Brevet FR2669116A1 — publié le 19920515

Procédé de reconnaissance d'une cible aérienne à partir de son écho radar La présente invention concerne un procédé de reconnais- sance d'une cible aérienne à partir de son écho radar. La présente invention s'applique en particulier à la reconnaissance de cibles aériennes depuis un radar aéroporté, par exemple lorsqu'un pilote d'avion de chasse souhaite savoir, avant de pouvoir avoir un contact visuel avec celle-ci, à quel type de cible il a affaire (avion de ligne, avion à hélice, avion d'arme, etc) et si pos- sible non seulement le type général de cible, mais également, pour un même type, à quelle catégorie de cible ou modèle d'appareil cette cible correspond (par exemple, pour une cible du type avion de ligne, savoir s'il s'agit d'un Airbus, d'un DC-10, etc). Cette application à la reconnaissance de cibles depuis un radar aéroporté n'est cependant pas limitative de la présente inven- tion, et l'on pourrait aussi bien appliquer celle-ci par exemple à la reconnaissance de cibles depuis un radar terrestre ou naval, dès lors que ce radar permet, comme on le verra plus loin, une acquisition en mode Doppler. Jusqu'à présent, lorsqu'un appareil pénètre l'espace aérien couvert par un radar, les seuls moyens permettant de savoir ce qu'il est sont la liaison radio ou la réponse à un signal d'identifi- cation IFF (Identification Friend or Foe: identification ami ou ennemi), si l'on a affaire à un avion coopératif. En revanche, il n'existe aucun moyen, lorsque la cible ne répond pas aux signaux d'interrogation radio ou IFF et qu'elle est hors de portée visuelle, de savoir s'il s'agit ou non d'une cible hostile, ou même éventuellement s'il s'agit ou non d'un appareil réel mais d'une contremesure électronique destinée à leurrer ou à brouiller le radar. Seule l'identification visuelle peut alors être utilisée, ce qui présuppose à la fois une distance très réduite, donc une identifi- cation tardive, et bien entendu de bonnes conditions de visibilité. Le but de la présente invention est de proposer un pro- cédé de reconnaissance de cibles qui permette au pilote, lorsqu'une cible se présente dans le champ de son radar, de connaître non seu- lement la position de celle-ci (paramètre qui était jusqu'à présent, avec éventuellement la vitesse, la seule information délivrée en l'absence de réponse à un signal d'interrogation IFF), mais aussi de connaître également le type d'avion correspondant à intercepter ou, à tout le moins, de lui indiquer un degré de danger à l'égard de cette cible (un avion de ligne étant a priori une cible moins dangereuse qu'un avion d'arme à réacteur). Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de reconnaissance de cibles qui, en outre, permette au pilote de dispo- ser d'un moyen d'alerte destiné à déclencher des dispositifs CCME (de Contre-Contre Mesures Électroniques) lorsque l'écho de la cible fait apparaître des modifications représentatives non d'un appareil, mais d'un brouilleur en cours de déclenchement. La présente invention permet également, lorsque le radar opère en mode PSID (Poursuite Sur Information Discontinue, correspondant à une phase de recherche o le radar ne passe sur la cible que de façon échantillonnée) puis en mode PSIC (Poursuite Sur Information Continue), lorsque le radar est pointé sur la cible en permanence, de vérifier que lors de la transition de PSID en PSIC, la poursuite continue s'effectue bien sur la même cible que celle que l'on avait repérée et poursuivie lors de la phase PSID, ou bien si, au contraire, il y a eu lors de la transition transfert inopiné de la pour- suite sur une autre cible, située au voisinage de la première, et qui n'est pas la cible que l'on souhaitait intercepter. Ces différents buts sont atteints, selon l'invention, par un procédé comprenant les étapes consistant à: (a) produire une émission radar Doppler en direction de la cible, (b) déterminer le peigne de raies formant le spectre Doppler du signal reçu en retour, (c) rechercher, au centre de ce peigne, une raie princi- pale correspondant à la vitesse propre de déplace- ment de l'aéronef, (d) déterminer l'écart entre cette raie principale et la raie secondaire du premier ordre du peigne, et (e) à partir de cette valeur d'écart et de la configuration relative des raies du peigne, classer la cible dans une catégorie de cible prédéterminée. Dans une première forme de mise en oeuvre du procédé de l'invention, à l'étape (e) de classification de la cible, on détermine au moins un paramètre intrinsèque du spectre, et on effectue à par- tir de ces