Brevet FR2599855A1 — publié le 19871211

L'invention concerne les dispositifs de levée d'ambiguité sur les distarices et les vitesses plus particulièrement util.sés dans les radars Coppler émettant des impulsions à plusieurs fréquences de répétition. Les radars Doppler actuels émettent des impulsions avec des fréquences de répétition relativement proches les unes des autres. L'utilisatiorn de plusieurs fréquences de répétition -e justifie par le fait qu'une seule fréquence de répétition introduit une ambiguïté sur la distance et la vitesse. En effet, i0 d'une part la période de répétition détermine la distance D' maximale sans ambiguité: D' = C T, C étant la vitesse de la lumière, et d'autre part la fréquence Doppler vraie FD est niesurée à un multiple près de la fréquence de répétition fO 4- k.fR, fD étant la fréquence Doppler, fR: la fréquence de reépéttionr considérée et k un nombre entier. Ee' général on supprime 1' ambiguité distance par l'utilisation d'une fréquence de répétition suffisamment basse afin que la distance D' soit au moins égale à la portée maximum du radar Do Pour lever l'ambiguîté sur la fréquence Doppler, on utilise 20 plsiPurs fréquences de répétition suffisamment proches les unes des autres, afin que les numéros d'ambiguité d'une même cible ne diffèrent au maximum que de 1; pour toutes les autres valeurs ]'arlbiguité persiste. Cette restriction à des fréquences de répétition proches présente l'inconvénient qu'il n'est pas possible d'exploiter les avantages dus à des fréquences de répétition éloignées les unes des autres comme par exemple la rejection des échos de sol dus au lobe principal de l'antenne. Le dispositif selon l'invention vise à remédier à ces incon30 vénients par l'utilisation de deux fréquences de répétition, choisies de façon quelconque dans un domaine limité par des conditions issues des caractéristiques de fonctionnement du radar le comprenant, permettant aussi de lever entièrement les ambiguités de distance et de fréquence Doppler. Selon une caractéristique, 35 le dispositif comporte une mémoires recevant deux couples de signaux (Pl, ql) et (P2, q2) correspondant à deux signaux écho pour deux fréquences de répétition frl et fr2 différentes, P1 ou P2 désignant par rapport à la dernière impulsion émise, le numéro du quantum distance dans lequel se trouve le signal écho, q1 ou q2 désignant le rang du filtre de fréquence à la sortie duquel un signal écho est maximum. Cette mémoire ainsi qu'une autre contenant les nombres définissant les caractéristiques du radar Doppler sont reliés à deux circuits de calcul. Le premier calcule la distance vraie, le second la fréquence Doppler vraie 10 si les deux échos proviennent d'une même cible, ces résultats étant transmis à une mémoire. Selon une autre caractéristique, le dispositif comporte un circuit logique permettant à partir de signaux de validation issus des circuits de calcul de transférer les valeurs de la distance vraie et de la fréquence Doppler vraie dans une seconde mémoire. Selon une autre caractéristique, le dispositif comporte un signal d'horloge permettant le transfert successif des ensembles de valeurs pl, ql5 p2,'q2 associées à un couple d'échos dans les circuits de calcul, ce signal d'horloge comportant un interrupteur commandé par un circuit logique recevant des signaux des circuits de calcul correspondant soit à la fin du calcul, soit à un résultat négatif d'un test intermédiaire fait par les circuits de calcul. 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 schéma général du dispositif selon l'invention; - la figure 2, l'organisme détaillé des calculs effectués par le circuit de-levé d'ambiguité sur la distance; - la figure 3, l'organigramme détaillé des calculs effectués par le circuit de levé d'ambiguité de la fréquence Doppler. Le fonctionnement d'un radar Doppler est-connu et ne sera 35 que brièvement rappelé ici. Un circuit émetteur envoie des impulsions à des fréquences de répétition différentes pour une même direction de pointage de l'antenne. Un circuit récepteur reçoit entre les impulsions émises les signaux échos provenant des cibles fixes ou mobiles se trouvant dans la direction de pointage de l'antenne. Ces signaux écho sont filtrés de façon à éliminer les échos des cibles fixes et sont ensuite appliqués à une batterie de filtres de fréquence. Un signal écho ne ressortira donc que du filtre de fréquence correspondant à sa fréquence Doppler ambig[e associée. 