Brevet FR2599859A1 — publié le 19871211

i Cette invention concerne un système de surveillance. Il a été initialement conçu en relation avec les systèmes sonar sousmarins pour le guidage et la détection de torpilles. L'invention n'est pas toutefois.exclusivement attachée à ces systèmes et peut trouver une application pratique dans des radars fonctionnant par la transmission et la réception de signaux électromagnétiques. Les techniques en vigueur pour la surveillance sonar sous-marine sont théoriquement susceptibles d'indiquer les variables 10 de distance, direction et vitesse de cibles intéressantes jusqu'à un haut degré de précision. Par exemple, la variable de distance peut être mesurée exactement à l'aide de techniques de compression d'impulsions; les variables de direction et de vitesse peuvent être mesurées exactement à l'aide de techniques d'ouverture étendue et 15 Doppler. En pratique, cette précision peut être difficile à atteindre en raison des grandes quantités de données à traiter lors de l'emploi de techniques de compression d'impulsions, d'ouverture étendue et Doppler. Cette difficulté est particulièrement aiguë 20 lorsque la place est limitée, par exemple dans une torpille, un missile ou un engin spatial. Cette invention propose un système de surveillance pour détecter une particularité intéressante qui peut être décrite par au moins une quantité variable, le système comprenant: un émetteur 25 pour émettre dans un espace ou un milieu environnant l'émetteur des signaux ayant des premières et des deuxièmes composantes ou parties différentes; et un récepteur pour recevoir les signaux après réflexion à partir de particularités dans l'espace ou le milieu; le récepteur comportant des moyens pour utiliser les premières composantes ou parties afin de mener un examen grossier de valeurs possibles de la quantité variable et afin de déterminer une ou des régions desdites valeurs possibles contenant des composantes de signaux réfléchis relativement fortes et donc dans lesquelles la caractéristique intéressante ou d'autres caractéristiques non intéressantes existent et pour utiliser les deuxièmes composantes ou parties afin de mener un examen fin dans ladite ou lesdites régions de manière à déterminer si l'objet intéressant est présent là et, ou bien, la valeur de ladite quantité variable associée à celui-ci. La variable peut être la distance, la vitesse ou la direction et, en vérité, il existe d'autres possibilités comme par exemple l'accélération. Dans une forme préférée de l'invention, les quantités de la distance et de la vitesse sont examinées puisque ces variables sont toutes deux de valeur particulière en ce qui concerne la distinction entre des objets qui sont intéressants et 10 des objets qui ne sont pas intéressants. Dans une autre forme préférée de l'invention, les quantités de la distance et de la direction sont examinées. Dans les deux cas, le résultat de l'examen grossier est d'identifierà l'intérieur du milieu sous examen des "cellules" ayant des dimensions de distance et de direction dans lesquelles un objet intéressant peut exister soit seul, soit caché par d'autres objets peu intéressants. L'examen fin sert à inspecter ces "cellules" en détail. Puisque, selon l'invention, il n'est pas nécessaire d'effectuer un examen fin dans toutes les "cellules", il est pratique d'utiliser des techniques telles que la compression d'impulsions, l'ouverture étendue et les mesures de vitesse Doppler sans qu'il faille faire appel à un système de traitement de données excessivement grand. Les "premières" composantes ou parties ci-dessus mentionnées des signaux peuvent être des impulsions brèves (ou des 25 parties d'impulsions) à largeur de bande de fréquence étroite qui peuvent être ou ne pas être balayées en fréquence ou sélectionnées d'une autre manière si bien qu'elles ne nécessitent pas un important traitement lors de la réception pour donner l'examen grossier auquel elles sont destinées. Les "deuxièmes" composantes ou parties ci30 dessus mentionnées des signaux peuvent être des impulsions longues et, de préférence, balayées en- fréquence, ou bien être telles que des techniques de traitement sophistiquées comme l'ouverture synthétique et la compression d'impulsions puissent être utilisées dans le récepteur pour donner l'examen fin voulu à l'intérieur des cellules 35 identifiées par l'examen grossier comme étant d'un intérêt particulier. Les premières et deuxièmes composantes ou parties cidessus mentionnées peuvent être des impulsions distinctes séparées par un intervalle de temps, peuvent être produites simultanément, ou bien l'une peut suivre immédiatement l'autre sans séparation temporelle. Elles peuvent être séparées par un intervalle de fréquence, peuvent se trouver à l'intérieur de la même bande de fréquence ou peuvent avoir des bandes de fréquence contiguës différentes. Dans un agencement préféré, les premières et deuxièmes composantes ou parties sont définies par une impulsion composite de fréquence continûment variable, dont une partie constitue ladite première composante ou partie tandis qu'une partie plus grande ou la totalité de l'impulsion constitue la deuxième composante ou partie. Alors que l'invention s'applique particulièrement à un 15 système sonar ou radar "actif", elle peut également être utilement appliquée à des systèmes passifs, c'est-a-dire des systèmes qui ne rayonnent pas eux-même de l'énergie. Dans un tel système, il n'y a pas d'émetteur, mais, à leur place, certains moyens définissant un signal connu pour être issu d'une classe particulière de cibles. 