paramètres intrinsèques une détermination préalable d'un type de cible parmi plusieurs types prédéterminés. Ces paramètres intrinsèques peuvent notamment com- prendre le nombre des raies secondaires du peigne, l'intensité rela- tive des raies secondaires du peigne par rapport à la raie principale, ou encore l'intensité absolue, pondérée par la distance de la cible, des raies secondaires du peigne. On peut également utiliser comme paramètre de déter- mination, dans l'étape (e) de classification de la cible, la surface équivalente radar de la cible. Dans une seconde forme de mise en oeuvre du procédé de l'invention, qui peut être utilisée aussi bien en variante qu'en com- plément de la première, à l'étape (e) de classification de la cible, on compare ledit peigne de raies formant le spectre Doppler du signal reçu en retour à une pluralité de peignes de référence préalablement établis et mémorisés dans une bibliothèque de peignes correspon- dant à des cibles connues, et on sélectionne celui de ces peignes de référence présentant le plus fort degré d'intercorrélation avec le peigne de raies formant le spectre Doppler du signal reçu. Par ailleurs, l'étape (d) de détermination de l'écart entre la raie centrale et la raie du premier ordre du peigne peut avanta- geusement comprendre une étape de filtrage des échantillons Dop- pler ne conservant que les échantillons produisant des sauts de fré- quence non inférieurs au double de l'écart moyen constaté sur les échantillons précédents, et/ou ne conservant les échantillons que lorsque le nombre de raies constaté est au moins égal à trois. On peut en outre prévoir une étape complémentaire de détection d'une modification de la classification de la cible établie à l'étape (e), et de déclenchement d'une alerte de contre-contre- mesures-électroniques en cas de telle modification constatée. De façon comparable, lorsque le procédé est mis en oeuvre au cours d'une procédure avec transition de poursuite sur information discontinue en poursuite sur information continue, on peut avantageusement prévoir une étape complémentaire de compa- raison des classifications de cible établies à l'étape (e), respective- ment, avant et après ladite transition, et, au cas o cette comparai- son est négative, de déclenchement d'une alerte signalant un trans- fert de la poursuite sur une autre cible. On va maintenant donner une description détaillée de la présente invention, en référence aux figures annexées. La figure 1 montre un exemple de spectre Doppler sim- ple, correspondant typiquement à une cible à moteur unique. La figure 2 montre un exemple de spectre Doppler com- plexe, correspondant typiquement à une cible à plusieurs moteurs, engendrant de ce fait des raies d'intermodulation. Le procédé de l'invention utilise le spectre de fréquences produit à partir de l'écho reçu du signal émis par un radar Doppler. On sait qu'un radar Doppler travaille dans le domaine spectral, la donnée de base étant la fréquence Doppler de la cible, correspondant à une vitesse relative de déplacement (ci-après dési- gnée VR) par rapport à la source du signal radar. A un instant donné (owr suppose que l'on travaille en mode échantillonné), le spectre Doppler présente une raie principale 1, illustrée sur la figure 1, correspondant à la vitesse instantanée relative de déplacement de la cible, dans la direction du radar, à l'instant o celle-ci réfléchit le signal radar. En réalité, le spectre reçu comporte également des raies secondaires telles que 2 et 2 ', disposées symétriquement par rapport à la raie principale 1 On recueille ainsi, outre la raie principale 1, une raie du premier ordre, référencée 2, une raie du second ordre, référencée 2 ', etc, ces différentes raies étant toutes séparées par un écart DVR constant (en pratique, on peut acquérir en vue de l'ana- lyse du spectre des raies jusqu'au dixième ordre, et même plus, soit un total de vingt raies secondaires et plus). Ces raies secondaires 2, 2 ', sont principalement dues aux aubes des compresseurs des réacteurs de la cible, et sont donc propres à celle-ci Cette cause (moteurs), bien que prédominante, n'est cependant pas la seule, et il existe d'autres phénomènes, tels que notamment des vibrations de la structure, produisant égale- ment des raies secondaires. En cas de cible à plusieurs moteurs, on peut par ailleurs trouver, comme illustré figure 2, d'autres raies de plus faible ampli- tude, telles que 3 ', correspondant à des intermodulations entre les raies secondaires des divers moteurs de la cible. L'idée de base de l'invention est d'exploiter les