Brevet FR2646717A1 — publié le 19901109

La présente invention concerne un procédé et un appareil permettant de balayer une cible à l'aide d'un télémètre tel qu'un radar et d'utiliser les signaux de retour pour identifier des parti- cularités caractéristiques de la cible. L'invention peut être utilisée dans la compilation de données de reconnaissance de cible en cas de cibles connues, dans l'identification de cibles particu- Lières en temps réel, ou bien dans la discrimination entre un nombre de cibles possibles en temps réel. L'invention s'applique particu- lièrement à la télémétrie radar de haute résolution. Comme décrit dans la demande de brevet britannique de la demanderesse n 8 615 683, les signaux de retour d'un radar à haute résolution peuvent être reportés sous forme de points, dontla taille est proportionnelle à l'amplitude des signaux de retour, sur un graphe donnant la distance en fonction de l'angle entre la cible et la ligne reliant la cible et le radar. A partir de ce graphe, il est possible de raccorder les points les plus significatifs afin de former des courbes qui sont caractéristiques de la cible. Avec ce procédé, des erreurs résultent du déplacement de la cible pendant l'accumulation des données de distance. Un point de la cible, par exemple la cheminée d'un navire, peut donner naissance à une courbe irrégulière au lieu d'une partie d'onde sinusoidale, ce qui rend plus difficile le processus de reconnaissance. Ainsi, selon un premier aspect, l'invention fournit un procédé de reconnaissance de cible comprenant les opérations sui- vantes: balayer successivement la cible à l'aide d'un télémètre afin d'obtenir des données d'entrée représentant l'amplitude de retour à différentes distances à l'intérieur de la cible et depuis différents angles de la cible à l'intérieur d'une fourchette d'angles; ajuster les données d'entrée afin d'obtenir la correction relative au déplacement de la cible de manière que les distances soient définies par rapport à une partie fixe choisie de la cible; sélectionner, à partir des données d'entrée ajustées,celles des distances significatives-pour lesquelles il existe. une amplitude significativement élevée; et identifier des configurations dans les données sélectionnées caractéristiques de la cible. Un tel procédé ne permet toutefois pas une reconnaissance rapide de la cible en temps réel. SeLon un deuxième aspect, l'invention fournit un procédé de reconnaissance de cible, comprenant Les opérations suivantes: balayer successivement la cible à L'aide d'un télémètre afin d'obtenir des données d'entrée représentant l'amplitude de retour à différentes distances internes à la cible et sous différents angles de la cible à l'intérieur d'une fourchette d'angles; sélectionner à partir des données d'entrées les distances significatives pour Les- quelles il existe une ampLitude significativement élevée; et iden- tifier la fréquence d'apparition de chacune de plusieurs différences de distances entre des paires des distances significatives s'étendant sur la fourchette d'angles, les différences de distances les plus courantes étant représentatives des distances entre les réflecteurs principaux de la cible et étant donc distinctives de la cible. Ce procédé fait usage du fait que des cibles, des navires par exemple, possèdent des régions bien définies qui réfléchissent fortement les émissions radar et qui sont écartées de distances sui- vant la longueur de la cible qui sont caractéristiques de la cible. Le procédé présente une nature statistique et est facilement réalisé à l'aide d'un calculateur numérique à grande vitesse. Le procédé comprend de préférence, immédiatement avant l'opération de sélection, une opération consistant à ajuster les données d'entrée afin d'effectuer la correction relative au dépla- cement de la cible de manière que lesdites distances soient définies par rapport à une partie fixe sélectionnée de la cible. Le procédé comprend de préférence l'opération consistant à suivre la cible afin d'obtenir des données de distance brutes pour l'opération d'ajustement. L'opération d'ajustement utilise de préférence un processus de corrélation de manière à identifier un sous-ensemble des données d'entrée représentatives d'un réflecteur principal de la cible qui est destiné à constituerladite partie fixe de ceLLe-ci et, pour chaque donnée parmi les données d'entrée, corrige la distance en soustrayant de celle-ci la distance de ladite partie fixe pour l'an- gLe approprié de la cible. Pour distinguer entre plusieurs cibles possibles, par exemple dans un système de guidage de missile, le procédé peut comprendre en outre l'opération consistant