20 Ainsi, selon un deuxième aspect de cette invention, il est proposé un système de surveillance pour détecter une particularité intéressante qui peut être décrite par au moins une quantité variable, le système comprenant: des moyens définissant ou décrivant des signaux transmis dans un espace ou milieu entourant le système, ces signaux 25 ayant des premières et deuxièmes composantes ou parties différentes; et un récepteur pour recevoir les signaux depuis l'espace ou le milieu; le récepteur comportant des moyens pour utiliser les premières composantes ou parties afin de mener un examen grossier des valeurs possibles de la quantité variable et de déterminer une ou 30 des régions desdites valeurs possibles contenant des composantes de signaux réfléchis relativement fortes et, ainsi, dans lesquelles la particularité intéressante ou d'autres particularités non intéressantes existent, et pour utiliser les deuxièmes composantes ou parties afin de mener un examen fin de ladite ou desdites régions de 35 manière à déterminer si la particularité intéressante est présente là et, ou bien, la valeur de ladite quantité variable associée à celle-ci. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexes, parmi lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe d'un système de surveillance sonar sous-marin à utiliser dans une torpille; - la figure 2 illustre des variations de fréquence avec la durée d'un certain nombre de formes d'onde différentes produites dans un générateur de formes d'onde indiqué en 1 sur la figure 1; 10 - la figure 3A est un graphe donnant la fréquence en fonction de la durée d'une impulsion émise par le système de la figure 1 et suivant la forme d'onde présentée en D sur la figure 2; la figure 3B est analogue à la figure 3A, mais illustre un graphe donnant l'amplitude en fonction de la durée; et - la figure 3C est un graphe donnant l'amplitude en fonction de la durée illustrant le signal de sortie d'un transducteur récepteur présenté en 5 sur la figure 1, les lignes verticales de la figure 3C indiquant schématiquement les instants auxquels l'amplitude du signal reçu sont échantillonnés par un convertisseur 20 analogique-numérique présenté en 6 sur la figure 1. Relativement à la figure 1, un générateur 1 de forme d'onde, commandé par un générateur de cadencement 2 produit des impulsions A, B, C, D, E. F, G, B', D', F', à des fréquences ultrasonores sur des lignes indiquées par les lettres de référence res25 pectives. Les impulsions sont répétées à intervalles réguliers et les caractéristiques de chaque impulsion peuvent être vues sur les figures 2, 3A et 3B. Les formes d'onde des lignes B', D' et F' sont identiques aux dernières parties des impulsions B. D et F respectives. Les impulsions D sont émises via un amplificateur 3 et un transducteur 4 dans la région aqueuse environnante à examiner. Les signaux reçus en retour de la part de la région aqueuse ci-dessus mentionnée sont détectés par un transducteur récepteur 5 et, immédiatement après l'émission de chaque impulsion, le générateur de cadencement 2 amène un convertisseur analogique-numérique 6 35 à échantillonner le signal reçu à des instants indiqués schématiquement par les lignes verticales présentées sur la figure 3C. En fait, - 5 la fréquence des instants d'échantillonnage est beaucoup plus grande que cela peut être présenté sur la figure 3C et est supérieure à deux fois la largeur de bande du signal reçu. Des échantillons issus du convertisseur analogique5 numérique 6 sont envoyés à une mémoire de signaux 6A, laquelle mémorise tous les échantillons prélevés durant une période séparant des impulsions émises. Les échantillons sont également envoyés à des canaux de signaux de trois corrélateurs 7, 8 et 9 dans un premier processeur 10. Chaque canal contient autant d'échantillons 10 qu'il en a été prélevé pendant une période, laquelle, comme cela est montré sur la figure 2, est la durée de signaux B', D' et F', c'est-à-dire T2-T3. Le nombre d'échantillons maintenus dans chaque canal est approprié au produit du temps et de la largeur de bande de l'onde de référence avec laquelle le signal est corrélé, laquelle, 15 dans le cas du corrélateur 7, est l'onde B'; dansle cas du corrélateur 8: est l'onde D'; et,.dans