Brevet FR2600167A1 — publié le 19871218

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CORRECTION DE L'OBLIQUITE DE LA MESURE DE DISTANCE D'UN RADAR A COURTE PORTEE La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de correction de l'obliquité de la mesure de distance réalisée par un radar à courte portée, correction plus connue sous le nom anglais de "Siant Range Correction". S Ainsi qu'il est connu, un radar émet périodiquement des impulsions qui se réfléchissent sur les obstacles environnants et retournent vers l'émetteur radar. En réception, le radar reçoit un signal appelé signal vidéo, constitué d'une succession de signaux de 10 même durée appelés récurrences, chaque récurrence étant constituée par l'ensemble des échos reçus en réponse à une impulsion émise; le signal vidéo est, après traitement, visualisé sur un écran. La distance (D) d'un mobile par rapport au centre radar est proportionnelle au temps (t) de l'aller et retour de cette impulsion D = -, avec c, vitesse des ondes électromagnétiques. En général, le signal vidéo est échantillonné et numérisé. La distance D est alors donnée par: D = E. c Te (1) 2 o E est le nombre d'échantillons depuis le début de la récurrence, ou encore le numéro de cet échantillon si ceux-ci sont numérotés séquentiellement à partir du début de la récurrence, et Te la période d'échantillonnage. Certains radars sont utilisés pour contrôler le trafic aérien au 25 niveau d'un aéroport (notamment le trafic des avions au sol) ou encore le trafic portuaire, c'est-à-dire dans des zones proches du centre radar. Dans ce type d'application, -il est nécessaire de surélever le radar afin que sa surveillance ne soit pas gênée par des 2 6 0 0 1 6 7 obstacles terrestres: il est alors placé sur une tour dont la hauteur peut être de l'ordre de cent. mètres. Les mesures de distance réalisées par le radar sont faites évidemment par rapport au centre radar or seules les projections au sol de ces distances sont utiles: il 5 est donc nécessaire de corriger les distances mesurées pour les exprimer par rapport au pied de la tour; si cela n'est pas fait, il en résulte une erreur de positionnement des échos, qui est au maximum égale à la hauteur de la tour. De plus, les échos radar sont visualisés sur un écran sur lequel on superpose en général une carte des 10 infrastructures au sol (pistes d'atterrissage, pistes de roulement, etc..). Il résulte alors de l'erreur de positionnement précédente une non coincidence entre la vidéo radar et la carte, qui est tout à fait préjudiciable à une bonne surveillance de la zone considérée. Diverses solutions sont utilisables pour éviter cette non coincidence. Parmi celles-ci, il est connu de relever spécialement une carte des infrastructures au sol par rapport au centre radar, en utilisant par exemple un réflecteur sur un véhicule qui parcourt les diffé20 rentes pistes de l'aéroport. Cette méthode est lourde à mettre en oeuvre: les cartes doivent être faites spécialement et les relevés cartographiques classiques sont inutilisables. En outre, cette solution ne permet que de superposer correctement la carte avec la vidéo radar, et toute information supplémentaire affichée sur 25 l'écran, comme par exemple une indication d'échelle, est également à corriger. Une autre solution consiste à effectuer la correction sur la notion même de la distance associée à un échantillon donné, c'est-àdire à ne plus considérer qu'un échantillon représente un incrément 30 de distance élémentaire constant mais à lui associer une information distance qui doit être calculée en fonction du numéro de cet échantillon (donc de la position relative de l'obstacle par rapport au centre radar). Cette solution est assez lourde à mettre en oeuvre et présente l'inconvénient d'être inutilisable -sur les équipements exis35 tants sans modification matérielle de ceux-ci. 26 0 0 167 La présente invention permet d'opérer une correction pour visualiser une distance réelle, ce qui permet d'être compatible avec les relevés cartographiques existants, tout en restant simple et