à comparer lesdites dif- férences de distances avec des données de référence préalablement emmagasinées contenant une information de différences de distances représentative de cibles potentielles, afin d'identifier la cible la plus probable. Lorsque La cible est connue, on pourrait utiliser le même 2 -. procédé, mais, au lieu d'identifier la cible la plus probable, le procédé comporterait l'opération consistant à emmagasiner les dif- férences de distances afin de produire une référence d'identification de cible. Selon un aspect supplémentaire, l'invention fournit un appareil de reconnaissance de cible, comprenant: un télémètre ser- vant à balayer successivement la cible afin d'obtenir des données d'entrée représentant l'amplitude de retour pour différentes dis- tances et sous des angles différents de la cible; un moyen servant à sélectionner parmi les données d'entrée celles qui sont des dis- tances significatives pour lesquelles il existe une amplitude signi- ficativement élevée; et un moyen servant à identifier la fréquence d'apparition de chacune de plusieurs différences de distances entre des paires des distances significatives, les différences de distances les plus courantes étant représentatives des distances entre des réflecteurs principaux de la cible et, ainsi, étant distinctives de la cible. Pour permettre une meilleure compréhension de l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple simplement, un mode de réalisation préféré de l'invention en relation avec les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 est un schéma de principe d'un appareil cons- tituant un mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est un graphe de retours radar dans lequel la distance est reportée en fonction de l'angle de la cible (navire); la figure 3 correspond au graphe de la figure 2, mais représente ces mêmes données après correction pour le déplacement de la cible; 2646 7 17 les figures 4a et 4b sont des graphes donnant l'amplitude des signaux en fonction de la distance pour une même cible inclinée suivant deux angles de cible légèrement différents par rapport à la ligne joignant la cible au radar; la figure 5 représente les données des signaux de retpur pour un angle de cible particulier des données présentées sur la figure 3, qui ont été traitées de manière à inclure, sous forme bi- naire, les seules distances significatives pour Lesquelles il existe une amplitude significativement éLevée; la figure 6 est un histogramme montrant la fréquence (nombre d'apparitions) de chacune de toutes les différences possi- bles de distances dans les données binaires, pour des angles de cible compris entre 60 et 90 ; la figure 7a est un histogramme correspondant à celui de la figure 6, mais qui est réalisé pour un nombre beaucoup plus grand de distances significatives; et la figure 7b est un histogramme, à une échelle agrandie, correspondant à une partie des données de l'histogramme de la figure 7a. Dans l'exemple qui va être décrit en relation avec les dessins annexés, la cible visée est un navire, suivi par un appareil radar depuis une distance horizontale variable et sous un angle horizontal variable par rapport à l'axe longitudinal du navire. La distance R d'un centre de diffusion particulier se trouvant à une distance a par rapport à un point de référence du-navire et sous un angle x avec celui-ci est donnée par: R = Rs + a cos (x + e), o e est l'angle entre l'axe longitudinal du navire et la ligne reliant le navire au radar; et Rs est la distance au point de référence. Puisque, dans la plupart des navires, les principaux cen- tres de diffusion se trouvent sur l'axe longitudinal du navire ou près de celui-ci, l'angle x sera ignoré dans la présente discussion, mais il apparaît clairement que le procédé pourrait être étendu de manière à tenir compte de cet angle. 2646 7 17 La figure 2 montre les données d'entrée brutes résultant du balayage d'un navire particulier qui s'est déplacé sur un cercle complet. Les données proviennent d'un grand nombre de centresde dif- fusion se trouvant à des distances différentes, les distances étant normalisées par rapport à La distance approchée Rs obtenue à l'aide d'un radar de poursuite grossier de faible résolution, ou à partir du centroide des retours en résolution élevée. Chaque point de la figure 2 représente un signal de retour se trouvant au-dessus d'un seuil prédéterminé, la taille de la tache étant proportionnelle à l'amplitude du signal de retour. Le déplacement du navire pendant la durée du balayage provoque des erreurs d'angle et de distance et, pour faire usage des données, il est possible, bien que ceci ne soit pas