Brevet FR2599856A1 — publié le 19871211

La présente invention est relative aux radars Doppler à fréquence agile et concerne plus particulièrement un système d'émission réception pour de tels radars et les radars comportant de tels systèmes. Dans les radars Doppler, le décalage dû à l'effet Doppler entre la fréquence émise et la fréquence reçue est donné par la relation fd = 2Vr o Vr est la vitesse radiale relative de la cible et du radar X la longueur d'onde du signal émis. Le plus souvent le signal émis l'est à fréquence constante 10 pendant la durée de traitement du signal correspondant,durée qui elle-même est fonction du pouvoir de résolution recherché. Cependant dans les radars à agilité de fréquence, la fréquence du signal d'émission, émise d'un cycle de filtrage à l'autre, est variable afin, notamment,d'échapper à l'action de brouilleurs éven-15 tuels. Mais le décalage Doppler dépend de la longueur d'onde du signal d'émission et en particulier si la variation de longueur d'onde d'émission est suffisamment grande, la variation du décalage Doppler devient supérieure a la largeur de bande du filtre de 20 réception de la cible. Il en résulte, du fait du décalage de la fréquence du signal reçu par rapport au centre de la bande de fréquence du filtre de réception, une perte d'information relativement à la vitesse et à la poursuite de la cible. Les radars de poursuite Doppler actuels comportent habituellement deux oscillateurs. Ainsi que représenté figure 1, l'oscillateur d'émission 1 est par exemple piloté par un oscillateur à quartz et fournit une onde de référence la plus pure possible. Le deuxième oscillateur 2, oscillateur de réception est un oscillateur 30 commnandable en tension par exemple dont la fréquence est commandée par un controle automatique de fréquence 4,ou circuit CAF,de telle manière que le signal reçu de la cible soit à fréquence constante, qui de manière classique comporte un discriminateur de fréquence 3. Une boucle de phase 6 permet d'assurer au second oscillateur de réception la pureté spectrale du premier, la poursuite de la cible étant assurée en introduisant dans cette boucle une fréquence de transposition variable obtenue par un oscillateur Doppler 5 à fréquence plus basse plus facilement réalisable avec une bonne pureté spectrale. De tels systèmes ne permettent cependant pas,lors du fonctionnement en agilité de fréquence,d'éviter le décalage momentané de la fréquence centrale du signal par rapport à la fréquence centrale du filtre 7 à bande étroite permettant le traitement des 10 signaux d'écho, la boucle de controle automatique de fréquence, peu rapide,ne permettant pas un rattrapage instantané du décalage. La présente invention permet de remédier à l'inconvénient précité, le système d'émission réception selon l'invention autorisant une large variation de la fréquence d'émission tout en con15 servant le signal reçu de la cible au centre de la bande de fréquence du filtre de réception. Selon une caractéristique de l'objet de l'invention, le système d'émission réception pour radar Doppler à fréquence agile comprend un oscillateur d'émission-et un oscillateur de réception 20 commandés en fréquence. L'oscillateur d'émission délivre à une antenne un signal d'émission par l'intermédiaire d'un duplexeur et l'oscillateur de réception délivre à un premier mélangeur un signal de transpositior des signaux d'écho délivrés par le duplexeur.Le système d'émission 25 réception comprend en outre une boucle de controle automatique de fréquence comportant un discriminateur de fréquence et un oscillateur Doppler constituant avec un deuxième et un troisième mélangeuz une boucle à fréquence de transposition variable. La boucle de controle automatique de fréquence comporte en sortie du deuxième mélangeur un amplificateur vidéofréquence connecté à une entrée de commande de l'oscillateur d'émission. De tels systèmes d'émission réception sont utilisables notamment dans les radars de poursuite Doppler à agilité de fréquence embarqués sur missiles ou sur avion de chasse. