la même lors des deux récurrences d'un même bloc, il y a risque de recevoir des échos de second balayage c'est-à- dire de recevoir des échos issus d'une émission relative à la première récurrence lors de la seconde récurrence 15 et, donc, risque de prise en compte de signaux erronés. En fonction des deux remarques ci-avant il y a eu possibilité d'améliorer le radar qui vient d'être décrit à l'aide de la figure 1; cette amélioratidn a donné le radar illustré par le diagramme des temps selon la figure 2. L'amélioration consiste à adopter des-durées différentes pour les deux récurrences d'un même bloc de deux récurrences: la durée T1 de la première récurrence, relative au calcul et au traitement des écartomètries È (écartométries circulaires AC> et élévation -), est accrue au détriment de la durée T2 de la seconde récurrence qui est réduite au 25 domaine strictement nécessaire. La figure 2 montre deux courbes Rb et A représentant respectivement les impulsions d'émission du radar et la commande, A, d'agilité de la fréquence émise. Les blocs de deux récurrences à une même fréquence d'émission comportent la première récurrence de durée TI = 437,5 lis et la 30 seconde récurrence de durée T2 = 62,5 ps inférieure à la durée T1, soit au total 500 lis par bloc. La durée TI est subdivisée en deux zones: une zone de durée Tu = 125 lis constituant la zone dutilisation du radar et correspondant au domaine d'investigation, allant jusqu'à 10 milles nautiques, soit environ 18 kilomètres, suivie d'une zone de durée Tn = 312,5 ls consti35 tuant une zone neutralisée; la zone de durée Tn est destinée à apporter une atténuation renforcée aux échos issus d'une émission relative à la première recurrence du bloc et reçus durant la seconde récurrence (échos de second balayage). Quant à cette seconde récurrence, sa durée T2 de 62,5 ls correspond à un domaine des distances de 5 milles, en relation avec la première des deux remarques faites ciavant; par rapport au cas illustré par la figure 1, une atténuation supplémentaire de l'ordre de 8 décibels est obtenue sur les échos de second balayage. Sur la figure 2 les signaux traités sont indiqués: signaux somme, SI, et écarts, AI, pendant la zone de durée Tu et signaux somme, S2, 10 pendant la seconde récurrence. La figure 3 est un schéma du radar dont il a été question lors de la description des figures 1 et 2; un fonctionnement selon la figure 1 ou selon la figure 2 se caractérise par la durée des récurrences et donc des signaux mais ne fait pas apparaître de différences dans la figure 3. Dans ce schéma le dispositif de synchronisation précise, relevant de la technologie courante, n'a pas été représenté en vue de rendre le dessin plus clair et de simplifier l'exposé. La figure 3 représente un émetteur, 1, d'un radar, relié à une antenne, 2, par un duplexeur 8. Un circuit de mélange 9 reçoit les signaux 20 somme e du duplexeur 8 et les signaux écarts à de l'antenne; il les transmet, après mélange avec la fréquence Fo fournie dans un oscillateur pilote 4, à un récepteur à fréquence intermédiaire 10. L'étage de sortie du récepteur 10 fournit les signaux t et t en vidéofréquence par une démodulation à l'aide cd'une fréquence Fd fournie par l'oscillateur 4. -.L'oscillateur pilote, 4, fournit, outre les fréquences Fo et Fd, un signal F d'une fréquence de vingt mégahertz. Le signal F est délivré à un générateur de signaux, 5, comporte un circuit de comptage des périodes du signal F, suivi d'un circuit de décodage pour définir: - la durée de fonctionnement de l'Pémetteur (signal R, correspon30 dant aux courbes Ra, Rb des figures 1 et 2), - les instants auxquels la fréquence Fe de Pémetteur doit être modifiée (signal d'agilité en fréquences, représenté par la courbe A des figures 1 et 2, et déterminant Penvoi par P'oscillateur 4 d'une fréquence Fe qui varie aléatoirement: valeurs Fi, Fj, Fk... 35 de la figure 1, valeurs Fi, Fj... de la figure 2) - les instants auxquels un circuit de commande, 6, doit commander le basculement d'un commutateur électronique, 7, à deux positions afin de modifier le sens de la polarisation de l'ensemble constitué par l'antenne 2 et un polariseur 3 associé à l'antenne; ce 5 basculement se produit alternativement avant et après une impulsion d'émission comme il a été expliqué lors de la description de la courbe P de la figure 1; il est à noter que ces instants de basculement restent définis de la même façon (après et avant les impulsions d'émission) dans le cas des blocs de deux récurrences 10 de durées inégales; - et les instants de basculement d'un démultiplexeur 12 qui reçoit les signaux somme S>et écarts t du récepteur 10, par l'intermédiaire dcun convertisseur analogique-numérique 11; l'entrée des signaux somme, du démultiplexeur 11, est reliée à sa première 15 sortie, Al, après l'impulsion de début de la première récurrence d'un bloc et jusqu'au début de l'impulsion démission suivante (cas de récurrences toutes identiques décrit à l'aide de la figure 1) ou jusqu'à la fin de la zone utile de durée Tu (figure 2; cas de récurrences de durées inégales); l'entrée des signaux sommes Odu 20 démultiplexeur 12 est reliée à sa keconde sortie, A2, après l'impulsion de début de la seconde récurrence d'un bloc et jusqu'à avant la première récurrence du bloc suivant, ce qui correspond, sur la figure 1, à la partie D de la courbe P située entre deux zones hachurées et pendant laquelle la polarisation à la réception 25 - est différente de la polarisation à l'émission. Le démultiplexeur 12 comporte une troisième sortie A3 qui est reliée à ses entrées