essentiel, de faire des corrections appropriées sur chaque donnée de façon que chaque distance soit définie par rapport à un centre de diffusion particulier, c'est-à-dire une partie fixe choisie du navire. La figure 3 représente les données d'entrée de la figure 2 après traitement de compensation du déplacement de la cible dans un correcteur de déplacement de cible. A l'aide de techniques de trai- tement numérique qui sont déjà connues en elles-mêmes, on identifie un centre de diffusion à amplitude élevée qui trace un trajet sinu- soidal reconnaissable pendant le balayage de la figure 2, et on l'utilise comme point de référence. Pour chaque angle e du navire, on soustraitdes distances de tous les autres points,la distance de ce diffuseur de référence, qui est mesurée sur l'axe des ordonnées de la figure 2.-Ceci produit les données sous présentation corrigée qui sont représentées sur la figure 3. Sur la figure 3, la ligné- correspondant à la distance zéro représente les retours en prove- nance du diffuseur de référence, et les courbes sinusoidales qui sont maintenant reconnaissables représentent d'autres centres de diffusion principaux. Comme on peut le voir sur la figure 1, les retours four- nissant les données d'entrée des figures 2 et 3 sont obtenues d'un radar de haute résolution 2, et la mesure de poursuite brute est fournie par un radar de poursuite 1 de faible résolution, par exem- pIe un dispositif AN/AP 6-67 de la société General Electric, ou à partir du centroide des retours en haute résolution. Le radar de poursuite 1 fournit également l'angle 6 du navire. Le correcteur'de déplacement de cible 3 reçoit de la part du radar de haute résolution 2 les données d'entrée qui correspondent à celles représentées sur la figure 2 et, de la part du radar de poursuite 1,L'information relative à l'angle 6e du navire, et il traite l'information en trou- vant un centre de diffusion d'amplitude élevée qui suit un trajet sinusoidal reconnaissable dans le balayage et en ajustant les valeurs de distances des données de façon que le centre de diffusion soit utilisé comme position de référence, ainsi que-ci-dessus décrit, pour l'obtention des données corrigées de la figure 3, lesquelles sont emmagasinées dans une mémoire 4. Cette information corrigée peut être utilisée sous forme d'un graphe donnant les crêtes d'amplitude en fonction de l'angle du navire, d'une manière analogue à celle décrite dans la demande de brevet citée ci-dessus, après quoi cette information peut être ana- lysée manuellement. Les lignes sinusoîdales de continuité présentées sur la figure 3 peuvent être comparées visuellement avec des données enregistrées correspondantes se rapportant à des cibles envisageables. Toutefois, le procédé préféré de reconnaissance de cible en temps réel implique l'utilisation d'un traitement de données numérique, comme cela va maintenant être décrit. Le calculateur approprié per- mettant d'effectuer un tel traitement de données serait le dispositif VAX1170. A titre d'illustration, les variations d'amplitude des signaux avec la distance pour des angles du navire faisant 3 et 2 sont représentées respectivement sur les figures 4a et 4b, et il s'agit du même navire. De ceci, il résulte clairement que l'amplitude associée-à une distance caractéristique particulière varie largement avec l'angle du navire,-si bien qu'un procédé statistique de mise en corrélation des données d'entrée est nécessaire pour obtenir une information utile caractéristique du navire. Comme cela est classique pour les radars, un balayage fournit des données pour chacun de plusieurs créneaux de distances différents, désignés par des nombres. Dans le présent exemple, cha- que balayage de distance contient environ 130 créneaux de distances, si bien qu'un balayage de 360 dans lequel des mesures sont prises à chaque degré produit presque cinquante mille mesures d'amplitude. La technique de traitement de données employéedans ce mode de réali- sation de l'invention repose sur la découverte du fait que, même si l'amplitude des diffuseurs principaux varie considérablement avec L'angle du navire, l'écartement entre diffuseurs principaux reste relativement cohérent. La technique, qui utilise un processus de corrélation se concentrant sur l'écartement entre diffuseurs prin- cipaux, est conçue pour traiter de grandsnombresde données d'entrée, par exemple cinquante mille mesures d'amplitude pour chaque balayage. Les données de la figure 3, emmagasinées dans la mémoire4, sont filtrées dans un filtre 5 de manière que ne soient choisies que les données correspondant à des distances significatives. Ce sont les distances des diffuseurs