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description et des dessins ci-après dans lesquels les mêmes références représentent les mêmes éléments et o outre la figure 1 qui représente un schéma de système d'émission réception de l'art antérieur, - la figure 2 représente un schéma synoptique du système d'émission réception selon l'invention; - la figure 3 représente un détail de réalisation de l'invention. Selon la figure 2, le système d'émission réception pour radar Doppler selon l'invention comprend un oscillateur d'émission 1 10 commandé en fréquence. L'oscillateur d'émission 1 délivre un signal d'émission a une antenne 91 par l'intermédiaire d'un modulateur 8 et d'un duplexeur 9. Le système d'émission réception selon l'invention comporte également un oscillateur de réception 2 délivrant en 21, à un premier mélangeur A, un signal de trans15 position des signaux d'écho délivrés par le duplexeur 9. Le systèm d'émission réception suivant l'invention comprend en outre une boucle de controle automatique de fréquence comprenant, en sortie du filtre A bande étroite 7 permettant le traitement des signaux après transposition au niveau du mélangeur A et d'un amplifica20 teur à fréquence intermédiaire 71 délivrant les signaux S vers le traitement, un discriminateur de fréquence 3 délivrant un signal proportionnel à l'écart de la fréquence des signaux par rapport A la fréquence centrale du filtre à bande étroite 7. La boucle de controle automatique de fréquence comporte également un cir25 cuit de controle automatique de fréquence 4 et un oscillateur Doppler 5 délivrant un signal représentatif de la fréquence Dopple des signaux d'écho. L'oscillateur Doppler 5 constitue avec un deuxième mélangeur B et un troisième mélangeur C une boucle à fréquence de transposition variable. Le deuxième mélangeur B reçoi 30 respectivement d'une sortie 12 de l'oscillateur d'émission 1 et d'une sortie 22 de l'oscillateur de réception 2 des signaux représentatifs de la référence de fréquence et de phase de l'oscillateur d'émission 1 et de l'oscillateur de réception 2 respectivement. La sortie du deuxième mélangeur B alimente directement une 35 entrée du troisième mélangeur C. La sortie de l'oscillateur Dopple alimente une deuxième entrée du troisième mélangeur C. Selon l'invention, la boucle de controle de fréquence comporte en sortie du troisième mélangeur C un amplificateur vidéo fréquence 110 connecté à une entrée 10 de commande de l'oscillateur d'émission 1. 5 Le fonctionnement du système d'émission réception selon l'invention représentée figure 2 est le suivant: La poursuite Doppler, constituée par la boucle de controle automatique de fréquence et assurée par l'oscillateur Doppler 5 qui lui même est commandé par le discriminateur de fréquence 3, est directement effectuée par l'intermédiaire du troisième mélangeur C et de l'amplificateur vidéo fréquence 101 au niveau de l'oscillateur d'émission 1. Ainsi la fréquence du signal d'émission radar est directement asservie à la vitesse relative de la cible par rapport au radar. La fréquence des signaux d'écho reçus de la 15 cible est donc maintenue au centre de la bande de fréquence du filtre à bande étroite 7. Un circuit de commande d'agilité de fréquence 13 permet la commande silmultanée des fréquences des signaux émis respectivement par l'oscillateur d'émission 1 et par l'oscillateur de réception 2 permettant en cela le maintien de la fré20 quence du signal d'écho au centre de la bande de fréquence du filtre de réception 7. Selon un mode de réalisation non limitatif de la figure 3, l'oscillateur d'émission 1, comporte un oscillateur auxiliaire 100 commandé en tension et délivrant un signal haute fréquence. 