compatible avec les traitements amonts et avals existants. Elle consiste à recréer, à partir d'une récurrence radar incidente, une récurrence corrigée ayant les mêmes caractéristiques (notamment fréquence d'échantillonnage, portée, durée, nombre d'échantillons) mais dont les échantillons sont repositionnés temporellement de façon à réaliser une correction de distance. Une telle 10 structure présente l'avantage d'être parfaitement transparente visà-vis des dispositifs amont (récepteur radar par exemple) et aval (traitement du signal radar, transformateur numérique d'images, visualisation, par exemple). Cette structure a donc un caractère optionnel, ce qui consti15 tue un avantage supplémentaire. D'autres objets, particularité; et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées, qui représentent: - la figure 1, un schéma illustrant l'erreur introduite dans la mesure des distances par le fait que le radar est disposé sur une tour; - la figure 2, une courbe explicative; - les figures 3a à 3d, des diagrammes temporels illustrant le 25 procédé de correction selon l'invention; - la figure 4, le schéma synoptique d'un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention; - la figure 5, le schéma synoptique d'un deuxième mode de réalisation dJ dispositif selon l'invention; - la figure 6, le schéma d'un élément utilisé dans le dispositif selon l'invention; - les figures 7a à 7e, des diagrammes de signaux relatifs à la figure 6; - la figure 8, le schéma d'un autre élément utilisé dans le 2600 1 67 dispositif selon l'invention; - les figures 9a et 9b, des diagrammes de signaux relatifs à la figure 8. La figure I illustre donc l'erreur introduite dans la mesure des distances par le fait que le radar est placé sur une tour. Sur cette figure, le centre radar, repéré CR, est placé sur une tour de hauteur h. Soit A un mobile au sol dont le radar doit mesurer la distance DS par rapport au pied (O) de la tour, choisi comme 10 origine des coordonnées. En fait, le radar mesure la distance oblique D séparant les points CR et A. Ainsi qu'il a été dit ci-dessus, le signal vidéo reçu par le radar est échantillonné et chaque échantillon correspond à un incrément 15 de distance, ou distance élémentaire, noté de; on a illustré, sur la figure 1, les E distances élémentaires de formant la distance D par E cercles concentriques (centre CR). On a donc: D = E.d (2) e avec: d c.Te(3) e 2 ce qui est équivalent à l'expression (1) ci-dessus. On peut également exprimer la hauteur h de la tour en fonction de de: h = H, de (4) e H étant un nombre de distances élémentaires de. La distance au sol D5 peut s'écrire: DS =D- 2 - h2 ou, en relation avec les expressions (2) et (4): _30' -30 DS = de.\/E2 H2 Selon l'invention, on prend comme distance au sol du mobile A une quantité Dso. qui est un nombre entier (Ec) de distances élémentaires de, Ec étant tel que Dsol soit la meilleure approxi- 26 0 0 1 6 7 mation possible de DS. Cela peut s'écrire: Ec=q( /E_-H2) (5) o q(u) est une loi de quantification définie par: V u E jn-0,5; n+0,], -q (u) = n, n étant un nombre entier positif. D'autres lois sont bien entendu envisageables, comme celle o l'intervallel n-0,5; n+0,51 est remplacé par]n; n+l. La figure 2 représente la courbe de la variation du nombre 10 corrigé d'échantillons (Ec) en fonction du nombre non corrigé (E), c telle que donnée par l'expression (5) ci-dessus. On a représenté sur cette figure l'enveloppe EV de cette courbe, son asymptote AS (Ec = E) et une partie de la courbe C correspondant à l'expression (5), qui est en réalité une succession de 15 points p. Cette courbe présente trois zones. Dans la première zone (zone I), o E est inférieur à H, la distance des éventuels échos au centre radar est inférieure à la hauteur de la tour: il ne peut donc s'agir d'échos provenant de 20 mouvements de mobiles au sol et ils ne sont pas pris en compte. Dans la deuxième zone (zone II), o E est compris entre H et H2, les échantillons corrigés Ec sont obtenus par multiplication des échantillons E par un facteur PE' Le facteur PE est variable et fonction de E. Il est à noter que le nombre d'échantillons crées par 25 multiplication dans cette zone est égal au nombre (H) de points non pris en compte dans la zone précédente. Dans la troisième zone (zone III), o E est supérieur à H2, on considère que la courbe peut être confondue avec son asymptote et on a donc Ec = E: il n'y a pas de correction. En effet, la correction nécessaire n'est importante qu'à proximité du centre radar CR et,à une certaine distance de celui-ci (choisie ici égale à E=H2), elle peut être négligée. 