caractéris- tiques spectrales liées à chaque cible pour classer celle-ci parmi dif- férents types (avion de ligne, avion d'arme, etc) et, à l'intérieur de chaque type, parmi différentes catégories d'appareils. En effet et cette constatation est à la base de l'inven- tion on constate que, pour un même type et une même catégorie d'appareil, au cours d'une interception l'écart DVR entre la raie principale et les premières raies secondaires est un paramètre qui a tendance à se conserver On constate même que, sur plusieurs vols, le peigne de raies est sensiblement identique pour une même cible. Tout d'abord, il est possible d'effectuer une première détermination grossière du type de cible à partir des seules caracté- ristiques intrinsèques du spectre reçu, notamment à partir des para- mètres suivants: le nombre de raies secondaires du peigne (raies secondaires des moteurs et raies d'intermodulation): un spectre riche est en effet révélateur d'un appareil à plusieurs moteurs, qui pourra donc être vraisem- blablement un avion de ligne; les niveaux absolus (pondérés bien entendu par la distance de la cible) des raies secondaires du peigne, c'est-à-dire des niveaux de ces raies par rapport au bruit thermique: un niveau élevé sera en effet révé- lateur d'un moteur très apparent (comme sur les avions de ligne tels que les Airbus), tandis qu'un faible niveau sera au contraire révélateur d'un moteur caréné; l'intensité relative des raies secondaires du peigne par rapport à la raie principale, c'est-à-dire en d'autres termes le " contraste " entre ces raies secon- daires et la raie principale: ainsi, un moteur caréné produit un spectre beaucoup moins contrasté qu'un moteur très apparent; la surface équivalente radar (SER), qui pourra être préalablement calculée d'après la relation classique: 10 log (SER) = S/B + 40 log (d)Y, Sfxtant le rapport signal/bruit exprimé en décibels, d étant la distance du radar à la cible et Y étant une constante représentative du bilan de puissance du radar, intégrant donc divers facteurs tels que puis- sance d'émission, gain d'antenne, etc. On pourra ainsi, pour un spectre reçu, extraire de celui-ci ses différents paramètres (paramètres intrinsèques) et les recouper afin de procéder à une première détermination préalable, grossière, du type de cible parmi plusieurs types prédéterminés. On pourra ensuite procéder à une détermination fine, à l'intérieur de ce type de cible, de la catégorie de cible, en effectuant par intercorrélation un rapprochement entre une pluralité de peignes de référence (peigne tel qu'illustré figure 3) et le peigne du signal reçu (tel qu'illustré figure 4). 7 2669116 Les divers peignes de référence auront été préalablement déterminés en relevant, pour chacun, la signature spectrale d'une cible connue à partir d'enregistrements effectués en vol, afin d'éta- blir ainsi une bibliothèque de " signatures " ou peignes de référence servant de base de comparaison et d'évaluation. Lors de l'interception, on compare la signature de la cible à étudier aux différentes signatures de cette bibliothèque, afin de déterminer celle qui donnera le degré d'intercorrélation le plus élevé, correspondant à la catégorie de cible la plus probable. La première étape de ce processus consiste à déterminer la raie la plus forte du spectre reçu, que l'on supposera être celle cor- respondant à la raie principale. On détermine ensuite l'écart DVR entre cette raie princi- pale et la première raie secondaire. Cette étape peut présenter certaines difficultés dans la mesure o, après la raie principale, ce n'est pas toujours la raie secondaire du premier ordre qui apparaît la première, mais quelque- fois les raies du second ordre, ou même du troisième ordre, de sorte que le paramètre DVR calculé sera alors en fait le double ou le triple du DVR réel. Pour pallier cet inconvénient, on peut effectuer un filtrage préalable sur les valeurs de DVR successives reçues au cours des dif- férents échantillonnages, en ne conservant que les valeurs produisant des sauts de fréquence supérieurs à une valeur fixée, inférieurs au double de l'écart moyen constaté sur les échantillons précédents On peut par exemple filtrer les différents échantillons en refusant toutes les valeurs de DVR produisant des sauts relatifs supérieurs à 1,8 (ou une autre valeur proche, strictement inférieure à 2). Par ailleurs, au cas o le nombre de raies reçu à un ins- tant donné est insuffisant (inférieur à 2), on ne conserve pas l'échan- tillon et on maintient la valeur de DVR précédemment calculée, qui sera figée jusqu'au prochain échantillonnage. Ayant