Brevet FR2640388A2 — publié le 19900615

FR 2640388 A2 19900615 FR 8317316 A 19831028 PROCEDE DE TRAITEMENT INSTANTANE DU BRUIT DE SCINTILLATION ANGULAIRE ET RECEPTEUR RADAR MONOPULSE DE POURSUITE METTANT EN OEUVRE UN TEL PROCEDE La présente invention concerne un perfectionnement au procédé de traitement du bruit de scintillation angulaire et au récepteur radar monopulse décrits dans la demande de brevet principal déposée par la Demanderesse le 30 Décembre 1982 sous le n 82/22087. Selon cette demande de brevet, si l'on suppose qu'un radar monopulse poursuit une cible constituée d'une pluralité de points brillants, la phase du signal somme correspondant à un point brillant évolue rapidement et varie de 2 # lorsque la distance dudit point brillant par rapport à l'antenne varie de A /2 où Best la longueur. d'onde du signal émis La direction donnée par l'opérateur brut d'écartométrie avec S et & les signaux somme et différence élaborés par l'antenne, subit par conséquent des fluctuations qui peuvent conduire à viser un point situé très à l'extérieur de l'envergure de la cible. Le procédé de traitement décrit dans la demande de brevet principal est destiné à réduire ce phénomène dit de scintillation angulaire dans un radar monopulse. I1 consiste à calculer un opérateur d'écartométrie #, dit opérateur composé, égal à la combinaison linéaire de ( N' + 1) opérateurs d'écartométrie dérivés #k pondérés par des coefficients de qualité qk. k Dans cette demande de brevet, les opérateurs dérivés #k sont définis comme le rapport de la dérivée P d'ordre k (k allant de O à N'), par rapport au temps, de la puissance P = |S| du signal reçu à la dérivee Q(k) d'ordre k, par rapport au temps du produit scalaire Q = S# # des signaux somme S et différence #. Le procédé de traitement décrit dans la demande de brevet principal consiste donc dans la succession suivante d'opérations, à partir des signaux somme S et différence i > qui sont élaborés par l'antenne et dont la phase varie en fonction du temps - calcul des dérivées successives Q(k) d'ordre k depuis k = 0 jusqu'à k = N'(N'#2), du produit scalaire Q = S. # signaux somme S et différence n en fonction du temps, - calcul des dérivées successives p(k) d'ordre k en fonction du temps, depuis k = 0 jusqu'a k = N', de la puissance p = 192 du signal reçu égale au carré du module du signal somme S; - calcul des (N' + 1) opérateurs dérivés d'écartométrie pour k = 0 jusque k = N'; et - calcul de l'opérateur composé d'écartométrie tel que dans lequel les (N' + 1) coefficient de pondération ssk, pour k = 0 à k = N', sont des coefficients caractérisant la qualité, par rapport à l'écartométrie du barycentre de la cible, des opérateurs dérivés d'écartométrie #k qui leur correspondent. Les coefficients de qualité 2 k sont, dans cette demande de brevet principal, pris soit proportionnels au module A =|P(k)|de la dérivée d'ordre k de la puissance, soit égaux à un coefficient &alpha;k, rapport du module A et Ia d'une valeur filtrée Af de ce module, soit pour les faible valeurs de la puissance pris nuls Or les (N' + 1) coefficients ssk utilisés pour la pondération des opérateurs dérivés k (k = 0 à N') doivent non seulement définir la qualité des opérateurs d'écartométrie dérivés correspondantsEk par rapport à l'écartométrie du barycentre de la cible, mais ils doivent également n'introduire aucune dégradation de la densité spectrale de l'opérateur d'écartométrie composé #, et ceci quel que soit le rapport signal/bruit et quel que soit le degré de fluctuation de la cible Or dans le cas d'une cible ne présentant aucune fluctuation (ou très lentement fluctuante) mais noyée dans le bruit thermique, la densité spectrale de l'opérateur d'écartométrie composé, calculé à l'aide de coefficients de qualité ek choisis comme indiqué ci-dessus selon la demande de brevet principal, peut devenir très supérieure a celle de l'opérateur brut d'écartométrie po (ou opérateur dérivé d'ordre k = 0). Il est donc nécessaire de choisir des coefficients de qualité ssk qui permettent de compenser le plus possible, pour tous les cas, les variations relatives des dérivées successives |p(k)| de