10 Les fréquences d'accord de ces filtres sont, du fait de l'ambiguité de la mesure de la fréquence Doppler, toutes inférieures à la fréquence de répétition des impulsions émises. Dans la suite de la description on supposera N filtres de fréquence, la fréquence d'accord de chacun d'eux étant repérée par son rang 15 compris entre 1 et N que l'on notera qi pour une fréquence de répétition fri' Ces filtres ayant une certaine bande passante, la fréquence d'un signal apparaissant dans le filtre de rang qi sera définie à +.(à/2)(fri /N),' étant un nombre supérieur à 1. Si la fréquence de répétition des impulsions émises est 20 suffisamment élevée pour créer une ambiguïté distances la position temporelle du signal écho sera repérée par rapport à l'impulsion émise précédant immédiatement la réception de cet écho. Le temps de réception entre deux impulsions émises est 25 fractionné en intervalles d'une durée élémentaire Z7, chaque intervalle correspondant ainsi à un intervalle distance appelé quantum distance. Les fréquences de répétition sont telles que fri =1 avec n. un entier de façon à obtenir un nombre entier fri -ni de quantum distance entre deux impulsions émises, et la durée d'une de ces impulsions émises en général égale à. Pour chaque fréquence fri de répétition on notera Pi le numéro du quantum distance o se trouve le signal écho par rapport à l'impulsion émise précédente. La fréquence de répétition fri pouvant s'écrire: f 1 ri n. On utilisera le nombre entier ni dans la description pour représenter la fréquence fri de répétition la valeur de ni la plus basse désignant la fréquence la plus élevée. On désigne de plus par D le plus grand commun diviseur de n1 et n2 représentant les 5 fréquences de répétition frl et fr2 et 1 2 les coefficients définis par: oc1 n + par rapport à la fréquence centrale de l'onde porteuse et A F la 10 grandeur [F1 - F2|. Le dispositif selon l'invention vise à lever les ambiguïtés sur les mesures de la distance et de la fréquence Doppler par l'utilisation de deux fréquences de répétition différentes pour chaque direction de pointage de l'antenne. Deux conditions limitent alors le choix des fréquences frl et fr2 de répétition et donc de n1 et n2. Il est en effet nécessaire que deux couples de valeurs (pl, ql) et (p2, q2) ne puisse conduire qu'à une seule valeur de distance et fréquence Doppler vraie, dans le cas contraire même une cible vraie pourrait mener 20 à la conclusion d'une cible double. Le plus petit commun multiple de n1 et n2 doit être supérieur ou égal à M = 2 Do et si m' 2 cn1 + n2 représente un entier positif inférieur à: N D il ne doit pas vérifier la double inéquation C- D [Z -A F - - D1L+ àL Nnlîj différents les uns des autres peuvent satisfaire ces deux 30 conditions. Le dispositif selon l'invention utilise les valeurs de deux couples de valeurs (Pi, qi), issues de deux échos a priori considérés comme pouvant provenir d'une même cible, pour les deux fréquences de répétition différentes choisies en fonction des conditions précédentes. si frl et fr2 sont ces deux fréquences de répétition, les valeurs utilisées pour le lever d'ambiguité sont donc ql, Pl, q2 et P25 La figure 1 montre le schéma général du dispositif selon l'invention. Il comporte une mémoire i recevant deux couples de signaux (ql, Pl), (q2' P2)' chacun étant issu des filtres de fréquence à une fréquence de répétition frl ou fr2 une mémoire 2 dans laquelle sont stockées en permanence sous forme de mots binaires les valeurs des constantes ni n2, t, D, clY cK, F2, F1 2D M' ' un circuit 3 calculant la distance réelle à laquelle se trouve la cible si celle-ci est reconnue comme réelle, un circuit 4 calculant dans ce cas la fréquence Doppler vraie, deux mémoires 5 et 6 permettant de transférer les valeurs des distances 15 et fréquences Doppler réelles correspondant aux