ainsi déterminé un peigne de raies sensiblement stable, on recherche alors, parmi les cibles connues de la bibliothè- que indiquée plus haut, celles qui ont la valeur DVR la plus proche. ii F On a en effet constaté que les cibles connues ont un paramètre DVR qui varie toujours entre une valeur minimum et une valeur maxi- mum de fréquence Doppler; on détermine ainsi, parmi tous les peignes de référence, un nombre limité de peignes répondant à ce critère et donc susceptibles de correspondre à la cible. On effectue alors, pour chacun des peignes de ce sous- ensemble, une intercorrélation entre le peigne de référence et le peigne du signal reçu, et on choisit finalement le peigne de référence présentant le degré d'intercorrélation le plus élevé. Ce peigne correspondra alors à la catégorie de cible la plus probable Bien entendu, on affectera le résultat présenté au pilote d'un facteur d'incertitude éventuel au cas o il ne serait pas possible de se décider avec une marge de sécurité suffisante entre plusieurs catégories de cibles. Pour sa mise en oeuvre, l'invention ne nécessite, du point de vue matériel, qu'un équipement classique, à savoir un radar fonc- tionnant en mode Doppler et susceptible de fournir, outre la raie principale, des niveaux de raies par rapport au bruit thermique. Le procédé est avantageusement mis en oeuvre par un logiciel analysant le spectre délivré sous forme numérique par les moyens d'échantillonnage du signal Doppler. Par ailleurs, indépendamment du point de savoir à quel appareil on a affaire, la signature obtenue peut être analysée dans son évolution au cours du temps, pour déclencher éventuellement une alarme de contre-contremesures électroniques, car toute modifi- cation de la signature sans évolution cinématique particulière de la cible est révélatrice du déclenchement d'un brouilleur. On pourra ainsi déterminer très aisément que l'on est en présence de contremesures électroniques et non d'une cible réelle. De façon semblable, lorsque l'on fonctionne en mode PSID/PSJIC, on peut utiliser la signature de la cible établie en PSID pour vérifier que, lors de la transition en PSIC, on a bien conserva- tion de cette même signature; en effet, une modification de celle-ci indiquerait qu'il y a eu, lors de la transition, transfert de la pour- suite sur une autre cible, de type différent, située au voisinage de la première, et donc que la transition n'a pas été effectuée correcte- ment, impliquant donc un retour au mode PSID. Les figures 5 et 6 montrent des exemples de résultats obtenus à partir d'enregistrements réels effectués en vol sur une cible, en l'espèce un appareil de type avion de ligne (Airbus). La figure 5 montre l'évolution au cours du temps du spectre Doppler, chaque point correspondant, pour un instant donné, à une raie du spectre La ligne continue correspond à la valeur lissée de la vitesse de la cible, indiquant la position de la raie principale du spectre. On voit ainsi, sur cette figure, la formation progressive du peigne de raies, qui comporte ici un nombre important de raies secondaires, typiques d'un appareil multimoteur. Au bout de 100 à 120 secondes, durée correspondant, dans cet exemple, à une distance de l'ordre d'une quarantaine de milles nautiques, on peut déjà obtenir une première estimation du type de cible, que l'on peut considérer ici avec une probabilité raison- nable comme étant un avion de ligne (pour un chasseur, dont le spectre est moins riche et moins intense, il faudrait attendre que l'appareil se rapproche plus). Au bout d'une durée de l'ordre de 200 secondes, corres- pondant à une vingtaine de milles nautiques, le spectre obtenu est suffisamment riche et stable pour pouvoir confirmer la première estimation établie précédemment et rechercher de façon plus fine la catégorie de l'appareil auquel on a affaire Cette distance peut d'ailleurs correspondre à une distance typique de transition PS Il D/ PSIC (recherche/poursuite continue) Après transition en mode PSIC, le radar étant pointé sur la cible en permanence, on pourra acquérir le peigne de raies de la cible à des instants d'échantillon- nage beaucoup plus rapprochés, typiquement toutes les deux secon- des environ. La figure 6 montre, quant à elle, l'évolution au cours du temps de l'écart DVR entre la raie principale et la raie secondaire du premier ordre du spectre de la figure 5. On peut noter que, dans cet exemple, ce sont tout d'abord les raies du second ordre, et non les raies du premier ordre, qui sont apparues les premières, donnant ainsi, initialement, une valeur DVR double de la valeur