Brevet FR2634901A1 — publié le 19900202

t2 invention a pour objet un dispositif de discrimination angulaire de cibles par radar aéroporté. Dans de nombreux appareils radars, la discrimination angulaire entre deux points est fournie par la sélection spatiale donnée par le faisceau rad-io-électrique balayant. Le pouvoir discriminateur correspond alors à la largeur du faisceau. L'invention propose, pour la discrimination angulaire entre des points du sol observés par un radar cohérent à impulsions porté par un engin volant, de faire appel aux fréquences Doppler attachées aux couples constitués d'une part,par l'antene radar et d'autre part, les points du sol éclairés par le faisceau radar. Elle fait application de la relation qui existe entre la fréquence Doppler correspondant à un point et l'angle que forme la droite reliant l'antenne audit point avec le vecteur représentatif de la vitesse de l'engin portant le radar et qui est F d = 2V cos a (1) dans laquelle Fd est la fréquence Doppler; V est la vitesse de l'engin volant; a est l'angle entre le vecteur vitesse de l'engin volant et et la droite reliant l'engin audit point Best la longueur d'onde. Ia sélection des fréquences Doppler peut s'opérer avec une précision extrême, de sorte que la mise en oeuvre du procédé conduit à une discrimination angulaire d'une grande finesse. La sélection des fréquences Doppler est obtenue à l'aide d'un filtre ou d'une batterie-de filtres. Ia finesse d'analyse des échos réçus étant d'autant plus grande que la bande de passage du filtre ou des filtres est plus étroite et le temps d'analyse requis par un filtre étant d'autant plus grand que sa bande passante est plus étroite, l'invention prévoit des moyens pour poursuivre l'analyse pendant une durée aussi grande que requise. Elle propose, à cet égard, de maintenir à une valeur constante pendant tout le temps d'analyse les facteurs intervenant dans la détermination de la fréquence Doppler et qui varient au cours du temps d'analyse, lesdits facteurs étant les facteurs de géométrie entre l'engin etle point. Dans ce but, elle prévoit de faire varier la fréquence d'émission radar en fonction de la vitesse due l'engin et de l'angle entre le vecteur vitesse et la direction du point visé. L'invention prévoit aussi de maintenir à une valeur constante l'information de distance pendant tout le temps d'analyse, et cela malgré le déplacement de l'engin. Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci prévoit de conserver au pouvoir discriminateur de l'appareil une valeur constante malgré la variation de la vitesse V de l'engin et de l'angle entre l'antenne et le vecteur représentatif de ladite vitesse. L'invention prévoit de faire varier la largeur de bande passante du filtre en fonction d'un facteur influençant la largeur du spectre, à savoir la vitesse de l'engin. L'invention prévoit également l'utilisation d'un filtre de sélection de fréquence dont la largeur de bande passante varie avec la direction de l'antenne. L'analyse en fréquence est de préférence réalisée à l'aide d'une batterie de filtres, autorisant ainsi une augmentation de la vitesse de balayage de l'antenne par rapport à un appareil comportant un filtre unique pour la sélection. Cette batterie de filtres est de préférence élaborée à la manière connue par un algorithme FFT (Fast Fourier Transform) ou un de ses dérivés, sur N points, si N est le nombre d'impulsions recueillies pendant un temps d'analyse. Au début de chaque temps d'analyse, on pré-positionne un oscillateur de référence à partir de la tension d'erreur fournie par un discriminateur placé en sortie de la batterie de filtres. Ce pré-positionnement est réalisé sur la fréquence Doppler vraie du sol. Dans la description qui suit, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement,en blocs-diagramme, un appareil selon l'invention, pour une forme de réalisation; - la figure 2 est représentative d'un spectre de fréquences; - la figure 3 est un diagramme relatif au pouvoir discriminateur. La moyenne fréquence d'un récepteur radar cohérent à impulsions et antenne à faisceau balayant est appliquée par un circuit 11 à l'entrée 12 d'un démodulateur 13. Celui-ci a une seconde entrée 14 reliée à la sortie 15 d'un oscillateur de