25 L'oscillateur d'émission 1 comporte également un premier circuit diviseur de fréquence 101 et un circuit multiplicateur de fréquence 102 recevant chacun le signal haute fréquence délivré par l'oscillateur auxiliaire. Le premier circuit diviseur de fréquence 101 et le circuit multiplicateur de fréquence 102, délivrent respecti30 vement les signaux de fréquence dans un rapport o et Ro par rapNo port à la fréquence du signal haute fréquence délivré par l'oscillateur auxiliaire. L'oscillateur d'émission 1 comporte en outre un premier et un deuxième mélangeur auxiliaire 103, 104 recevant respectivement le signal délivré par le circuit multiplicateur de 35 fréquence 102 et par le premier circuit diviseur de fréquence 101. Un deuxième circuit diviseur de fréquence 105 relie la sortie du premier mélangeur auxiliaire 103 à une entrée du deuxième mélangeur auxiliaire 104. L'oscillateur d'émission 1 comporte enfin un oscillateur hyperfréquence 107 commandable en tension dont l'entrés de commande est reliée par l'intermédiaire d'un amplificateur 106 à la sortie du deuxième mélangeur auxiliaire 104. La sortie de l'oscillateur hyperfréquence 107 délivre le signal hyperfréquence d'émission radar, d'une part, au modulateur 8 et au duplexeur 9 pa: la sortie 11 de l'oscillateur d'émission 1, et, d'autre part, à uni 10 deuxième entrée du premier mélangeur auxiliaire 103. La référence fréquence et de phase de l'oscillateur d'émission 1 délivrée au deuxième malangeur B est assurée par le signal délivré par le multiplicateur de fréquence 102, le signal délivré par le multiplicateur de fréquence 102 alimentant également une entrée du deu15 xième mélangeur B. Le fonctionnement de l'oscillateut d'émission 1 est le suivant: l'oscillateur auxiliaire 100 émet un signal de fréquence instantanée FO, les signaux délivrés par le multiplicateur de fréquence 102 et par le premier diviseur de fréquence 10; ayant respectivement une fréquence ROxFO et No. Les battements No' niveau des mélangeurs auxiliaires 103, 104 permettent d'engendrer partir d'un signal hyperfréquence de fréquence F + ROxFO pour le mélangeur auxiliaire 103. Le battement à fréquence nulle entre les + - ROxFO F0 fréquences +(F -RxO) et la fréquence -, au niveau du mélan-no geur auxiliaire 104,permettent d'écrire la fréquence F du signal engendré par l'oscillateur hyperfréquence 107: F = F0 (Ro + no/NO Selon la figure 3, l'oscillateur de réception 2 comporte un oscillateur pilote de fréquence fixe 200 délivrant un signal haute fréquence. L'oscillateur de réception 2 comporte également un prem circuit diviseur de fréquence 201 et un circuit multiplicateur de 30 fréquence 202. Le premier circuit diviseur de fréquence 201 et le circuit multiplicateur de fréquence 202 reçoivent chacun le signal haute-fréquence délivré par l'oscillateur pilote 200. Le premier circuit diviseur de fréquence 201 et le circuit multiplicateur de fréquence 202 délivrent respectivement des signaux dans un rapport 35 de fréquence 1 et R1 par rapport à la fréquence du signal haute Nl fréquence délivré par l'oscillateur pilote. L'oscillateur de réception comporte également un premier et un deuxième 25998' mélangeur auxiliaire 203, 204 recevant respectivement le signal délivré par le circuit multiplicateur de fréquence 202 et par le premier circuit diviseur de fréquence 201. Un deuxième circuit diviseur de fréquence 205 relie la sortie du premier mélangeur auxiliaire 203 à une entrée du deuxième mélangeur auxiliaire 204. Le deuxième circuit diviseur de fréquence 205 délivre un signal dans un rapport. L'oscillateur de réception 2 comporte en nl' outre un oscillateur hyperfréquence 207 commandable en tension dont l'entrée de commande est reliée par l'intermédiaire d'un 10 amplificateur 206 à la sortie du deuxième mélangeur auxiliaire 204. La sortie de i'oscillateur hyperfréquence 207 délivre en fonctionnement le signal hyperfréquence de transposition des signaux d'écho au premier mélangeur A et à une deuxième entrée du premier mélangeur auxiliaire 203. La référence de fréquence et de phase de l'oscillateur pilote 200 est délivrée par le circuit multiplicateur de fréquence 202 au deuxième mélangeur B. Le fonctionnement de l'oscillateur de réception 2 est analogue au fonctionnement de l'oscillateur d'émission 1. Pour une fréquence F1 du signal émis par l'oscillateur pilote 200, l'oscillateur hy20 perfréquence 207 émet un signal de fréquence F' = F1 (R1 +Ni) L'agilité de fréquence du-radar est simplement obtenue par la cqm mande de la valeur des paramètres entiers no,No et nl,Nl. A cet effet le système d'émission réception