la puissance P. Des coefficients k de qualité, proportionnels a la valeur absolue A de la dérivée p (k) de la puissance, ne suffisent parfois pas à compenser des variations trop importantes de la puissance P par rapport aux dérivées p(k) d'ordre k supérieur ou égal à 1. La présente demande de certificat d'addition a pour but de définir des coefficients de qualité ssk, destinés à pondérer les opérateur dérivés d'écartométrie g k dans le calcul de l'opérateur composé d'écartométrie et tels qu'ils ne présentent pas les inconvénients ci-dessus mentionnés et compensent dans une large mesure les variations relatives trop importantes des opérateurs dérivés d'écartométrieFk, de façon à ne pas dégrader la densité spectrale de l'opérateur composé d'écartométrie par rapport à celle de l'opé- rateur brut d'écartométrie Selon l'invention, le procédé de traitement du bruit de scintillation dans un radar monopulse, selon la revendication I de la demande de brevet principal N 82/22087 est caractérisé en ce que les coefficients de qualité () d'ordre k allant de O à N' sont pris égaux respectivement à avec tk une constante homogène à un temps, et n un entier naturel supérieur ou égal à 2. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée faite ci-après avec référence aux figures ciannexées qui représentent - Fig. 1 un organigramme illustrant les étapes du procédé décrit dans la demande de brevet principal; - Figs 2a à 2c, les courbes illustrant les variations au cours du temps de la puissance du signal reçu, de l'opérateur brut d'écartométrie et du coefficient de "qualité" associé, respectivement - Fig & 3a à 3c, les courbes de variations temporelles du module de la dérivée d'ordre 1 de la puissance, de l'opérateur dérivé d'écartométrie et du coefficient de qualité associés;; - Figs 4a à 4c, les courbes de variations temporelles du module de la dérivée d'ordre 2 de la puissance, de l'opérateur dérivé d'écartométrie et du coefficient de qualité associés ; - Fig. 5, les courbes de variations temporelles des opérateurs brut et composé d'écartométrie; - Fig. 6a, un mode de réalisation du récepteur radar mettant en oeuvre le procédé selon la figure 1 ; et - Fig. Gb, un détail de réalisation du récepteur radar de la figure Ga, pour le calcul des coefficients de qualité selon l'invention. Le procédé de traitement selon l'invention étant un traitement numérique, on suppose que le radar mettant en oeuvre le traitement est équipé de circuits d'échantillonnage des signaux "somme" et "différence" délivrés par l'antenne et de circuits de traitement numérique. Dans le cas d'une cible constituée de N points brillants Mi (i = 1 à N) on peut écrire les signaux somme S et différence # sous la forme suivante en désignant par ai et #i l'amplitude et la phase du signal somme correspondant au point brillant M. et parti,rapporté l'axe d'antenne, l'angle de dépointage du point Mi normalisé par rapport à un angle pour lequel S l: expressions dans lesquelles la phase #i varie en fonction du temps On appelle P la puissance du signal reçu:P = |S| et Q, le produit scalaire des signaux somme S et différence Z Q = S## Si on appelle opérateur dérivé tel le rapport on a démontré dans la demande de brevet principal que l'opérateur dérivé #k fournit une grandeur homogène à une écartométrie dont la "qualité", c'est-à-dire l'écart par rapport au barycentre de la cible, est d'autant meilleure que la valeur absolue du dénominateur p(k) est plus grande, c'est-à-dire que la dérivée d'ordre k de la puissance reçue est plus grande. On appelle opérateur composé d'écartométrie, l'opérateur pris égal à moyenne pondérée de (N'+1) opérateurs dérivés #k, la pondération étant réalisée par des coefficients ( > k de "qualité" c'esta'-rlire dépendant de la qualité de l'opérateur d'écartométrie dérivé & k par rapport à l'écartométrie du barycentre de la cible. Cette qualité étant, comme on l'a mentionné, d'autant meilleure que la valeur absolue du dénominateur p(k) de l'opérateur dérivé #k est grande, on prend selon l'invention les coefficients de qualité ssk égaux respectivement à avectk une constante homogène à un temps et n un entier