démodulation 16. Sur une deuxième voie 17 de la sortie de l'oscillateur 16 est un diviseur de fréquence 18 dont la sortie 19 commande le déclen chement des impulsions d'émission radar à la fréquence de récur rence L'énergie hyperfréquence radar est pilotée par un second oscillateur 21. Celui-ci fait partie d'une boucle 22 comprenant le faisceau radar et l'écho réfléchi ainsi que le démodulateur 13, le circuit de sortie 23 de ce dernier. un dispositif de sélection de distance 24, un dispositif d'analyse en fréquence 26, un discriminateur de fréquence 27, un sommateur 28 jusqu'à l'oscillateur 21.A la suite du dispositif de sélection de distance 24 est prévu un codeur analogique/numérique. Le dispositif d'analyse en fréquence 26 comprend avantageuse ment des moyens pour engendrer une batterie de filtres suivant un algorithme dit FFT (abréviation de Fast Fourier Transform). Un démodulateur 31 reçoit sur son entrée 32 les oscillations fournies par l'oscillateur pilote 21 et sur son autre entrée 33 les oscillations fournies par l'oscillateur 16. la sortie 34 du démodulateur 31 est reliée à l'entrée 35 d'un dispositif 36 de détermination angulaire. Une seconde entrée 37 dudit dispositif est reliée à la sortie 38 du dispositif d'analyse en fréquence 26. Une autre sortie 39 du dispositif d'analyse en fréquence 26 est reliée à une entrée 41 d'un comparateur 42 dont la seconde entrée 43 reçoit un signal ajustable en fonction d'un seuil de détection souhaité. La sortie 44 du comparateur 42 est appliquée à une entrée 45 d'un dispositif d'exploitation 46 dont une autre entrée 47 est reliée à la sortie 48 du dispositif de détermination angulaire 36. Les oscillations fournies par l'oscillateur de démodulation 16 sont appliquées par un circuit 51 à l'entrée d'un troisième démodulateur 52, qui reçoit sur son autre entrée 53 les oscilla tions fournies par un troisième oscillateur ou oscillateur de t'lémétrie 54. La sortie 55 de ce dernier se divise, outre la branche 56 aboutissant au démodulateur 52, en une seconde branche 57 aboutissant à un diviseur de fréquence 58. Une première sortie 59 de ce dernier remet par un circuit 61 le diviseur 58 à zéro, comme indiqué par la mention RAZ. Une seconde sortie 62 du diviseur de fréquence 58 est reliée au dispositif de sélection de distance 24. De même, le diviseur de fréquence 18 a sa sortie 19 bifurquée suivant une première branche 63 et une seconde branche 71 pour la remise à zéro du diviseur 18. Les diviseurs 18 et 58 introduisent le même taux de division. Si on trace un diagramme du spectre de fréquences, comme sur la. figure 2, avec, en abscisses les diverses fréquences et en ordonnées les amplitudes, on obtient pour la zone du sol éclairé à un instant considéré et à une distance déterminée par le radar porté par l'engin, une courbe comme montré en C. A chacun des filtres élaborés par le dispositif d'analyse de fréquence 26 correspond une tranche de fréquence dont les origines sont représentatives des fréquences comme marqué par fp,fp+B B p étant la largeur de la bande passante du filtre considéré, ici de rang p. On a schématisé à la partie supérieure de la figure les courbes réelles caractéristiques de quelques filtres. A chacune des bandes définies par les filtres du dispositif d'analyse 26 correspond une zone du sol, comme représenté par exemple sur la figure 3, limitée d'une part par des arcs de cercle cl, C2 représentatifs de la distance, et d'autre part des courbes, proches de droite, dl et d2 correspondant à deux valeurs angulaires a et a+Au et cela en vertu de la formule Dans ces formules V est représentatif de la vitesse de l'engin; est la longueur d'onde de l'énergie émise; a est l'angle entre le vecteur vitesse de l'engin et la di rection du point du sol considéré; B est la largeur de la bande passante du filtre; p est le rang du filtre; fp est la limite inférieure de la bande de passage du filtre. Un signal caractéristique du rang du filtre p étant appliqué par l'entrée 37 au dispositif de détermination angulaire 36, et la valeur de la fréquence Doppler étant appliquée audit dispositif de mesure à son entrée 35, le dispositif 36 élabore l'angle a+2A qui est présent sur la sortie 48. Le dispositif 36 comporte deux autres entrées sur lesquelles