Brevet FR2599857A1 — publié le 19871211

La présente invention concerne un dispositif de réduction de la scintillation angulaire plus particulièrement utilisé dans les radars de mesure d'écartométrie. Les procédés de mesure angulaire de la position d'une cible 5 par un radar encore appelés procédé de mesure d'écartométrie ou procédé monopulse sont basés sur la comparaison de deux ou plusieurs diagrammes d'antenne différents pointés sur une même cible. Il peut y avoir une ou plusieurs mesures, par exemple en site et en gisement. Les mesures angulaires sont déterminées à partir de l'amplitude d'un signal électrique qui est représentative de la mesure. Les mesures angulaires outre le bruit du radar sont affectées d'une erreur de scintillation provenant essentiellement du caractère complexe de la cible assimilable à l'association de 15 plusieurs réflecteurs élémentaires. Cette erreur limite les performances des systèmes radar et notamment des systèmes de poursuite automatique. Un système radar comportant des moyens de mesure angulaire ou d'écart angulaire préserte au moins deux diagrammes d'antenne 20 à la réception. Ils sont exploités dans au moins deux voies de réception désignée couramment par la voie somme délivrant un signal somme. et voie différence délivrant un signal différence. Les moyens de calcul des mesures angulaires effectuent généralement 25 le quotient - Le quotient noté est une mesure de l'angle de dépointage de la cible détecté par rapport à l'axe des deux diagrammes d'antenne. Le filtrage des erreurs de mesure angulaire peut être réalisé au moyen de simples filtres linéaires et non linéaires. Cependant le taux résiduel des erreurs de mesure angulaire reste non négligeable pour ces types de filtrage lorsqu'il s'agit de la scintillation. La présente invention vise à remédier à cet inconvénient. Le dispositif selon l'invention comporte au moins, un moyen recevant du récepteur radar de mesure d'écartométrie les signaux 35 somme 7, différence A et d'écartométrie t élaboré à partir de ces signaux 2 et A, et ne retenant des mesures de ce signal ú que celles correspondant à des valeurs maximales du signal somme T. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront dans la description qui suit donnée à l'aide des figures qui représentent: - la figure 1, le dispositif selon l'invention utilisé avec un récepteur d'écartométrie radar à gain fixe; - la figure 2, le dispositif selon l'invention utilisé à 10 la sortie d'un récepteur d'écartométrie radar comportant un circuit de contrôle automatique de gain. Une cible peut être réduite à un petit nombre de surfaces réfléchissant dans la direction du radar. On désigne par Mi et 0 i l'amplitude et la phase de l'onde réfléchie par une de ces 15 petites surfaces de la cible. Les signaux somme Z et différence.a s'écrivent: = 2 Mi e Joi i = E i.Mi Si e o gi représente l'écart angulaire de la direction d'une surface 20 réfléchissante considérée par rapport à l'axe des deux diagrammes d'antenne. Le signal d'écartométrie ú s'écrit alors = i K i k i cos (fi K) M.M i,K Mi k cos (Oi -0K) dans le cas particulier ou Oi - 0K = 0, qui correspond à une réflexion en phase des différentes surfaces de la cible et donc à des évolutions nulles de cette cible par rapport au radar, le signal somme est maximum et le signal d'écartométrie E devient: _ Mi ai Mi dans tous les autres cas notamment lorsque le signal instantané devient faible, du fait des variations relatives des phases 0i et 0K, le signal d'écartométrie e peut fluctuer d'une façon importante autour du centre de gravité radioélectrique de la cible. Le dispositif selon l'invention vise à remédier à cet inconvénient par la sélection des mesures d'écartométrie correspondant aux valeurs du signal Z supérieur à un seuil prédéterminé progressif, permettant ainsi de réduire les fluctuations de la direction de la cible vue par le radar. La figure 1 montre le schéma du dispositif selon l'invention 10 effectuant cette sélection des valeurs représentatives du signal d'écartométrie. Il comporte un circuit 60, se partageant en un circuit 27 recevant le signal somme Z et la distance D de la cible et t2 calculant le signal U - 2 o représente la valeur moyenne du signal somme Z, et un circuit 20 recevant le signal U et le signal d'écartométrie ú. Le circuit 27 comporte un circuit d'élévation au carré 1 connecté à un circuit d'intégration 4 comprenant par exemple une résistance R, et un condensateur C, un