Brevet FR2629599A1 — publié le 19891006

L'invention a pour objet un dispositif pour la détection de cibles terrestres mobiles par un radar aéroporté. Pour la détection de cibles terrestres mobiles à l'aide d'un radar aéroporté, on fait appel d'une manière courante à l'effet Doppler, la fréquence Doppler d'un objet mobile sur le sol étant différente de celle du sol alentour de l'objet. Si un radar Doppler permet ainsi la détection d'objets se déplaçant rapidement sur le sol, il n'en est pas de même-pour des objets à déplacement relativement lent, d'autant plus que l'engin aérien porteur du radar se déplace à grande vitesse. L'invention pallie cette lacune. Elle est basée sur cette constatation qu'il existe une relation mathématique, d'ailleurs très simple, entre la fréquence Doppler d'une cible éclairée par un radar porté par un engin mobile, comme un engin volant, et l'angle que fait la vitesse de l'engin avec la direction de la cible. L'invention est caractérisée par ce fait que, faisant application de cette relation ou formule, on détermine la valeur de l'angle entre le vecteur vitesse de l'engin et la direction de la cible a partir de la fréquence Doppler attachée à ladite cible et ladite valeur est comparée à celle qui est obtenue de manière classique par écartométrie à l'aide d'un radar monopulse, le résultat de la comparaison révélant, au-dessus d'un certain seuil, la mobilité de la cible, laquelle n'affecte en effet que la première mesure. Un radar selon l'invention est donc un radar monopulse fournissant à la manière classique un renseignement d'écartométrie et constitué de manière à fournir la fréquence Doppler de la cible. L'invention peut être mise en oeuvre avec un radar de type classique dont les informations à la réception sont traitées de façon à effectuer une mesure angulaire par l'une et l'autre voies définies ci-dessus, des moyens étant prévus pour obtenir une précision dans les mesures permettant la détection de cibles se déplaçant à faible vitesse sur le sol. Dans ce but, le temps d'analyse des échos est choisi relativement long et on applique des moyens pour que l'analyse puisse se poursuivre pendant le temps requis malgré le déplacement rapide de l'engin porteur du radar. Une installation radar selon l'invention fonctionnant en faisant appel à l'effet Doppler peut aussi être utiliséeà la manière classique pour la détection de cibles à déplacement plus rapide. Si un engin volant porteur d'un radar se déplace à une vitesse représentée par un vecteur V, la direction d'une cible vue par l'engin faisant avec ledit vecteur à un instant considéré un angle a, et si Fd est la fréquence Doppler attachée à l'instant considéré au couple constitué par l'engin et une cible fixe, la valeur de Fd est donnée par la formule bien connue (1) Fd = 2V cos a h CO (Y qui s'écrit également Fdx (2) a = Arc cos 2V X étant la longueur d'onde du signal radar émis. Selon l'invention, une première mesure angulaire de la direction de la cible est réalisée par la mesure de la fréquence Doppler Fd relative à ladite cible et une seconde mesure est réalisée de façon habituelle par écartométrie monopulse. La seconde mesure n'est pas affectée par le mouvement de l'engin ni par le déplacement de la cible car elle fait appel seulement au traitement de quantités d'énergie transportées par l'écho. La première est affectée par la vitesse de l'engin et la vitesse de déplacement de la cible, mais la vitesse de l'engin étant connue, il est possible, par détermination de la fréquence Doppler, d'obtenir une mesure angulaire affectée seulement par la vitesse de déplacement de la cible. En comparant celle-ci à la mesure obtenue par l'écartométrie monopulse, il est possible de distinguer les échos provenant des cibles mobiles du sol de ceux provenant des cibles fixes du sol. L'installation radar selon l'invention comprend un émetteurrécepteur cohérent monopulse du type de ceux utilisés couramment en écartométrie et constitués de manière à exploiter l'effet Doppler. Le dispositif selon l'invention, pour la discrimination des échos de cibles mobiles par rapport à des échos de cibles fixes, comprend avantageusement des circuits de stabilisation en distance et des circuits de stabilisation en fréquence Doppler. On tient compte ainsi des variations de la distance entre l'engin et la cible dues aux mouvements de l'engin porteur et également des variations de la vitesse relative de l'engin et de la cible pendant la durée d'analyse du signal provenant de l'écho. On peut alors choisir un temps d'analyse relativement long au bénéfice de la finesse d'analyse. La stabilisation de la distance est obtenue en faisant varier la fréquence de l'oscillateur de référence commandant la télémétrie. La stabilisation de la fréquence Doppler