2600 1 67 Il apparaît ainsi que le débit moyen d'informations en entrée est égal au débit moyen d'informations en sortie. Il apparaît toutefois un décalage qui est illustré sur les figures 3, aà d. Sur le diagramme 3a, on a représenté le signal de synchronisation radar SYR qui est constitué par une succession périodique d'impulsions, définissant les récurrences successives (R, R'). Le diagramme 3b représente les valeurs remarquables 0, H, 10 2 H2 des échantillons E en fonction du temps, qui définissent les zones I, II et III. Le diagramme 3c représente les échantillons corrigés Ec en fonction du temps: ils commencent (valeur 0) en début de zone I et peuvent se poursuivre au delà de la récurrence R, jusqu'à la fin de la 15 zone I de la récurrence suivante R'. Le diagramme 3d illustre la correction qu'il faut alors faire subir au signal de synchronisation radar SYR, qui devient SYc l'impulsion de début de récurrence corrigée (notées Rc, R'c) intervient en début de zone II mais la durée de la récurrence étant conservée, elle se termine au début de la zone II de la récurrence radar suivante (R'). Il apparaît donc que selon ce procédé on recrée, à partir d'une récurrence radar incidente, une récurrence corrigée ayant la même durée et le même nombre d'échantillons, mais dont les échantillons 25 sont repositionnés temporellement afin de réaliser la correction de distance recherchée. Il est toutefois à noter que le retard introduit entre SYR et SYc doit être également introduit sur les signaux de rotation d'antenne (signal de passage au nord, signal d'incrément d'angle), afin de conserver la transparence de la correction effectuée au niveau de l'affectation des récurrences aux radiales. Il est également à noter que la multiplication des échantillons en zone II est nécessaire pour des raisons d'aspect de l'image 26 0 0 1 67 visualisée: en effet, un échantillon E représente une distance élémentaire au sol (par exemple segment BC sur la figure 1) qui est supérieure à de; si on opérait seulement un re-positionnement des échantillons E sans multiplication, l'image obtenue aurait un aspect r"mité". La figure 4 décrit un mode de réalisation d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précédent. Ce dispositif comporte principalement une interface de récep10 tion 1, un ensemble 2 assurant la multiplication des échantillons, réalisée dans cet exemple par une mémoire, une interface d'émission 3, un générateur 4 d'un signal d'horloge d'entrée dans les moyens 2 et un générateur 5 d'un signal d'horloge de sortie de ces mêmes moyens 2. L'interface de réception I reçoit les échantillons E de la-vidéo radar incidente, par exemple en parallèle sur n bits, et assure leur mise en forme sous le contrôle de la fréquence d'échantillonnage He afin de la rendre acceptable par l'ensemble 2. Dans ce mode de réalisation, la multiplication par un facteur 20 PE de certains échantillons est réalisée en mémorisant les échantilIons incidents et en les lisant ultérieurement le nombre (PE) de fois désiré. Etant donné que l'on souhaite avoir le même rythme (He) pour les échantillons E à l'entrée que pour les échantillons corrigés Ec à la sortie du dispositif, selon l'invention on mémorise les 25 échantillons au fur et à mesure de leur arrivée et on les lit à un rythme inférieur, correspondant au facteur de multiplication PE recherché; ces échantillons lus à un rythme plus lent sont ensuite ré-emis chacun plusieurs fois au rythme He. La mémorisation doit donc être réalisée par un