le cas du corrélateur 9, est l'onde F'. Les formes d'onde de référence B', D' et F' correspondent - aux signaux reçus de la part de particularités respectivement en 20 recul, fixes et en approche. Ainsi, un signal de sortie élevé venant de l'un des corrélateurs 7, 8 ou 9 indique respectivement une particularité en recul, fixe ou en approche. La durée de ce signal de sortie élevé indique la distance de la particularité. Les signaux des corrélateurs 7, 8 et 9 traversent des 25 circuits 11, 12 et 13 de détection de seuil qui sont conçus pour ne laisser passer les signaux de sortie des corrélateurs que lorsqu'ils sont jugés suffisamment élevés pour être indicatifs d'une cible ou de réverbérations susceptibles de dissimuler une cible. Les détecteurs de seuil 11, 12 et 13 produisent alors des 30 signaux de sortie 11A, 12A et 13A, comme cela est indiqué sur la figure 1. L'existence d'un signal de sortie sur la ligne 11A, 12A ou 13A amène un sélecteur 14 à fournir respectivement des formes d'onde A, B, C; C, D, E; ou E. F. G sur des lignes 15, 16 et 17. 35 Les signaux présents sur les lignes 15, 16 et 17 sont envoyés à deux canaux-de référence de trois corrélateurs 18A, 18B et 18C d'un deuxième processeur 18, dont les canaux de sortie reçoivent des données de la part de la mémoire 19. La donnée envoyée de la mémoire 19 au deuxième processeur 18 est choisie par le signal présent sur la ligne 11A, 12A ou 13A et est consti5 tuée des échantillons prélevés pendant la période P + T présentée sur la figure 3 qui contient la durée T de l'impulsion transmise, c'est-à-dire t2 - tl, et une période précédente P. Chaque corrélateur du deuxième processeur est plus grand que les corrélateurs du premier processeur et est susceptible de maintenir des échan10 tillons prélevés pendant une période telle que celle présentée en T. Pendant la période P + T, tous les groupes d'échantillons sucessifs occupant une période T sont corrélés avec le contenu du canal de référence. Un signal de sortie élevé présent sur une ligne 18A'. 15 18B' ou 18C' indique une cible possédant une vitesse définie par le signal de référence A, B, C, D, E, F ou G concurremment envoyé au corrélateur associé 18A, 18B ou 18C; avec une distance indiquée par la durée de ce signal de sortie. On verra donc que le premier processeur 10 produit un 20 examen grossier à l'intérieur des dimensions de la distance et de la vitesse et isole une "cellule" ayant ces dimensions et dans laquelle une cible est susceptible d'exister. Dans l'exemple particulier illustré, le premier processeur n'est en mesure de déterminer la vitesse que pour indiquer si la cible approche, recule ou est fixe. Le deuxième processeur détermine la vitesse avec un plus grand degré de précision et, puisque les corrélateurs sont plus grands, c'est-à-dire fonctionnent sur un produit du temps et de la largeur de bande plus grand, peut également déterminer la durée de l'impulsion reçue avec un degré de précision plus élevé: ceci donne 30 une résolution de distance améliorée. Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, il serait possible d'utiliser trois processeurs ou plus pour traiter les signaux avec des capacités de résolution respectivement différentes. Dans certains cas, il est possible que le premier processeur menant l'examen grossier puisse simultanément identifier deux "cellules" ou plus ayant des valeurs de distance identiques mais des valeurs de vitesse différentes. Dans le système présenté sur la figure 1, ceci entraînerait des signaux de sortie simultanés de la part du premier processeur sur au moins deux des lignes 11A, 12A et 13A. Un autre mode de réalisation possible de l'invention, adapté à la manipulation de telles situations, comporte des moyens de multiplexage dans le temps permettant d'envoyer ces signaux de sortie simultanés du premier processeur au sélecteur 14. De façon également possible, plusieurs deuxièmes processeurs pourraient 10 être prévus, auquel cas le sélecteur 14 devrait être conçu de manière que, à la réception de signaux simultanés en deux ou plus de deux de ses entrées. il fournirait des signaux de référence appropriés ABC, CDE ou EFG à des deuxièmes processeurs respectifs. Dans un autre mode de réalisation de l'invention; il 15 serait possible d'utiliser un unique processeur et un agencement de multiplexage dans le temps approprié afin de réserver celui-ci en des instants différents aux fonctions du premier et du deuxième processeur décrites en relation avec la figure 1. De plus, ou selon une autre possibilité, les fonctions des corrélateurs individuels 20 du processeur ou de chaque processeur pourraient être effectuées par un corrélateur unique et un agencement de multiplexage dans le temps convenable. Bien entendu, I'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du système de surveillance dont la description vient d'être 25 donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. Selon