est obtenue en faisant varier la fréquence de 1 'oscillateur servant à la démodulation du signal provenant de l'écho reçu. Cette derniere stabilisation peut aussi être obtenue en décalant en fréquence l'oscillateur servant au pilotage de l'émetteur. Dans. la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé qui, dans sa figure unique, représente en blocs-diagramme un appareil selon l'invention, pour une forme de réalisation. Du récepteur radar monopulse 11 dépendent deux circuits 12 et 13-affectés à des signaux provenant des échos reçus et représentés respectivement par les formules ci-après (3) z + j et (4) Z - j a dans lesquelles est la somme des énergies correspondant aux lobes de réception de l'antenne du radar monopulse; est la différence desdites énergies; j est le symbole habituel des valeurs imaginaires. Le signal Z est représentatif de la présence de la cible et le signal a est représentatif de l'écartométrie monopulse. Chacune des voies 12 et 13 se divise en deux branches, respectivement 14,15 et 16,17, sur chacune desquelles est présent un démodulateur, respectivement 18,19 et 21,22 sur les autres entrées desquelles sont appliquées, par un circuit 59 se divisant en deux branches 61,62, des oscillations provenant d'un premier oscillateur de référence 39. Les sorties 23,24 eut 25,26 des démodulateurs sont appliquées à un dispositif de sélection de distance 27, qui échan tillonne les deux composants de chacun desdits signaux. Dans une variante, l'échantillonnage a lieu directement sur les signaux Z et Q. Le dispositif de sélection de distance 27 est suivi d'un codeur analogique/digital 28 permettant de réaliser, en technologie numérique, les dispositifs reliés au sélecteur de distance. La sortie 29 du codeur 28 est appliquée à un dispositif d'analyse fréquentielle 31 capable d'engendrer une batterie de filtres en faisant appel à un algorithme connu sous le nom de FFT (Fast Fourier Transformer) ou à une de ses variantes. La bande passante de chaque filtre est choisie en fonction de la précision ou finesse de la mesure qu'on cherche à obtenir. Elle est d'autant plus étroite qu'on souhaite mettre en évidence des cibles se déplaçant plus lentement, c'est-à-dire de considérer comme telles celles qui correspondent à des valeurs plus faibles de la différence entre les mesures angulaires obtenues d'une part, par écartométrie monopulse et d'autre part, par la fréquence Doppler en application de la formule (2) ci-dessus. L'analyse fréquentielle par le dispositif de sélection 31 est effectuée sur l'information 5+ j et sur l'information Z fournies par le circuit 29, et cela pour chacune des distances. Une sortie 32 du dispositif de sélection de fréquence 31 est reliée à une entrée 33 d'un dispositif 34 de mesure angulaire par effet Doppler mettant en oeuvre la formule (2) ci-dessus dont une seconde entrée 35 reçoit un signal caractéristique de la vitesse V de l'engin. Une troisième entrée 36 du dispositif 34 reçoit, en provenance d'un mélangeur 37, la fréquence résultant du battement des fréquences fournies par le premier oscillateur de référence 39 et un second oscillateur de référence 38 qui sont appliquées au mélangeur 37 sur ses entrées respectivement 41 et 42. Sur une autre entrée 40 du dispositif de mesure angulaire par effet Doppler 34, on introduit la dérive, c'est-à-dire l'angle fait par le vecteur vitesse V avec la direction du mouvement de l'engin. La position angulaire de la cible par rapport au vecteur vitesse de l'engin présente à la sortie 43 du dispositif de mesure 34, est ainsi élaborée à partir de la fréquence de battement présente à l'entrée 36 et du rang du filtre opératoire de la batterie de filtres du dispositif de sélection de fréquence 31. Cette première information relative à la position angulaire de la cible est introduite dans un dispositif d'extraction d'échos mobiles 44 par une première entrée 45 de celui-ci. Une seconde valeur de la position angulaire de l'écho est introduite dans le dispositif d'extraction 44 par une seconde entrée 46 reliée à la sortie 47 d'un sommateur 48 recevant sur une entrée 49 un signal caractéristique de l'angle formé par l'aérien avec le vecteur représentatif de la vitesse de l'engin. Une seconde entrée 5t du sommateur 48 est reliée à un ensemble 52 de calcul par écartométrie monopulse de l'écart angulaire entre le vecteur vitesse de l'engin et la direction de la cible qui est tiré de Ft lesdites valeurs de z et de A étant, par l'intermédiaire d'un circuit 53, tirées du dispositif de sélection de fréquence, et cela pour chacun des filtres engendrés.On a ainsi l'assurance qu'aussi bien la mesure de la fréquence Doppler, par le rang du filtre de la batterie de filtres, que celle résultant de l'écartométrie classique, concernent la