dispositif permettant -l'écriture et la 30 lecture simultanément et indépendamment l'une de l'autre. Une mémoire du type FIFO convient à cet effet. Les échantillons incidents sont donc inscrits au rythme de leur arrivée dans la mémoire 2, sauf les échantillons correspondants à la 2600 1 6 7 zone I. A cet effet, l'inscription en mémoire 2 est commandée par un signal d'horloge HE, engendré par l'ensemble 4; cet ensemble 4 est décrit ci-après, figure 6. Ces échantillons sont relus à un rythme plus lent, noté HL, 5 fourni par l'ensemble 5 dont un mode de réalisation est donné figure 8. L'ensemble 5 engendre en outre le signal de synchronisation corrigé SYc Les échantillons lus au rythme HL sont transmis, par exemple également en parallèle sur n bits, à l'interface d'émission 3 qui en 10 assure la mise en forme et l'émission au rythme He, identique au rythme des échantillons incidents E. A cet effet, il mémorise les échantillons au fur et à mesure de leur réception (au rythme HL), à l'aide de bascules de type D par exemple, et émet cette information mémorisée au rythme He. De-la sorte, lorsque la fréquence HL est 15 inférieure à la fréquence He,'le même échantillon est émis plusieurs fois (PE fois), c'est-à-dire multiplié par PE' La figure 5 représente un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention, permettant d'utiliser pour réaliser la 20 mémoire 2 des mémoires dont la fréquence du fonctionnement est moins élevée. A cet effet, le dispositif de la figure 4 est, sur la figure 5, parallélisé par un facteur p au niveau de la mémoire 2. Plus précisément, le dispositif de la figure 5 comporte des éléments analogues à ceux de la figure 4, auxquels on a ajouté entre 25 les blocs i et 2 un circuit 6, assurant la mise en parallèle des échantillons incidents E par un facteur P, recevant à cet effet le signal d'horloge He ainsi qu'un signal He/P, et corrélativement un ensemble multiplexeur 7 assurant une sérialisation des échantillons reçus en parallèle sur P voies de la mémoire 2, sous la'commande de 30 l'ensemble 5. A titre d'exemple, la mise en parallèle par un facteur P est réalisée à l'aide de P voies recevant les échantillons E en parallèle, la voie d'ordtre i (i variant de 1 à P) comportant i-1 bascules de type 2600 167 D en série. Ce mode de réalisation est bien adapté à la parallélisation par deux (P=2). Lorsque P devient plus grand, il est plus simple de recourir par exemple à un registre à décalage. On a représenté en outre deux ensembles 8 et 9 assurant 5 respectivement la réception et l'émission des signaux d'horloge (He) et de synchronisation radar (SYR et SYc), de façon analogue aux ensembles 1 et 3 pour les échantillons E et Ec. c La figure 6 représente un mode de réalisation de l'ensemble 4 10 de génération d'un signal d'horloge d'écriture HE. Cette figure est décrite ci-dessous en liaison avec les figures 7, a à e, qui montrent l'évolution dans le temps de différents signaux reçus ou émis par l'ensemble 4. L'ensemble 4 comporte un compteur 41 recevant le signal He 15 d'échantillonnage, qui est représenté sur le diagramme 7b; le compteur 41 a pour fonction de compter jusqu'à la valeur H qui est, on le rappelle, le nombre d'échantillons correspondants à la hauteur à laquelle est placé le centre radar. Le signal de sortie z1 du compteur 41, illustré sur le diagramme 7c, est donc nul pendant 20 toute la durée de la zone I puis au niveau haut pendant les deux autres zones. L'ensemble 4 comporte encore un circuit logique 42 assurant principalement une fonction du type ET, qui reçoit le signal z1 et le signal d'horloge He et qui délivre le signal d'horloge écriture HE 25 illustré par le diagramme 7e: ce signal est donc identique au signal He sauf dans la zone I (plus une période dans ce mode de réalisation) o il est nul. De la sorte, l'écriture dans la mémoire 2 est inhibée dans la zone I. Le circuit 42 produit en outre une impulsion, notée Z1, par détection du front de montée du signal z1, représentée sur le 30 diagramme 7d. En outre, le compteur 41 est remis à zéro par l'impulsion