circuit d'addition 7, un circuit diviseur 8, et éventuel20 lement un circuit 6 de correction d'erreur dynamique. Le circuit 20 comporte deux circuits identiques 5 et 11 d'échantillonnage et de codage en numérique, un circuit 9 détecteur de crête comprenant par exemple deux résistances R1 et R2 une diode 24 et un condensateur C1, un circuit diviseur 25 10, un circuit 12 calculant une fonction f, prédéterminée, à partir des mots binaires xk appliqués à son entrée, un circuit 13 comprenant lui-même un circuit de multiplication 14, un circuit d'addition 15, un circuit 17 introduisant un retard prédéterminé, deux circuits de multiplication 16 et 18, une mémoire 19 et un circuit inclus dans le circuit de multiplication 16 calculant 1 - Kk, Kk étant le signal d'entrée de ce circuit. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant: les signaux Z et D issus du récepteur sont disponibles respectivement sur des bornes 3 et 28. Le circuit 1 connecté à la borne 3 délivre un signal 2 qui est appliqué à l'intégrateur 4 de constante de temps D = RC et à-l'une des deux entrées du circuit diviseur 8, dont l'autre entrée est connectée à la sortie de l'intégrateur 4 à travers un circuit sommateur 7. La sortie du circuit d'intégration 4 délivre la valeur -moyenne du signal Z, que l'on note ?2 et qui est appliquée à une des deux entrées du circuit 7 d'addition et éventuellement à un circuit 6 qui reçoit par ailleurs la distance D radar-cible issue de la borne 28. Ce circuit 6 calcule la quantité - 4. 2.. R.0 o' vr est la mesure de la vitesse radiale estimée de la cible qui peut provenir d'un circuit extérieur du dispositif selon l'invention par l'intermédiaire d'une borne 70. La sortie de ce circuit 6 appliquée à la seconde entrée du circuit d'addition 7, délivre 15 ainsi un terme correctif venant s'ajouter algébriquement à la valeur du signal E 2 et permet de compenser le retard introduit par le circuit 4 d'intégration. Le circuit diviseur 8 délivre z 2 un signal U - 2 correspondant aux fluctuations normalisées du signal 2, qui est appliqué à la première entrée du circuit 20 de division 10 et du circuit 9 de détection de crète; ce circuit 9 permet par l'intermédiaire, par exemple, des deux résistances R1 et R2, de la diode 24 et du condensateur C1, de ne conserver que le signal V correspondant au signal U crête. Le circuit de division 10 connecté au circuit 9 délivre U alors le signal x = À au circuit 11, qui échantillonne le signal x et code l'amplitude de chacun des échantillons xk en numérique; les nombres xk de valeur inférieure à 1 servent donc de facteur de mérite pour les valeurs-du signal d'écartométrie e. Ainsi la mesure de E sera considérée comme bonne si le coefficient associé xk est proche de 1. De façon à permettre une sélection plus importante des bonnes mesures du signal e, il est parfois nécessaire de renforcer la rapidité de la variation du facteur de mérite xk. Dans ce but on utilise de préférence à la valeur de xk un facteur de mérite défini par: Kk =-f (xk) o fest une fonction prédéterminée. Des mesures expérimentales ont montré que cette fonction f peut être choisi de façon préférentielle, mais non limitative, telle que: - (1 - xk) n avec 3 un nombre positif par exemple égal à 5,5 et n par exemple égal à 3. La sortie du circuit 12 qui calcule le facteur de mérite est connectée à l'une des deux entrées d'un premier circuit de multiplication 14, et d'un second circuit de multiplication 10 16 comprenant aussi un circuit effectuant la soustraction 1 - Xk. Le circuit de multiplication 14 reçoit le signal d'écartométrie f apparaissant sur la borne d'entrée 2 et préalablement échantillonné et codé dans le circuit 5 d'échantillonnage et de codage, qui le transforme en une suite de mots binaires notés 15 F kavec une fréquence d'échantillonnage fc égale à celle du circuit 11. La sortie de ce circuit de multiplication 14 délivre donc un signal représenté par le produit K k; si la valeur de la mesure d'indice k est mauvaise, ik est voisin de zéro et la valeur k correspondante ne sera pas prise en compte. Afin 20 de tenir compte d'un certain temps d'intégration, par la prise en compte des mesures antérieures du signal E la sortie du k' l oted circuit de multiplication 14 est connectée à un circuit d'addition 15 dont la sortie est rebouclée sur sa seconde entrée par l'intermédiaire du circuit de retard 17, et d'un circuit de 25 multiplication 16. La sortie du circuit d'addition 15 est