échos des cibles mobiles détectées, un circuit logique "OU" 8, commandant la sortie de la mémoire 1 d'un ensemble de mots binaires correspondant aux valeurs (ql, Pl), (q2p p2) de deux échos et un circuit porte 40 par exemple du type "ET" logique. Le fonctionnement de ce circuit est le suivant la mémoire 1 reçoit tous les couples de nombres binaires correspondant aux grandeurs pi, qi pour une direction de pointage de l'antenne. Un signal d'horloge à une fréquence fh est appliqué à une borne 9. Le choix de cette fréquence fh d'horloge est lié au 25 temps total de calcul du dispositif et en particulier aux temps de calcul des calculateurs 3 et 4. Ce signal d'horloge est appliqué à la mémoire 1 et au circuit de levée de l'ambiguité sur la fréquence Doppler par l'intermédiaire d'un interrupteur 7, pouvant être par exemple un circuit logique "ET". Si l'inter30 rupteur 7 est fermé une impulsion d'horloge initialise le circuit 4 du levée d'ambiguité sur la fréquence Doppler et commande le transfert d'un couple de nombres binaires (p1, ql) et (P2' q2) aux circuits 3 et 4, chacun de ces couples provenant d'une fréquence de répétition différente. Ces circuits 3 et 4 reçoivent par ailleurs en permanence le contenu de la mémoire 2, c'est-àdire les nombres binaires correspondants aux grandeurs cCl, ni, n2, D, F1, F2, M ett'. Ces deux circuits 3 et 4 effectuent les tests montrés sur les organigrammes des figures 2 et 3 afin de savoir si les deux couples de valeurs (Pl, ql) et (P2, q2)' associés à deux échos provenant des deux fréquences de répétition différentes frl et fr2 proviennent ou non d'une même cible. Si les tests sont positifs, ils calculent la distance d et la fréquence Doppler FD vraie associées à cet écho. Ces valeurs sont 10 appliquées à l'entrée d'une mémoire 5.- Si l'un des circuits 3, ou 4 donnent un résultat de test négatif, il délivre une impulsion h1 ou h2 à un circuit 8, qui peut être par exemple une porte "OU". Ce circuit délivre alors, en sortie, une impulsion fermant l'interrupteur 7 et provoquant le transfert des deux couples de 15 valeurs suivant P1, ql et P2, q2. Si les circuits 3 et 4 ont des résultats de test positif ils délivrent chacun une impulsion h3, h4 qui, par l'intermédiaire d'un circuit 40, pouvant par exemple être un circuit logique "ET", d'une part valide les résultats de la mémoire 5 en les transférant dans la mémoire 6, et d'autre 20 part provoque la fermeture de l'interrupteur 7 par l'intermédiaire du circuit 8 et ainsi le passage au traitement des deux couples de valeurs suivants. Le.contenu de la mémoire 6, est disponible sur une borne 11. Ainsi toutes les combinaisons de deux couples (Pif qi) et (pj, qj) tels que (Pi' qi) provienne de la fréquence de répétition frl et (pj, qj) de la fréquence de répétition fr2 sont testées. Les circuits 3 et 4 effectuant les associations de deux couples Pi qi pour déterminer s'ils proviennent de la même cible, et dans le cas positif pour déterminer la distance et la fréquence 30 Doppler vraie de la cible, peuvent être constitués par exemple de microprocesseurs effectuant les calculs nécessaires. Les figures 2 et 3 montrent respectivement Ies étapes détaillées des calculs effectués par les circuits 3 et 4. Pour les calculs du circuit 3 montrés sur la figure 2, le 35 signal correspondant à un test négatif, noté N, est appliqué à 7 2599855 -une borne 22 elle-même reliée au circuit 8 de commande de l'interrupteur 7. Pour le premier de ces tests, le nombre p est entier et ainsi le test consiste à savoir si le nombre p est divisible par D. La distance vraie calculée, d est donnée par: n2 F P2 - Pl o E(x) représente la partie entière de x. Les calculs effectués par'le circuit 4 sont montrés sur la figure 3. Un seul test est ici effectué et l'impulsion correspondant à une réponse négative est appliquée à une borne 20 elle 10 aussi reliée au circuit 8 de commande de l'interrupteur 7. La fréquence Doppler vraie FD est à la sortie du circuit 4 définie par les deux nombres a et b qui sont tels que a sûr lié à la valeur de C On a ainsi décrit un dispositif de traitement des signaux échos pour les radars Doppler permettant de lever complètement l'ambiguité de distance et de vitesse dues aux fréquences de répétition. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Dispositif de levée d'ambuité de distance et de vitesse plus particulièrement utilisé à la sortie d'un récepteur radar du type Doppler, recevant successivement tous les ensembles possibles de deux couples de signaux (P1, ql) et (P2e q2) corres5 pondant à deux échos pour deux fréquences de répétition frl' fr2 différentes, Pl ou P2 désignant par rapport à la dernière impulsion émise le numéro du quantum distance dans lequel se trouve un signal écho, ql ou q2 désignant le rang du filtre de fréquence à la sortie duquel un signal écho est maximum, carac10 térisé en ce qu'il comporte deux circuits de calcul (3) et (4) recevant le contenu d'une première mémoire (2) et les signaux Pl ql, P2 et q2 issus d'une seconde mémoire (1) un troisième circuit mémoire (5) connecté à la sortie des circuits de calcul (3) et (4) et un interrupteur (7) commandé par les circuits de 15 calcul (3) et (4), cet interrupteur (7) commandant un signal d'horloge issu d'une borne (9) et appliqué au second circuit mémoire (1). 2. Dispositif de levée d'ambiguïté de distance et de vitesse selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux fréquences de répétition frl et fr2 utilisées sont telles que le 1 1 plus petit commun multiple des nombres f et est ri T fr2 es supérieur à To 5 o To représente le temps nécessaire à l'onde émise pour parcourir le double de la distance correspondant à la portée maximum du radar, et si désigne la durée d'un quantum distance, N le nombre de filtres de fréquence, n1 et n2 respectivement le s nombre et f P F l'intervalle de fréquence rvrn l r2 r Doppler pris en compte,-D le plus grand commun diviseur des nombres nI1 n2 et 1 et 2 d.es nombres tels que "1 nl + 2 n2 = Det iun nombre supérieur à 1 fonction de la bande passante des 30 filtres de fréquence, aucun des nombres m' entier positif n1 + n2 inférieur à N D ne doit vérifier la double inéquation: [ 2 ni n1 N J2nîL N nîj' o t est un entier positif. 3. Dispositif de levée d'ambiguité de distance et de vitesse selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit logique "ET" (40) dont les entrées sont connectées aux circuits de calcul (3) et (4) et la sortie au troisième circuit mémoire (5) et à une entrée d'un circuit logique "OU" (8) recevant par ailleurs les signaux des circuits de calcul (3) et (4) et dont la sortie est connectée à l'interrupteur (7). 4. Dispositif de levé d'ambiguïté de distance et de vitesse selon les revendications l et 2, caractérisé en ce que le circuit de calcul (3) délivre un signal à l'interrupteur (7) si la différence des nombres P2 - P1 n'est pas divisible par le nombre D ou si le nombre Ci P2 - Pl diminué de sa partie entière, est 1 n2 To supérieure à la quantité D ' n n1 2 5. Dispositif de levée d'ambiguïté de distance et de vitesse selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le circuit de calcul (3) délivre la valeur d de la distance vraie de la cible correspondant à l'écho traité par le dispositif, cette distance n2 l o une fonction E(x) désigne la partie entière du nombre x. 6. Dispositif de levée d'ambiguïté de distance et de vitesse selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le circuit (4) délivre un signal à l'interrupteur (7) si aucun des nombres (ni + n2) entiers ô' compris entre A et A +(n N D o A représente la quantité N1D ( q2 - 2) n - (ql + 2) n2]ne vérifie les N O 2 2 1 2 2] ne vérifie les deux inéquations: y - E(y)>1 - D (CF2 - N) 2599855 q2 + y - E(y)- D (ZF1 + Nn2) b> T' D O n2 O y i n2 et F1, F2 représentent les fréquences Doppler limites acceptables par rapport à la fréquence centrale de l'onde porteuse. 7. Dispositif de levée d'ambiguïté de distance et de vitesse selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le circuit de calcul (4) délivre deux nombres a et b entre lesquels est comprise la fréquence Doppler vraie de l'écho étudié. 8. Radar Doppler caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif 10 de levée.d'ambiglté selon l'une quelconque des revendications précédentes.