comporte en outre un circuit de commande d'agilité de fréquence 13 permettant la commande 25 simultanée des paramètres no, No et nl, N1 la commande des paramètres RO, RI étant représentée figure 3 par une liaison en traitl mixtes, cette commande n'étant pas indispensable. Le fonctionnemel du système d'émission réception représenté figure 3 est le suivan les signaux reçus et délivrés par le duplexeur 9 ont pour fréquence FR = Fl + 2V) = F(l +Ck) o F représente la fréquence fréquence FR - F(l + c-) d'émission de l'oscillateur hyperfréquence commandable en tension 10.7. Après changement de fréquence au niveau du premier mélangeur A, les signaux d'écho reçus ont pour fréquence FI FR - F' ou F' représente la fréquence d'émission de l'oscillateur hyper35 fréquence commandable en tension 207 de l'oscillateur de réception soit FI = FO (l+o) (RO + nO/NO) - (R1 + hl/N) F1. La. poursuite Doppler de la cible étant effectuée conformément & l'invention à partir de l'oscillateur d'émission 1 le terme FO ( 1 +^L) est une constante égale par exemple à F2. Dans ce cas le signal reçu, signal à fréquence intermédiaire,est une constante lorsque les paramètres RO, Ri, NO, Ni, nO, ni vérifient la relation: + rO + 2V F2 (Ro -) - (R1 _ nl/N1) F1 = K avec F2 = Fo ( + -2V) et o FO représente la fréquence d'émission instantanée de l'oscillateur auxiliaire commandé en tension de l'oscillateur d'émission, 10 V représente la vitesse radiale relative radar cible,C représente la vitesse de la lumière dans le vide, F1 représente la fréquence d'émission de l'oscillateur pilote de l'oscillateur de réception et K une constante arbitraire. Dans ce cas la fréquence des signaux d'écho reçus de la cible est maintenue au centre de la 15 bande de fréquence du filtre de réception. Un cas particulièrement simple permettant vérifier la relation précitée consiste à prendre pour paramètre les valeurs suivantes: F2 = F1, NO = Ni, RO - Ri = KR, nO - ni = KN o KR et KN sont deux constantes arbitraires, nO et nl des nombres algébriques 20 A titre d'exemple non limitatif les circuits diviseurs de fréquenc 101i, 105 et 201, 205 sont constitués par des bascules classiques. Les circuits multiplicateurs de fréquences 102, 202 sont par exemple constitués par des étages multiplicateurs à semi-conducteurs. Les bascules constituant les circuits diviseurs de fréquenc 25 ne seront pas décrites car bien connues de l'homme de l'art. Des circuits multiplicateurs de fréquence-ont été décrits en particuliers dans le"Radar Hand Book"de Merril Skolnik pages 32 à 34. A titre d'exemple non limitatif, le circuit de commande d'agilité de fréquence 13 est constitué par un microprocesseur permettant 30 le choix du rang de division des diviseurs 105, 101, et 205, 201 selon une séquence aléatoire dans un nombre de rangs de division déterminé. L'invention ainsi décrite permet d'obtenir un radar Doppler de poursuite agile en fréquence par la seule action sur le: rangs de division de deux diviseurs de fréquence tout en mainte35 nant constant le centrage de l'écho reçu dans le filtre de réception. R E V E N D I'C A T I O N S 1. Système d'émission réception pour radar Doppler à fréquence agile comprenant un oscillateur d'émission commandé en fréquence et un oscillateur de réception commandé en fréquence, l'oscillateur d'émission délivrant un signal d'émission à une antenne par 5 l'intermédiaire d'un duplexeur et l'oscillateur de réception délivrant à un premier mélangeur un signal de transposition des signaux d'écho délivrés par le duplexeur, le système d'émission -réception comprenant en outre une boucle de controle automatique de fréquence comportant un discriminateur de fréquence et un os10 cillateur Doppler, l'oscillateur Doppler constituant avec un deuxième et un troisième mélangeur une boucle à fréquence de transposition variable, caractérisé en ce que la boucle de controle de fréquence comporte en sortie du troisième mélangeur un amplificateur vidéo fréquence connecté à une entrée de commande de l'os15 cillateur d'émission, le système d'émission réception comportant en outre un circuit de commande de la fréquence d'émission de l'oscillateur d'émission et de l'oscillateur de réception. 