connectée à une borne 30, qui délivre le signal de la mesure d'écartométrie filtrée notée Fk qui est telle que: Ek = Kk k + (1 - 1k) k - 1 Dans certaines conditions d'exploitation par exemple en présence de cible à évolution très rapide, il est nécessaire de limiter la mémorisation des valeurs d'écartométrie antérieures et donc leurs prises en compte. Pour cela on est conduit à ajouter dans la boucle reliant la sortie et une entrée du circuit d'addition 15, un circuit de multiplication 18 connecté également à une mémoire dont le contenu est un nombre u constant prédéterminé positif et inférieur à 1 qui permet de limiter dans le temps la prise en 5 compte des mesures antérieures. Dans ce cas le signal Fk de la mesure d'écartométrie filtrée, disponible sur la borne 30 peut s'écrire: Fk = Kk. K + (1 - K.) * Fk-1 u Dans des conditions de réception pouvant causer de grandes 10 fluctuations du signal on est conduit à utiliser des récepteurs d'écartométrie comportant un contr8le automatique de gain. Le circuit 27 est alors modifié. La figure 2 montre un récepteur à C.A.G. avec le circuit 27 modifié dans ce cas particulier. Ce récepteur comprend un circuit 50, connecté à la sortie vidéo du 15 récepteur d'écartométrie, avec le circuit de contrôle automatique de gain proprement dit recevant les signaux somme E et différence respectivement sur deux bornes 42 et 43. Le circuit 50 de contrôle automatique de gain comporte deux amplificateurs à gain variable 40 et 41, un circuit de détection quadratique 38, 20 un circuit de soustraction 37, un amplificateur 39, et un détecteur amplitude-phase 36. Le circuit 27 modifié comporte un circuit 4 d'intégration comprenant par exemple une résistance R', et un condensateur C', un circuit de soustraction 33 et un circuit 32 calculant une fonction g(y) si y est le signal appliqué à son entrée, le choix de la fonction g étant déterminée par le signal de sortie de ce circuit 32 qui doit être r2 équivalent à 2 Si G est le gain en puissance des amplificateurs 40 et 41, ce signal issu de l'amplificateur 41 est égal à. et celui issu de l'amplificateur 40 à r./. Le circuit détecteur amplitude-phase 36 calcule le signal d'écartométrie E à partir des signaux -. 6 et D. 2 issus des amplificateurs 40 et 41. Le circuit de détection quadratique 38 reçoit le signal VG. Z issu de l'amplificateur 41 et délivre sur l'entrée du circuit de soustraction 37 le signal G Z 2; celui-ci est comparé à un seuil Vo prédéterminé disponible sur une borne 44 qui fixe l'amplitude du signal que l'on désire en sortie du circuit 50. Le circuit (Vo - G Z 2) issu du circuit de soustraction 37 est amplifié par l'amplificateur 39 dont la sortie, connectée aux commandes de gain des amplificateurs 40 et 41 et à l'entrée du circuit 27, délivre un signal de commande de gain W propor2 tionnel au signal Vo - G Z 2. Pour assurer la stabilité de la boucle de gain, dans une grande dynamique de variation du signal le gain des amplificateurs 40 et 41 doit 8tre une fonction exponentielle du signal W soit: G = G 10 LW o Go et d. étant des nombres positifs prédéterminés; lorsque la 15 boucle de gain est accrochée on peut écrire: V Gou encore ou encore: Z 2 Vo G O " w Le moyenne Le et W et est tel circuit 27 recevant le signal W calcule sa valeur W à l'aide du circuit intégrateur 4. circuit de soustraction 33, reçoit ainsi les signaux W délivre sur l'entrée du circuit 32 le signal W - W qui que: W- W = G (2 - 2) Le circuit 32 délivre à sa sortie un signal défini par la fonction g(w w) = 10(W W) qui de ce fait est égal au signal 2 U = précédemment défini, appliqué ainsi que le signal 6 d'écartométrie au circuit 20 délivrant la mesure Fk d'écartométrie filtrée sur la borne 30. On a ainsi décrit un dispositif de réduction du bruit de scintillation pour les équipements électromagnétiques effectuant les mesures d'écartométrie. R E V E N D I C A T I 0 NS 1. Dispositif de réduction de la scintillation angulaire des cibles mobiles, plus particulièrement utilisé dans les équipements électromagnétiques effectuant des mesures d'écartométrie et comportant un circuit de réception délivrant les signaux somme t et différence b des signaux issus de deux voies de réception, et le signal d'écartométrie ú calculé à partir de ces signaux somme et différence i, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (60) recevant au moins les signaux somme, et de mesure d'écartométrie E, et ne délivrant en 10 sortie que les valeurs du