meme portion du sol. Celle-ci est définie par l'échantillonnage de distance fourni par le dispositif 27 et la bande passante du filtre opératoire du dispositif 31. L'écartométrie n'étant pas calculée instantanément (d l'échelle de la récurrence), comme dans une écartométrie classique, mais à la sortie des filtres que comprend le dispositif de sélection de fréquence 31, on prévoit des moyens pour corriger l'effet de moyennage qu'introduisent lesdits filtres. Sur un circuit de présence 54 est appliqué, à l'entrée 56, un signal de présence provenant du dispositif de sélection de fréquence 31, lequel est comparé à un signal de seuil, de valeur ajustable, appliqué au circuit 54 par l'entrée 57. L'information présente à la sortie 53 du circuit de présence est appliquée à l'entrée 52 du dispositif d'extraction des échos 44 et est destinée à valider ou non l'information susceptible d'être frounie par ledit extracteur. Le dispositif d'extraction 44 compare les informations qui lui sont appliquées d'une part par son entrée 45 et qui correspondent à la mesure de la fréquence Doppler, d'a-itre part par son entrée 46, qui résultent de l'écartométrie. Le résultat de la comparaison n'est retenu que s'il dépasse une valeur prédéterminée. Sous cette condition et sous la validation introduite à l'entrée 52, on obtient à la sortie 58 du dispositif d'extraction 44 l'information relative à l'existence d'une cible mobile. Sur une entrée 59 de l'extracteur d'échos mobiles 44, on introduit les données qui permettent de rendre comparables la mesure de l'angle entre le vecteur vitesse et la direction de la cible, d'une part, et la mesure de l'angle fournie par écartométrie. Un signal pour la stabilisation de la fréquence Doppler est, dans cette réalisation, appliqué par un circuit 63 à l'oscillateur de référence 38 qui pilote l'émetteur radar par un circuit 64. Un signal de stabilisation en distance est appliqué à l'entrée 65 d'un oscillateur 66 prévu pour la télémétrie et qui est relié au dispositif de sélection de distance 27 par l'intermédiaire d'un diviseur de fréquence 67-. De tels moyens pour la stabilisation de la fréquence Doppler et pour la stabilisation en distance sont décrits dans la Demande de brevet déposée par le même Demandeur ce même jour. Le dispositif de sélection de fréquence 31 fait partie de la boucle habituelle 71 comprenant le dispositif de poursuite de sol 72 et dont fait partie l'oscillateur 38. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour distinguer, par un radar d'écartométrie monopulse porté par un engin volant, parmi des cibles terrestres celles qui sont mobiles de celles qui sont fixes, caractérisé en ce qu'a partir du récepteur radar on détermine la fréquence Doppler relative au couple constitué par l'engin et la cible, en ce qu'on en tire la saleur de l'angle entre le vecteur vitesse de l'engin et la direction de la cible par application de la formule Fd = 2V cos a X dans laquelle Fd est la fréquence Doppler; V est la vitesse de l'engin volant; a est l'angle entre le vecteur vitesse et la direction de la cible x est la longueur d'onde; en ce qu'on compare la valeur ainsi obtenue à la valeur angulaire obtenue par écartométrie, et en ce qu'on considère comme cibles mobiles celles pour lesquelles le résultat de la comparaison dépasse une valeur prédéterminée. 2.- Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'annexésau récepteur d'un émetteurrécepteur radar monopulse, il comprend, en dehors du dispositif d'écartométrie monopulse, un dispositif pour la détermination de la valeur de l'angle entre la direction de l'engin et la direction de la cible à partir de ladite fréquence Doppler, et des moyens pour comparer les valeurs obtenues par le premier dispositif et par le second dispositif. 3.- Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'en vue d'une analyse fine, il comporte des moyens pour la stabilisation de distance pendant tout le temps d'analyse. 4.- Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'en vue d'une analyse fine, il prévoit des moyens pour la stabilisation de la fréquence Doppler pendant le temps d'analyse. 5.- Radar d'écartométrie monopulse comprenant un appareil selon l'une des revendications 2 à 4. 6.- Procédé pour déterminer l'écart angulaire entre la direction du mouvement d'un engin volant et la direction d'une cible à l'aide d'un radar porté par l'engin volant, caractérisé en ce qu'à l'aide du radar on détermine la fréquence Doppler du couple constitué par l'engin volant et la cible, et on en tire l'écart angulaire par application de la formule FdX (2) a = Arc cos 2V dans laquelle Fd est la fréquence Doppler; V est la vitesse de l'engin volant; a est l'angle entre le vecteur vitesse et la direction de la cible; X est la longueur d'onde.