finale (région de la courbe illustrée corres- pondant à l'intervalle 80-100 secondes environ). Ce n'est que lorsque les raies secondaires apparaissent en plus grand nombre (aux alentours de 100 secondes) que l'on obs- erve une convergence, d'ailleurs rapide, de la valeur calculée de DVR vers la valeur finale On voit ainsi que l'on peut acquérir très rapidement ce paramètre qui, comme on l'a indiqué plus haut, est le paramètre le plus significatif pour déterminer la nature de la cible. On notera en outre que, dans cet exemple, la valeur finale, stable, de DVR est obtenue au bout d'une durée de l'ordre de secondes, correspondant à une distance de 40 milles nautiques: on assure ainsi une première identification de la cible à une distance bien inférieure à celle à laquelle on pourrait envisager une identifi- cation visuelle (et à supposer que les conditions de visibilité permet- tent une telle identification visuelle). il REVENDICATIONS 1 Un procédé de reconnaissance de cible aérienne à par- tir de son écho radar, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: (a) produire une émission radar Doppler en direction de la cible, (b) déterminer le peigne de raies formant le spectre Doppler du signal reçu en retour, (c) rechercher, au centre de ce peigne, une raie princi- pale ( 1) correspondant à la vitesse propre (VR) de déplacement de l'aéronef, (d) déterminer l'écart (DVR) entre cette raie principale et la raie secondaire du premier ordre ( 2) du peigne, et (e) à partir de cette valeur d'écart et de la configuration relative des raies du peigne, classer la cible dans une catégorie de cible prédéterminée. 2 Le procédé de la revendication 1, dans lequel, à l'étape (e) de classification de la cible, on détermine au moins un paramètre intrinsèque du spectre, et on effectue à partir de ces paramètres intrinsèques une détermination préalable d'un type de cible parmi plusieurs types prédéterminés. 3 Le procédé de la revendication 2, dans lequel lesdits paramètres intrinsèques comprennent le nombre des raies secon- daires du peigne. 4 Le procédé de la revendication 2, dans lequel lesdits paramètres intrinsèques comprennent l'intensité relative des raies secondaires du peigne par rapport à la raie principale. Le procédé de la revendication 2, dans lequel lesdits paramètres intrinsèques comprennent l'intensité absolue, pondérée par la distance de la cible, des raies secondaires du peigne. 6 Le procédé de la revendication 1, dans lequel l'étape (e) de classification de la cible utilise également comme paramètre de détermination la surface équivalente radar de la cible. 7 Le procédé de la revendication 1, dans lequel, à l'étape (e) de classification de la cible, on compare ledit peigne de raies for- mant le spectre Doppler du signal reçu en retour à une pluralité de peignes de référence préalablement établis et mémorisés dans une bibliothèque de peignes correspondant à des cibles connues, et on sélectionne celui de ces peignes de référence présentant le plus fort degré d'intercorrélation avec le peigne de raies formant le spectre Doppler du signal reçu. 8 Le procédé de la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape (d) de détermination de l'écart (DVR) entre la raie centrale et la raie du premier ordre du peigne comprend une étape de filtrage des échantillons Doppler ne conservant que les échantillons produi- sant des sauts de fréquence non inférieurs au double de l'écart moyen constaté sur les échantillons précédents. 9 Le procédé de la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape (d) de détermination de l'écart (DVR) entre la raie centrale et la raie du premier ordre du peigne comprend une étape de filtrage des échantillons Doppler ne conservant les échantillons que lorsque le nombre de raies constaté est au moins égal à trois. Le procédé de la revendication 1, comportant en outre une étape complémentaire de détection d'une modification de la clas- sification de la cible établie à l'étape (e), et de déclenchement d'une alerte de contre-contre-mesures-électroniques en cas de telle modifi- cation constatée. 11 Le procédé de la revendication 1, dans lequel, le pro- cédé étant mis en oeuvre au cours d'une procédure avec transition de poursuite sur information discontinue en poursuite sur information continue, on prévoit une étape complémentaire de comparaison des classifications de cible établies à l'étape (e), respectivement, avant et après ladite transition, et, au cas o cette comparaison est négative, de déclenchement d'une alerte signalant un transfert de la poursuite sur une autre cible.