principaux. Le filtre 5 s'appuie sur un processeur de données balayant les données de la figure 3 pour obtenir, sous forme binaire, pour chaque angle du navire, les positions rela- tives au début de balayage des n amplitudes les plus élevées. Ce signal de sortie est représenté sur la figure 5, o n = 9. Les ampli- tudes ayant un rang inférieur à celles-ci, c'est-à-dire ayant une amplitude dont le rang dépasse 9, sont rejetées. ?0 Un autre procédé possible de sélection consisterait à ne sélectionner que les amplitudes supérieures à un seuil prédéterminé. On revient à la figure 1. Un compilateur de différences de distances 6 traite ensuite les données corrélées de manière à en faire un histogramme identifiant la fréquence des apparitions de toutes les différences de distances possibles, c'est-à-dire les sépa- rations de créneaux, entre les n diffuseurs principaux. Cet histo- gramme est-emmagasiné dans une mémoire d'histogramme 7. Lorsque l'étendue des angles du navire est importante, on effectue une correction en multipliant chaque.séparation de cré- neau par la sécante de l'angle e du navire. Cette correction est effectuée par le compilateur 6 de différences de distances pour chacun des angles e du navire et pour chaque séparation de créneau (il en existe de façon générale (n-1)n/2 pour chaque angle du navire). Sur la figure 6, est représenté un exemple-dans lequel les données provenant de plusieurs diffuseurs significatifs sont cor- rélées pour tous Les angles du navire compris entre 60 et 900, et la fréquence d'apparition de différences de distances de 0 à 42 est reportée sous forme graphique. La figure 6 montre clairement que, pour ce navire, et pour cette étendue d'angLes, Les différences de distances les plus courantes sont 19 et 29 et que,-par conséquent, ceLLes-ci sont susceptibles de représenter les distances entre deux paires de diffuseurs principaux du navire. Plus La gamme d'angles du navire utilisée dans la forma- tion de l'histogramme est étroite et plus l'effet de paires parti- culières de diffuseurs est susceptible d'être saillant. La figure 7a montre l'histogramme de différences de distances relatif aux cin- quante amplitudes supérieures recueillies dans une gamme d'angles de 300 à 60 (dans le sens horaire passant par l'avant du navire), et la figure 7b montre ce même histogramme, mais pour des séparations de créneaux de 35 et plus. Les séparations de créneaux potentielle- ment intéressantes sont visibles sur la figure 7b pour les valeurs de séparations de créneaux 37, 40 et 42. La mémoire d'histogramme 7 peut être transcrite dans une mémoire de référence permanente en vue d'une utilisation ultérieure comme référence d'identification de cible, dans le même système radar ou d'autres systèmes. Selon une possibilité, l'histogramme emmagasiné dans la mémoire 7 peut être comparé, par un procédé de corrélation normalisé, dans un identificateur de cible 8, avec des histogrammes de cibles de référence préalablement emmagasinés 9 représentant des cibles potentielles. La sortie 10 de l'identifica- teur de cible 8 est représentative de la cible la plus probable, c'est-à-dire celle dont l'histogramme possède la meilleure adaptation. Lorsque, par exemple, le système radar est porté par un missile recherchant une cible particulière, l'histogramme de cible peut être emmagasiné dans la mémoire 9 d'histogrammes de cibles, et le missile peut être guidé de manière à optimiser l'adaptation entre l'histogramme mesuré 7 et l'histogramme de cible 9. Ceci autorise une discrimination entre cibles. En outre, puisque l'histogramme repré- sente une certaine étendue d'angles de cibles, on peut guider le mis- sile de manière à adopter un angle d'approche présélectionné de la cible en maximisant l'adaptation entre les histogrammes, dans la mesure o la cible a déjà été localisée. L'invention permet le traitement rapide de grandes quanti- tés de données et, par un ajustement de critères simplesd'identifi- cation, elle offre un procédé rapide d'identification de cible. Les critères d'identification reposent sur les écartements matériels existant entre des airesfortement diffusantes, si bien que le pro- cédé ne dépend pas de la fréquence du radar; ceci permet un transfert entre diverses bandes de fréquence, par exemple d'une surveillance à longue distance à un radio-ralliement à tourte distance. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du procédé de l'appareil dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. 