de synchronisation radar SYR, illustrée sur le diagramme 7a, afin de permettre le traitement de la récurrence suivante. Enfin, on a représenté en pointillé en 43 un diviseur par P, interposé entre la réception du signal d'échantillonnage He et l'entrée du compteur 41, utilisé dans le cas de la figure 5 pour tenir 5 compte du parallélisme (P) réalisé au niveau de l'ensemble 1. Dans ce cas, le signal reçu par la porte ET 42 n'est pas le signal He mais le signal de sortie du diviseur 43. Il est à noter que dans le cas de la figure 5, les ensembles 4 et 5 ayant tous deux besoin du signal He/P, la division peut être faite une seule fois, en amont de ces ensembles. 10 La figure 8 représente un mode de réalisation de l'ensemble 5 de génération du signal d'horloge de lecture HL de la mémoire 2, à titre d'exemple dans le cas particulier de la figure 5. Cette figure est décrite ci-dessous en liaison avec les figures 9a et 9b qui 15 montrent l'évolution dans le temps de différents signaux reçus ou engendrés par l'ensemble 5. L'ensemble 5 a donc pour fonction d'engendrer le signal de lecture (HL) de la-mémoire 2 et doit donc pour cela contenir les valeurs du facteur (PE) par lequel on doit multiplier les échantillons. 20 Ces valeurs sont contenues dans une mémoire (52) dite mémoire d'état. La Vitesse de cette mémoire d'état peut être plus faible que celle qui serait requise' par le rythme (He) des échantillons. Il est donc possible de réaliser une parallélisation à ce niveau par un 25 facteur Q, comme on a décrit cidessus (figure 5) une parallélisation au niveau de la mémoire 2, par un facteur P. En pratique, il s'avère très commode de prendre Q=P: c'est le mode de réalisation qui est décrit figure 8. L'ensemble 5 reçoit donc le signal d'horloge He. Cette fré30 quence He est divisée par le degré de parallélisme P par un diviseur ; la fréquence He/P est illustrée sur le diagramme 9a. Elle est ensuite fournie à un compteur 51 ayant pour fonction d'adresser successivement les mots de la mémoire d'état 52, au rythme de 2 6 0 0 1 6 7 1i1 l'horloge d'échantillonnage divisé par P. Cette mémoire contient des mots de P x r bits, avec 2r = P. A la fin de la zone II le compteur 51 émet un signal Z2 de fin de comptage qui lui est appliqué sur une entrée d'inhibition (INHIB); cela a pour effet d'adresser en perma5 nence le dernier mot de la mémoire 52 qui correspond à l'ensemble de la zone III, à savoir: HL = He/P. Les bits à destination de l'ensemble 7 sont sérialisés sur r bits par l'intermédiaire d'un multiplexeur 53, sélectionnant ainsi séquen10 tiellement l'une des P voies disponibles en sortie de la mémoire 2. Le signal d'horloge de lecture HL est engendré par le dispositif 54 de détection de la sélection de la voie N 1 parmi les P voies disponibles en sortie de mémoire 2. Par ailleurs, il est commode d'ajouter à chacun des mots de la 15 mémoire d'état (P x r bits) un mot de P x 1 bit donnant les P états successifs du signal de synchronisation radar corrigé SYc. Ce mot, lu en même temps que les numéros de voies, est sérialisé par un multiplexeur 56 pour former le signal SYc à destination de l'ensemble 9. Dans le cas particulier o P = 2, il est commode d'associer par 20 exemple l'état haut de la sortie de la mémoire d'état à la sélection des échantillons d'ordre pair et l'état bas à celle des échantillons d'ordre impair. C'est ainsi que la figure 9b illustre un exemple du signal HL en fonction du temps. Dans cet exemple, le premier échantillon pair est répété trois fois (facteur PE = 3), l'échantillon 25 impair suivant n'est, lui, multiplié que deux fois. Pour le couple d'échantillons suivant, tourjours à titre d'exemple, le premier échantillon n'est multiplié qu'une fois, etc... Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et 30 entre notamment dans le cadre de l'invention une correction consistant à obtenir la projection de la distance mesurée par le radar sur un plan autre que le plan horizontal, passant par le mobile détecté. 