naturel supérieur ou égal à 2, k I'introduction du coefficient t k étant destinée à homogénéiser l'expression de l'opérateur composé d'écartométrie #. Si le traitement est numérique, on peut selon un exemple non limitatif prendre T k = Te (quelque soit k=0 à N'), Te étant la période d'échantillonnage. Si le traitement est analogique, les #k peuvent être pris égaux à la constante de temps. Les coefficients de qualité ssk ainsi définis permettent de compenser du mieux possible les variations relatives des opérateurs dérivés d'écartométrie #k. Les étapes de calcul cidessous constituent le procédé de traitement tel qu'illustre par l'organigramme de la figure 1 et décrit dans la demande de brevet principal: - A partir des signaux somme S et différence a délivrés par l'antenne réception, on calcule successivement :: - le produit scalaire Q = 5 Li des deux signaux S et ss et ses dérivées Q(k) successives d'ordre k de 1 à N' par rapport au temps ; - la puissance P = S' > 2 du signal reçu et ses dérivées p(k) successives d'ordre k de 1 à N' par rapport au temps - les (N' + 1) opérateurs dérivés d'écartométrie rapport de la dérivée Q (k) a la dérivée p(k) du produit scalaire Q et de la puissance P respectivement, ainsi que les coefficients de qualité k associés aux opérateurs dérivés t k et calculés à partir de la dérivée d'ordre k de la puissance P du signal reçu avec k compris entre 0 et N' ; et - l'opérateur composé d'écartométrie Les figures 2a à 2c, 3a à 3c, 4a à 4c et 5 ont été obtenues par une simulation numérique, dans laquelle la cible est supposée constituée de six points brillants (N=6) auxquels correspondent des amplitudes relatives des signaux réfléchis égales respectivement à dix, neuf, deux, deux, deux, deux et animée d'un mouvement par rapport à-l'antenne radar. Elles représentent l'évolution au cours du temps de certaines grandeurs. La faible plage de temps considérée, à savoir 100ms, explique le caractère pseudo-périodique des phénomènes. On suppose que le récepteur radar est équipé de circuits d'échantillonnage des signaux somme et différence (ces circuits ne sont pas illustrés dans les figures) délivrés par l'antenne et de circuits de traitement numérique délivrant des signaux somme S et différence échantillonnés et codés Les figures 2a, 3a et 4a représentent les variations du module de la dérivée p(k) d'ordre k de la puissance P = t s 12 2 signal reçu par l'antenne, pour k = 0, 1 et 2 respectivement (N' = Les figures 2b, 3b et 4 b représentent les variations de l'opérateur dérivé rapport de la dérivée d'ordre k du produit scalaire Q à la dérivée d'ordre k de la puissance P, pour k = O, I et 2 respectivement. Sur ces figures a été également indiquée l'envergure E de la cible afin d'apprécier la mesure d'écartométrie fournie par les opérateurs dérivés Ek (k = 0,1,2) par rapport à l'envergure E de la cible et au barycentre des points brillants affectés de leur amplitude. Les figures 2c, 3c et 4c représentent les coefficients de qualité k (k = O, I et 2 respectivement) utilisés, égaux ici à avec n = 2 et tk = Te, Te étant la période d'échantillonnage des signaux somme et différence S et Aqui est ici de lOms La forme des courbes illustrant les variations de ss0, ss1, ss2 (figs. 2c, 3c, 4c) est très proche de celle des variations de P, p(2) La figure 5 représente à la fois la courbe de variation de l'opérateur brut d'écartométrie ò utilisée dans l'art antérieur et de l'opérateur composé d'écartométrie limitant le nombre d'opérateurs dérivés à 3 (N' = 2) (k = 0,1,2). L'échelle de la figure 5 est dilatée par rapport à celle des figures 2b, 3b, 4b. L'envergure E est également indiquée afin de comparer la qualité des opérateurs brut o et composé 8 . On peut ainsi constater que les variations de l'opérateur composé d'écartométrie au cours du temps, sont entièrement comprises à l'intérieur de l'envergure E de la cible, ce qui n'est pas le cas de l'opérateur brut ll est nécessaire que la cible soit poursuivie correctement par le radar ; en particulier une bonne poursuite angulaire est nécessaire afin de rester dans la zone de linéarité des écartométries. La figure Ga représente