2. Système d'émission réception selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oscillateur d'émission comporte - un oscillateur auxiliaire commandé en tension et délivrant un signal haute fréquence, - un premier circuit diviseur de fréquence et un circuit multiplicateur de fréquence recevant chacun le signal haute fréquence délivré par l'oscillateur auxiliaire, le premier circuit 25 diviseur de fréquence et le circuit multiplicateur de fréquence délivrant respectivement les signaux de fréquence dans un rapport et RO par rapport à la fréquence du signal haute fréquence, NO - un premier et un deuxième mélangeur auciliaire recevant respectivement le signal délivré par le circuit multiplicateur de fréquence et le signal délivré par le premier circuit diviseur de fréquence, - un deuxième circuit diviseur de fréquence délivrant un signal dans un rapport 0 ' le deuxième circuit diviseur de frénO quence reliant la sortie du premier mélangeur auxiliaire à une entrée du deuxième mélangeur auxiliaire, - un oscillateur hyperfréquence commandable en tension dont l'entrée de commande est reliée par l'intermédiaire d'un 5 amplificateur à la sortie du deuxième mélangeur auxiliaire et dont la sortie délivre le signal hyperfréquence d'émission radar au duplexeur radar et à une deuxième entrée du premier mélangeur auxiliaire. 3. Système d'émission réception selon la revendication 1, 10 caractérisé en ce que l'oscillateur de réception comporte - un oscillateur pilote à fréquence fixe-délivrant un signal haute fréquence, - un premier circuit diviseur de fréquence et un circuit multiplicateur de fréquence recevant chacun le signal haute fré15 quence délivré par l'oscillateur pilote, le premier circuit diviseur de fréquence et le circuit multiplicateur de fréquence déli1 vrant respectivement des signaux de fréquence dans un rapport Ni et Ri par rapport à la fréquence du signal haute fréquence délivré par l'oscillateur pilote, - un premier et un deuxième mélangeur auxiliaire recevant respectivement le signal délivré par le circuit multiplicateur de fréquence et le signal délivré par le premier circuit diviseur de fréquence, - un deuxième circuit diviseur de fréquence délivrant un signal dans un rapport n1' le deuxième circuit diviseur de fréquence reliant la sortie du premier mélangeur auxiliaire à une entrée du deuxième mélangeur auxiliaire, - un oscillateur hyperfréquence commandable en tension dont l'entrée de commande est reliée par l'intermédiaire d'un amplifi30 cateur à la sortie du deuxième mélangeur auxiliaire et dont la sortie délivre en fonctionnement le signal hyperfréquence de transposition des signaux d'écho au premier mélangeur et au premier mélangeur auxiliaire. 4. Système d'émission réception selon les revendications 2 et 3, caractérisé enoe que les valeurs des paramètres RO, Ri, NO, Ni, nO, nl vérifient la relation: 2V nO nl Fo (1 + 2V) (RO) -(R1 n) F1 = K Fo(l+NO -Ni o Fo représente la fréquence d'émission instantanée de l'oscillateur auxiliaire commandé en tension de l'oscillateur d'émission, V représente la vitesse radiale relative radar-cible 5.C représente la vitesse de la lumière dans le vide F1 représente la fréquence d'émission de l'oscillateur pilote de l'oscillateur de réception; et K une constante arbitraire. 5. Système d'émission réception selon la revendication 4, 10 caractérisé en ce que dans la relation Fo ( + 2V) (R O) _ (Ri n) F1 = K Fo (1 + -)(RO - - -Rl - F = C> N - N-i Fo (1 + 2V) = F1 NO = N1 et RO - R1 = KR et no - ni = KN o KR et KN sont deux constantes arbitraires. 6. Système d'émission réception selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les circuits diviseurs de fréquence sont constitués par des bascules. 7. Système d'émission réception selon la revendication 3 ou 4, caractérisé'en ce que les circuits multiplicateurs de fréquence 20 sont constitués par des étages multiplicateurs de fréquence à semiconducteurs. 8. Radar Doppler à fréquence agile comportant un système d'émission réception selon l'une des revendications précédentes.