sont appliqués des signaux représentatifs, d'une part de la vitesse V, et d'autre part de la fréquence de récurrence Le signal présent à la sortie 44 valide l'informatinn fournie par le dispositif d'exploitation 46 suivant que l'énergie présente dans le filtre est supérieure ou non à la valeur de seuil appliquée sur l'entrée 43 du dispositif 42. La finesse d'analyse dépendant de la largeur de la bande passante des filtres, donc du temps d'analyse, l'invention prévoit des moyens laissant l'appareil opératoire pendant tout le temps d'analyse. Dans ce but, elle prévoit de stabiliser, c'est-a-dire maintenir à une valeur constante, pendant tout le temps d'analyse les valeurs des facteurs dont dépendent les mesures requises pour la discrimination angulaire. La fréquence de l'oscillateur 21 est, dans ce but de stabilisation, commandée à soh entrée 73 par un dispositif de commande 74 qui reçoit sur ses entrées 75, 76 et 77 des signaux représentatifs, respectivement de la distance d du point, de la vitesse V de l'en- gin et de l'angle a0 entre le vecteur vitesse de l'engin et la direction du point au début d'un temps de mesure. Si d est la distance du point et a la valeur de l'angle entre le vecteur vitesse et la direction du point au temps t, do et &alpha;o étant ces valeurs à l'instant initial de prise en compte des Xchan- tillons, on a d cos = d cos a0 - V.t (3) do ~ d = V. cos &alpha;o. t (4) d'od il résulte F Fdso F 2V2 sin 2 ds ds0 - sin a 0t (5) Dans cette formule Fds est la fréquence Doppler des échos de sol à l'instant t; Fdso est la fréquence Doppler à l'instant initial. La itabilisation de la fréquence Doppler des échos de sol est réaliste en appliquant par le circuit 78 le signal élaboré par le dispositif 74 à la seconde entrée 79 du sommateur 28 dont la première entrée 81 est reliée à la sortie du discriminateur 27. La correction ç EliF appliquée à l'oscillateur 21 est ainsi de la forme: 2V@ sin #SF #d sin &alpha;t la stabilisation en distance est effectuée en décalant en fréquence l'oscillateur à partir duquel sont tirées les fréquences servant à a télémétrie, dans l'exemple l'oscillateur 54. Cet oscillatear est ici distinct de celui servant à l'élabo~ rationdes fréquences de récurrence, à savoir ici l'oscillateur 16. Si on désigne par TR l'intervalle de temps séparant deux impulsions, on-peut écrire Dans cette formule N est le nombre d'impulsions recueilli dans un temps de mesure; c est la vitesse de la lumière; FR est la fréquence de récurrence. Cette expression peut s'écrire - , 2V F c 2V cos a0 R On introduit à l'oscillateur de base, ici l'oscillateur 54, un signal, par un dispositif 81, qui introduit un décalage F0 ou E tel que 5d - 2V cosa F Es = C COS a O Fi'étant la fréquence d'oscillation de l'oscillateur 16, le contrôle de l'oscillateur 54 étant ainsi obtenu par asservissement dans une boucle fermée qui comprend, en dehors du dispositif 81 et de l'oscillateur 54, un circuit 82, le démodulateur 52 et le circuit 56. La largeur du spectre des échos de sol est fonction de la position de l'aérien par rapport au vecteur vitesse de l'engin. Pour rendre constant le pouvoir discriminateur angulaire de l'ap. pare il, on prévoit des moyens pour faire varier la largeur de labande passante du filtre en fonction de la position de l'antenne. Selon une forme de réalisation, on asservit la fréquence de récurrence à la position de l'pantenne de façon que la largeur spectrale des échos de sol soit toujours inférieure ou égale à la moitié de la fréquence de récurrence. La variation du facteur de division est telle que la fréquence de récurrence respecte la formule ci-après fR > X sinG dans laquelle V est la vitesse de l'engin; X est la longueur d'onde de llOnergie émise; G est l'angle entre l'axe du faisceau d'énergie électrique et le vecteur vitesse de l'engin; AG est l'angle d'ouverture dudit faisceau. C'est cette forme de réalisation qui est représentée sur le dessin. La channe de division que comporte le diviseur de fréquence 18 est commutée par un signal appliqué à une entrée 83 du diviseur 18 et provenant d'un dispositif de commande 84 sur les entrées 85 et 86 duquel sont appliqués des signaux représentatifs d'une part de V. et d'autre part de a0. Une seconde sortie 87 