un exemple non-limitatif de réalisation d'une partie d'un récepteur radar de poursuite monopulse d'amplitude utilisant le procédé de traitement décrit plus haut dans lequel l'opérateur composé d'écartométrie est obtenu, comme pour la figure 5, par la combinaison linéaire pondérée de trois opérateurs d'écartométrie brut et dérivés r l' 2 (k = O, I, 2), associés aux o, coefficients de qualité k k selon l'invention, calculés par le circuit de la figure 6b. Cette limitation à trois (N' = 2) du nombre d'opérateurs dérivés donne (voir Fig. 5) une mesure d'écartométrie E fiable, à la différence de l'opérateur d'écartométrie brut ou mais est un exemple non limitatif destiné à simplifier la représentation du récepteur radar. Le nombre N' d'opérateurs est supérieur ou égal à deux. L'antenne (non représentée) élabore de façon connue, à partir des signaux renvoyés par la cible, les signaux somme et différence qui sont, avant d'être traités de façon numérique par le récepteur radar de la figure 6a, échantillonnés puis codés dans des circuits (non représentés) qui délivrent des signaux somme S et différence Q. Les sous-ensembles 1, 2, 3 calculent respectivement les opéra teurs d'écartométrie dérivés #0, #1, #2 à partir des signaux somme S et différence # échantillonnés et codés. Les sous-ensembles 4, 5, 6 déterminent les coefficients de pondération ss0, ss1, ss2 correspondant à la "qualité" de chacun des opérateurs d'écartométrie brut ou dérivés #0, #1, #2 respecti vement. Le sous ensemble 7, enfin, calcule, à partir des opérateurs brut et dérivés #0, #1, #2 et des coefficients de qualité ss0, ss1, ss2, l'opérateur composé d'écartométrie égale à la somme linéaire des opérateurs brut et dérivés 1, , 2, pondérée par les coefficients de qualité ss0, ss1, ss2 affectés à chaque opérateur. Le premier sousensemble 1 comprend un premier circuit de calcul 11 qui reçoit le signal somme S échantillonné et codé et calcule la puissance P du signal reçu égale au carré s? 2 du module du signal S d'entrée. Le premier circuit de calcul peut comprendre un circuit redresseur en série avec un circuit multiplicateur (non représentés) recevant sur chacune de ses deux entrées le signal S redressé Le sous-ensemble 1 comprend également un deuxième circuit de calcul 12 recevant sur deux entrées les signaux échantillonnés et codés somme S et différence # et calcule le produit scalaire Q = S.#de ces deux signaux. Les deux signaux P et Q délivrés par les premier et deuxième circuits de calcul 11 et 12 respectivement sont appliqués à l'entrée Q d'un circuit diviseur 13 calculant le rapport p = #0, opérateur d'écartométrie dérivé d'ordre zéro ou opérateur brut d'écartométrie. Le deuxième sous-ensemble 2 comprend un premier et un deuxième différentiateurs 21 et 22 qui reçoivent respectivement les signaux P et Q de sortie des premier et deuxième circuits de calcul 11 et 12 et délivrent respectivement les signaux p(l) et dérivées temporelles d'ordre 1 des signaux P et Q appliqués à leur entrée. Le sous-ensemble 2 comprend également un circuit diviseur 23 qui, alimenté par les signaux p(l) et Q en sortie des circuits différentiateurs 21 et 22 respectivement, délivre l'opérateur dérivé d'écartométrie 1, d'ordre un Les signaux p(l) et Q(1) alimentent également un troisième et un quatrième différentiateurs 31 et 32 respectivement constituant avec un circuit diviseur 33 le troisième sous-ensemble 3.Les troisième et quatrième différentiateurs 31 et 32 délivrent respectivement des signaux d'entrée p(2) et Q(2) correspondant à la dérivée, par rapport au temps, des signaux d'entrée p(l) et Q donc à la dérivée seconde, par rapport au temps, des signaux puissance P et produit scalaire Q élaborés par les premier et deuxième circuits de calcul 11 et 12. Les signaux p(2) et Q(2) alimentent le circuit diviseur 33 qui en calcule le rapport ,opérateur dérivé d'écartométrie d'ordre deux. Pour un nombre supérieur d'opérateurs dérivés d'écartométrie (N' ) 2), les opérateurs Ç sont calculés par des sous-ensembles constitués chacun de deux différentiateurs et d'un diviseur comme les sous-ensembles 2 et 3 Les sous-ensembles 4,5,6 déterminent les