2646 7 17 REVENDICATIONS 1. Procédé de reconnaissance d'une cible, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: balayer successivement la cible à l'aide d'un télémètre afin d'obtenir des données d'entrée représentant l'amplitude de retour pour différentes distances internes à la cible et sous différents angles de la cible à - l'intérieur d'une fourchette d'angles; sélectionner parmi les données d'entrée celles des distances significatives pour lesquelles il existe une amplitude significativement élevée; et identifier la fréquence d'apparitions de chacune de plusieurs différences de dis- tances entre des paires des distances significatives sur la four- chette d'angles, les différences de distances les plus courantes étant représentatives des distances entre réflecteurs principaux de la cible et, donc, étant distinctives de la cible. 2. Procedé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, immédiatement avant l'opération de sélection, l'opé- ration consistant à ajuster les données d'entrée afin d'effec- tuer les corrections relatives au déplacement de la cible de manière que lesdites distances soient définies par rapport à une partie fixe choisie de la cible. 3. Procédé selon larevendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération consistant à suivre la cible de manière à obtenir des données de distances brutes pour l'opération d'ajus- tement. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'opération d'ajustement consiste à utiliser un processus de corrélation pour identifier un sous-ensemble des données d'entrée représentatif d'un réflecteur principal de la cible devant constituer sa dite partie fixe et, pour chaque donnée des données d'entrée, à corriger la distance en lui soustrayant la distance de ladite partie fixe pour l'angle de cible approprié. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de sélection des-distances significatives consiste, pour chaque angle de la cible, à identifier les distances pour les- quelles l'amplitude dépasse un rang ou un seuil d'amplitude prédéter- miné, ces distances constituant les distances significatives. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance est prise en plusieurs créneaux de distances numéro- tés,et en ce que la fréquence d'apparitions est obtenue à partir de chacune des différences numériques possibles entre les numéros des créneaux de distances. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'opération consistant à comparer lesdites différences de distances avec des données de référence préalablement emmagasinées contenant une information de différences de distances représentative de cibles potentielLes, en vue de l'identification de la cible la plus probable. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'opération consistant à emmagasiner les différences de distances afin de produire une référence d'identifi- cation possible. 9. Appareil de reconnaissance d'une cible, caractérisé en ce qu'il comprend: un télémètre (2) servant à balayer successi- vement la cible afin d'obtenir des données d'entrée représentant l'amplitude de retour pour différentes distances et sous différents angles de la cible; un moyen (5) servant à sélectionner parmi les données d'entrée celles des données significatives pour lesquelles il existe une amplitude significativement élevée; et un moyen (6) servant à identifier la fréquence d'apparitions de chacune de pLu- sieurs différences de distances entre des paires de distances signifi- catives, les différences de distances les plus courantes (7) étant représentatives des distances entre des réflecteurs principaux-de la cible et, par conséquent, étant distinctives de la cible. 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen servant à ajuster les données d'entrée de façon à corriger celles-ci relativement au déplacement de la cible de façon que lesdites distances soient définies par rapport à une partie fixe choisie de la cible. 11. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que le télémètre est un radar pulsé. 12. Procédé de reconnaissance d'une cible, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: balayer successivement la cible à L'aide d'un télémètre afin d'obte- nir des données d'entrée représentant l'ampLitude de retour pour différentes distances internes àa La cible et sous différents angles de la cible à l'intérieur d'une fourchette d'angles; ajuster Les données d'entrée afin de corriger celles-ci pour le déplacement de la cible de façon que lesdites distances soient définies par rap- port à une partie fixe choisie de La cible; sélectionner parmi Les données d'entrée ajustées celles des distances significatives pour lesquelles iL existe une amplitude significativement élevée; et identifier dans les données sélectionnées des configurations carac- téristiques de la cible.