du dispositif 84 est reliée au diviseur de fréquence 58 interposé sur la chaine de télémétrie aboutissant au sélecteur de distance 24. La fréquence de récurrence étant variable, le temps T F de prise en compte des N échantillons servant à l'analyse est variable. En conséquence, la vitesse de balayage de l'aérien est rendue variable de façon que le temps d'éclairement de l'écho soit toujours supérieur au temps d'analyse TF. REVEND ICA TIONS 1. Procédé pour la discrimination angulaire, par un radar cohérent à impulsions porté par un engin volant, de points terrestres rapprochés, caractérisé en ce qu'on détermine les fréquences Doppler des points à l'aide d'un moyen de filtrage à bande de passage étroite. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pendant la durée d'analyse, la fréquence Doppler est maintenue à sa valeur initiale. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, pour maintenir constante la fréquence Doppler pendant le temps d'analyse, on modifie la fréquence de l'oscillation radar'émise. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la variation de fréquence de l'oscillateur tient compte de la vitesse de l'engin, de la distance de la cible et de l'angle entre le vecteur vitesse et la direction de la.cible. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fréquence radar émise estodifiée en conformité de la formule : sF sin 2 a0t dans laquelle ESF est la modification de fréquence émise; V est la vitesse de l'engin; X est la longueur d'onde de l'énergie émise; d la distance entre l'engin et le point; a0 l'angle entre le vecteur vitesse de l'engin et la direc tion du point à l'instant initial de-la mesure; t est le temps écoulé depuis le temps initial. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que cette modification se superpose à celle qui résulte de l'asservissement en boucle fermée. 7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que pour maintenir constante la fréquence Doppler pendant le temps d'analyse, on modifie la fréquence de l'oscillateur de démodulation du récepteur radar. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, en vue de maintenir constant le pouvoir discriminateur angulaire du radar, on fait varier la largeur de bande passante du filtre en fonction de la direction de l'antenne. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, en vue de maintenir constant le pouvoir discriminateur angulaire du radar, on fait varier la largeur de la bande passante du filtre, en fonction de la vitesse de l'engin. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on asservit la fréquence de récurrence des impulsions à la position de l'antenne. 11. Procédé selon la revendication 10 ,caractérisé en ce que la variation de la fréquence de récurrence est obtenue en modifiant le rapport de la division à laquelle est soumise la fréquence de oscillateur de démodulation. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la variation du facteur de division est telle que la fréquence de récurrence respecte la formule ci-après fR W A sin GbG dans laquelle V est la vitesse de l'engin: X est la longueur d'onde de l'énergie émise; G est l'angle entre le vecteur vitesse de l'engin et l'axe du faisceau d'énergie radio-électrique et la direction du point; AG est l'ouverture dudit faisceau. 13. Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce qu'on fait varier la vitesse de balayage de l'aérien en fonction de la fréquence de récurrence. 14. procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pendant un temps de mesure on maintient à une valeur constante l'information relative b la distance de la cible. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que, pour maintenir constante l'information relative à la distance de cible, on fait varier la fréquence de l'oscillateur de commande de la télémétrie. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la fréquence de l'oscillateur de commande de la télémétrie est modifiée d'une quantité définie par la formule ci-après cos cos a Fg dans laquelle d #sd V est la vitesse de l'engin; c est la vélocité de la lumière; a est l'angle entre le vecteur vitesse de l'engin et la direction du point å l'instant initial de mesure; F0 est la fréquence de l'oscillateur de démodulation.