un mode de réalisation, les lignes 11A, 12A et 13A sont respectivement connectées à trois entrées d'une porte OU 6B dont la sortie est connectée à un sélecteur de signaux 6C dont la sortie est connectée à la mémoire 6A. REVENDICATIONS 1. Système de surveillance pour détecter une particularité intéressante qui peut être décrite par au moins une quantité variable, le système étant caractérisé en ce qu'il comprend: un émetteur (1 à 4) pour transmettre dans un espace ou milieu entourant l'émetteur des signaux ayant des premières et des deuxièmes composantes ou parties différentes; et un récepteur (5) pour recevoir les signaux après réflexion de la part de particularités dans l'espace ou le milieu; le récpeteur comportant des moyens (6, 10) pour utiliser les premières composantes ou 10 parties afin de mener un examen grossier de valeurs possibles de la quantité variable et de déterminer une ou des régions desdites valeurs possibles contenant des composantes de signaux réfléchis relativement fortes et, donc, dans lesquelles la particularité intéressante ou d'autres particularité non intéressantes existent, et (18) pour utiliser les deuxièmes composantes ou parties afin de mener un examen fin dans ladite ou lesdites régions de façon à déterminer si l'objet intéressant est présent là et, ou bien, la valeur de ladite quantité variable associée à celui-ci. 2. Système risé en ce que la 3. Système risé en ce que la 4. Système risé en ce que la 25 5. Système risé en ce que la 6. Système risé en ce que les parmi la distance, 30 7. Système de surveillance selon quantité variable est de surveillance selon quantité variable est de surveillance selon quantité variable est de surveillance selon quantité variable est la revendication la distance. la revendication la vitesse. la revendication la direction. la revendication l'accélération. 1, caracté1, caracté1, caracté1, caracté- de surveillance selon la revendication l1 caractéquantités variables sont au nombre de deux, prises la vitesse, la direction et l'accélération. de surveillance selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que la première partie composante a une durée plus courte et une largeur de bande de fréquence plus petite que la deuxième partie composante et en ce qu'au moins les deuxièmes moyens de réception comprennent un compresseur d'impulsions. 35 8. Système de surveillance selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la deuxième partie composante contient la première partie composante. 9. Système de surveillance selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les signaux sont des ondes mécaniques. 10. Système de surveillance selon la revendication 9, caractérisé en ce que les signaux sont des signaux sonores ou ultrasonores. 11. Système de surveillance selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les premières ou deuxièmes 10 composantes ou parties sont définies par une impulsion composite de fréquence continûment variable dont une partie constitue ladite première composante ou partie, tandis qu'une partie plus importante de celle-ci,ou sa totalité, constitue la deuxième composante ou partie. 12. Système de surveillance pour détecter une particularité intéressante qui peut être décrite par au moins une quantité variable, le système étant caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens (1 à 4) définissant ou décrivant des signaux transmis dans un espace ou milieu entourant le système, ces signaux ayant des 20 premières et des deuxièmes composantes ou parties différentes; et un récepteur (5) pour recevoir les signaux de la part de l'espace ou du milieu; le récepteur comportant des moyens (6, 10) pour utiliser les premières composantes ou parties afin de mener un examen grossier de valeurs possibles de la quantité variable et de déterminer 25 une ou des régions desdites valeurs possibles contenant des composantes de signaux réfléchis relativement fortes et, donc, dans lesquelles la particularité intéressante ou d'autres particularités non intéressantes existent, et (18) pour utiliser les deuxièmes composantes ou parties afin de mener un examen fin dans ladite ou lesdites 30 régions de manière à déterminer si la particularité intéressante est présente là et, ou bien, la valeur de ladite quantité variable associée à celui-ci. 13. Système de surveillance selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les moyens récepteurs com35 portent des moyens (7 à 9) pour corréler les signaux reçus avec des premières formes d'onde de référence de façon à mener l'examen grossier, des moyens (6A) pour mémoriser les signaux reçus pendant qu'ils sont en train d'être corrélés avec les premières formes d'onde de référence, et des moyens (18) pour corréler des signaux mémorisés appartenant à la région ou aux régions identifiées par l'examen grossier avec des formes d'onde de référence supplémentaires de façon à mener l'examen fin.