écarts et somme après l'impulsion de début de la première récurrence dun bloc et jusqu'au début de P'impulsion démission suivante (cas de récurrences toutes identiques décrit à l'aide de la figure 30 1) ou jusqu'à la fin de la zone utile (figure 2; cas de récurrences de durées inégales). Les sorties AI et A2 du démultiplexeur 12 sont reliées à un circuit de calcul, 14, qui calcule les modules | Sli| et |t relatifs aux signaux somme SI et S pendant la première et la seconde récurrence. Les 35 modules et s relatifs aux mêmes quanta distances de deux récurrences d'un même bloc sont comparés grâce à un ensemble composé d'un circuit à retard 15 qui retarde e! et dLun comparateur d'amplitude 16 qui compare le signal t fourni directement par le circuit de calcul 14, au signal v fourni par le circuit à retard. Un circuit à retard 13 a une entrée reliée à la sortie A3 du démultiplexeur 12 pour recevoir les signaux ri et S1relatifs à la première récurrence d'un bloc. Le retard du circuit 13 est égal au retard du circuit plus le retard apporté par le circuit de calcul 14. Un commutateur électronique 17, commandé par le comnparateur 10 16, reçoit sur une première borne les signaux el et S provenant du circuit à retard 13 et comporte une seconde borne qui est reliée à la masse. Si le résultat de la comparaison effectuée par le comparateur 16 est | IS2I> |, le comparateur autorise la transmission des signaux 6, Se; dans le cas contraire, qui correspond à la détection d'un écho 15 parasite, le commutateur 17 laisse la sortie du circuit à retard 13 en l'air. Ainsi un circuit de traitement 18 relié à la borne commune du commutateur 17 ne reçoit que des signaux K1 et identifiés, par le comparateur 16, comme relatifs à des échos utiles. La présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits c'est 20 ainsi par exemple, que, surtout dans l'exemple-selon la figure 1 et dans la mesure o les quanta relatifs aux distances proches ne sont pas exploités, la première récurrence d'un bloc aurait pu être effectuée avec des sens de polarisation circulaire différents à l'émission et à la réception et la seconde avec le même sens puisque les signaux parasites produits par les 25 échos de pluie sont éliminés. De même dans un bloc de deux récurrences la première récurrence peut être utilisée pour corriger la seconde, et la seconde pour le calcul et le traitement des écartométries. Dans ce cas la commutation de l'interrupteur 7 doit s'effectuer non plus avant l'impulsion démission 30 relative à la première récurrence d'un bloc et après l'impulsion relative à la seconde récurrence mais après l'impulsion de la première récurrence et avant l'impulsion de la seconde récurrence. Il est également possible, avec des récurrences de durées identiques, de transmettre vers les circuits de traitement les signaux relatifs à 35 chacune des récurrences en éliminant les signaux parasites grâce toujours à une comparaison entre les modules des voies somme des quanta distance des deux récurrences d'un même bloc; ceci permet d'utiliser dans le circuit de traitement les signaux utiles relatifs aux deux récurrences. REVENDICATIONS I. Radar travaillant en polarisation circulaire, caractérisé en ce qu'il comporte: un polariseur (3) associé à des moyens de commutation (5, 6, 7) pour déterminer des blocs faits de deux récurrences successives ayant des sens de polarisation, à l'émission et à la réception, respective5 ment identiques et opposés; un démultiplexeur (12) pour démultiplexer les signaux vidéo relatifs à l'une et à l'autre des récurrences cd'un bloc; des moyens de comparaison (14, 15, 16) pour comparer les signaux vidéo somme des deux récurrences d'un bloc; et un commutateur (17) commandé par les moyens de comparaison pour éliminer, parmi les 10 signaux vidéo relatifs à l'une des deux récurrences d'un bloc, ceux que les moyens de comparaison désignent comme étant relatifs à des échos de pluie. 2. Procédé de protection cPd'un radar contre les échos de pluie caractérisé en ce qu'il consiste:à faire travailler le radar par blocs de 15 deux récurrences successives ayant des sens de polarisation à l'émission et à la réception, respectivement identiques et opposés; à obtenir des signaux vidéo somme et écarts; à comparer les signaux vidéo somme ( 1SI, S21) relatifs à de mêmes quanta de distance dans l'une et l'autre des récurrences d'un bloc; à transmettre les signaux vidéo somme et 20 écarts relatifs à une des récurrences d'un bloc; et à éliminer, des signaux vidéo somme et écarts transmis, ceux que les résultats de la comparaison désignent comme étant des échos de pluie, le critère d'élimination étant que, pour un même quantum de distance, le signal vidéo somme de la récurrence ayant des sens de polarisation identiques à lPémission et à la 25 réception, soit d'amplitude très inférieure à l'amplitude de lPautre signal vidéo somme auquel il est comparé. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux récurrences d'un même bloc sont de même durée (T). 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux 30 récurrences d'un même bloc sont de durées différentes (TI, T2) et en ce que oe sont les signaux vidéo somme et écarts relatifs à la plus longue des deux récurrences d'un bloc qui sont transmis. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que, pour un Il bloc, les signaux vidéo transmis sont ceux relatifs à une zone, dans le temps, située au début de la récurrence la plus longue, cette zone étant choisie de durée comprise entre la durée de la récurrence la plus longue et la durée de la récurrence la plus courte.