signal d'écartométrie F correspondant aux valeurs maximales du signal somme Z. 2. Dispositif de réduction de la scintillation angulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen (60) comporte un premier circuit (27) recevant le signal Z et dlivrant le signal - 2 délivrant le signal U =- 2 dans lequel Z 2 désigne la valeur moyenne de Z 2, et un deuxième circuit (20) recevant le signal U et le signal 6, ce circuit (20) comportant un circuit (9) délivrant le signal V correspondant aux valeurs crêtes de U, un U circuit diviseur (10) délivrant un signal x = vu un circuit (12) V calculant la fonction K = f (x), cette fonction f non linéaire étant donné de façon à ce qu'elle tende rapidement vers 1 ou O avec une faible variation de x, un circuit (13) recevant le signal K et le signal d'écartométrie E, et délivrant en sortie les valeurs du signal E correspondant aux valeurs maximales du 25 signal Z. 3. Dispositif de réduction de la scintillation angulaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit (27) de 'détermination du rapport U comporte au moins un circuit (1) recevant le signal somme 2' et délivrant le signal: 2 à un 30 circuit (4) d'intégration et à un circuit de division (8), le circuit (4) d'intégration délivrant à la seconde entrée du circuit de division (8) le signal 2, ce circuit de division (8) délivrant en sortie le signal. 2' 4. Dispositif de réduction de la scintillation angulaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que, le circuit (27) comporte le circuit d'intégration (4), connecté en sortie à un circuit de soustraction (33) chacun de ces circuits intégrateur (4) et soustracteur (33) recevant le signal W de commande de gain des amplificateurs (40) et (41) du circuit (50) de commande automatique de gain, du récepteur, ces amplificateurs recevant respectivement les signaux différence et somme Z, et un circuit (52) recevant le signal W - W issu du circuit de sous10 traction (33), o V représente le signal issu du circuit d'intégration (4) , et délivrant en sortie un signal U = 10 4L (W - W) c étant un nombre positif prédéterminé, ce signal U étant équivalent au signal 2 5. Dispositif de réduction de la scintillation angulaire 15 selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit (27) comporte en outre un circuit d'addition (7) connecté entre le circuit d'intégration (4) et le circuit= de division (8), et un circuit (6) recevant la distance radar- cible D d'une borne (28), le signal 2 issu du circuit d'intégration (4) et la valeur vr de la vitesse radiale de la cible détectée, ce circuit (6) délivrant sur la seconde entrée du circuit d'addition (7) un _v signal égal à - 4 î 2 vr, permettant de tenir compte de la D vitesse de rapprochement ou d'éloignement des cibles, o V représente le temps de retard introduit par le circuit d'inté25 gration (4). 6. Dispositif de réduction de la scintillation angulaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit (20) comporte deux circuits (5) et (11) d'échantillonnage et de codage en numérique de l'amplitude des échantillons, recevant respec30 tivement le signal d'écartométrie E et le signal x et délivrant en sortie les signaux correspondant E k et xk oà k représente le rang de l'échantillon. 7. Dispositif de réduction de la scintillation angulaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit (13) recevant le signal Kk et le signal d'écartométrie ú k délivre sur une borne (30) le signal Fk tel que Fk = k X k + (1 X- Fk18. Dispositif de réduction de la scintillation angulaire selon les revendications 2 et 7, caractérisé en ce que le circuit (13) comporte une mémoire (19) contenant en permanence un nombre u positif inférieur à 1, cette mémoire (19) étant connectée ainsi que la sortie d'un circuit de retard (17) à un circuit de multiplication- (18) de telle façon que le signal 10 Fk sur la borne (30) soit égal à Kk x E k + (1 - Kk) Fk-1 u. 9. Dispositif de réduction de la scintillation angulaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fonction f(x) est définie par f(x) = e -P (1 - X)n, n et /3 étant deux nombres positifs prédéterminés. 10. Dispositif de réduction de la scintillation angulaire selon la revendication 9, caractérisé en ce que = 5,54 et n=3. 11. Radar plus particulièrement utilisé pour effectuer des mesures d'écartométrie caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de réduction de la scintillation angulaire selon l'une quelconque des revendications précédentes.