26 0 0 1 6 7 REVENDICATIONS 1. Procédé de correction de l'obliquité de la mesure de distance réalisée par un radar, le radar fournissant une mesure dite oblique de la distance (D) séparant son centre (CR) d'un mobile (A) et la correction consistant à obtenir la projection (Ds) de cette 5 distance sur un plan passant par le mobile, le radar fournissant un signal vidéo échantillonné, les échantillons (E) formant une suite de récurrences (R,R') dites récurrences radar, le procédé étant caractérisé par le fait qu'il comporte une récurrence corrigée (Rc, Re:.) est obtenue à partir de chaque récurrence radar par repositionne10 ment temporel des échantillons, la fréquence d'échantillonnage (He) et la durée de la récurrence corrigée étant identiques à celles de la - récurrence radar. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que 15 le nombre d'échantillons de chaque récurrcnce corrigée est égal à celui de la récurrence radar correspondante. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le radar étant placé sur une tour et la 20 projection recherchée étant la projection sur le sol, le repositionnement consiste: - à supprimer tous les échantillons dans une première zone (I) de la récurrence radar, s'étendant sensiblement de zéro à H échantillons, o H est la hauteur de la tour exprimée en échantillons; - dans une deuxième zone (II) de la récurrence radar, s'étendant sensiblement de H à H2 échantillons, à repositionner temporellement les échantillons de la récurrence radar de sorte que la distance à laquelle ils correspondent soit la projection recherchée; - dans une troisième zone de la récurrence radar, s'étendant 30 sensiblement de H2 échantillons à la fin de la récurrence, à positionner séquentiellement et à la fréquence d'échantillonnage successivement les échantillons la constituant. 2 6 0 0 1 6 7 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la récurrence corrigée est retardée par rapport à la récurrence radar d'une durée égale à celle de la première zone. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le radar fournissant un signal de synchronisation (SYR), celui-ci est corrigé (SYc) pour tenir compte dudit retard. 6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé 10 par le fait que les échantillons repositionnés de la deuxième zone (Il) sont multipliés autant de fois (PE) que nécessaire pour que la radiale corrigée présente un échantillon par période d'échantillonnage (Te). 7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la 15 revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comporte: - des moyens (5) de mémorisation des échantillons de la récurrence radar; - des moyens (4) de génération d'un signal (HE) d'écriture de ces échantillons dans les moyens de mémorisation (2), ledit signal 20 inhibant l'écriture des échantillons de la première zone (I); - des moyens de génération d'un signal (HL) de lecture de ces échantillons dans les moyens de mémorisation, ce dernier signal assurant une lecture des échantillons de la deuxième zone (II) avec une fréquence sous-multiple de la fréquence d'écriture (HE), le 25 rapport correspondant au facteur de multiplication (PE) des échantillons, et une lecture des échantillons de la troisième zone (III) avec une fréquence égale à la fréquence d'écriture (HE); - des moyens (3) d'émission à la fréquence d'échantillonnage (He) des échantillons précédemment lus. 30 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens (6) assurant la mise en parallèle 2600 167 des échantillons avant transmission aux moyens de mémorisation (2), et des moyens (7) de sérialisation des échantillons en sortie des moyens de mémorisation (2). 9 Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé par le fait que les moyens (5) de génération du signal (HL) de lecture des échantillons mémorisés comportent une mémoire dite mémoire d'état (52) , assurant la mémorisation du facteur de multiplication (PE). 10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé par le fait que les moyens (5) de génération du signal (HL) de lecture comportent des moyens de parallélisation de la mémoire d'état (52) par un facteur Q.