coefficients de qualité Q k (k = O, 1, 2)servant à la pondération des opérateurs brut et dérivés d'écartométrie g k. Ils peuvent etre réalisés de façon identique non-limitative, illustrée par la fig. 6b. Le signal p(k), délivré par le premier circuit de calcul Il (k = O) pour le sous-ensemble 4 ou par le premier différentiateur 21 (k=l) pour le sous-ensemble 5, ou par le troisième différentiateur 31 (k = 2)pour le sous-ensemble 6, est multiplié dans un circuit 10 par une constante tkX homogène à un temps et élevée à la puissance k par un circuit 20 d'élévation à la puissance k avec k = O (donc = 1) k pour le sous-ensemble 4, k = 1 (donc = ) pour le sous-ensemble k 5, et k = 2(donc #kk = #k2)pour le sous-ensemble 6 dans le mode de k réalisation de la figure 6a Le résultattk .p(k) est ensuite élevé à la puissance n (n 2) dans un circuit 30 qui délivre le coefficient de pondération Le dernier sous-ensemble 7 réalisant la combinaison pondérée des opérateurs Ek comprend trois circuits multiplicateurs 71, 72, 73 recevant chacun un opérateur d'écartométrie dérivé, respectivement 2 o d'ordre zéro ou opérateur brut (en sortie du sous-ensemble 1), f d'ordre un (en sortie du sous-ensemble 2), 2 d'ordre deux (en sortie du sous-ensemble 3) et le coefficient de qualité associé, à savoir respectivement 2 o (en sortie du sous-ensemble 4), 1 (en sortie du sous-ensemble 5), ss2 (en sortie du sous-ensemble 6). Les multi plicateurs 71, 72, 73 délivrent respectivement un signal sso. sso, ss1##1, ss2##2. Le sous-ensemble 7 comprend également un premier et un second circuits additionneurs 74 et 75. Le premier circuit additionneur 74 reçoit sur ses trois entrées chacun des signaux eo.ò, o E ,62 E2 en sortie des circuits multiplicateurs 71, 72, 73 respectivement et délivre un signal ss0##0 + ss1##1 + ss2. Le second circuit additionneur 75 reçoit sur ses trois entrées chacun des signaux 2 1' 2 en sortie des sous-ensembles 4,5,6 respectivement et délivre un signal ss0 + ss1 + ss2. Le sous-ensemble 7 comprend enfin un circuit diviseur 76 alimenté par les signaux de sortie respectifs des circuits addition neurs 74 et 75 et délivrant l'opérateur d'écartométrie # composé, rapport des deux signaux d'entrée Ainsi qu'on l'a déjà mentionné plus haut, l'opérateur d'écartométrie # ainsi obtenu peut être qualifié d'instantané, puisqu'il peut être obtenu après un temps qui dépend de la période d'échantillonnage et de l'ordre maximum (N' # 2) des opérateurs d'écartométrie dérivés intervenant dans le calcul de l'opérateur com posé 2 L'opérateur composé 5 d'écartométrie obtenu de façon quasi instantanée avec le procédé selon l'invention présente un bruit de scintillation réduit et une meilleure poursuite des cibles, du point de vue de la précision de la poursuite et du temps de la mesure. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement du bruit de scintillation angulaire dans un radar monopulse, selon la revendication I de la demande de brevet principal caractérisé en ce que les (N' + 1) coefficients de qualité (3k' avec k allant de O à N', utilisés pour la pondération des opérateurs dérivés d'écartométrie . sont resDectivement égaux à: avec t k une constante homogène à un temps et n un entier naturel supérieur ou égal à 2. 2. Récepteur radar monopulse selon l'une quelconque des revendications 5, 6, 7, 8, 10 de la demande de brevet principal, caractérisé en ce que les quatrièmes moyens de calcul comprennent une pluralité de (N' + 1) circuits (4, 5, 6), chaque circuit d'ordre k allant de O à N' étant composé de - un premier circuit de calcul (20) élevant à la puissance k une constante de temps (#k) et délivrant un coefficient d'homogé néisation(#kk) à l'entrée de - un deuxième circuit de calcul (10) calculant le produit du signal ( p(k)), délivré par les premiers moyens de calcul (11, 21, 31), par le coefficient d'homogénéisation (tk ) délivré par le premier circuit de calcul (20) ; ;et - un troisième circuit de calcul (30) élevant à la puissance n (n#2) le produit (#kk # p(k)) délivré par le deuxième circuit de calcul (10) et délivrant le coefficient de qualité l'entrée des cinquièmes moyens de calcul (7)