Brevet FR2676562A1 — publié le 19921120

Procédé et dispositif pour l'élimination d'artefacts de balayage sur une image fournie par un radar embarqué. La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour l'élimination d'artefacts de balayage sur une image fournie par un radar embarqué. Elle s'applique notamment à l'élaboration des images fournies par des radars millimétriques équipant des missiles ou utilisés pour la surveillance ou la cartographie. Comme dans ces radars l'acquisition de l'image a lieu avec l'avancé du véhicule porteur, l'image du sol ou du terrain observé fait apparaître une suite de fauchées formées de portions d'images délimitées par des secteurs de cercles concentriques. Ces fauchées sont dus au fait que l'image radar est limitée en profondeur par l'ouverture en site de l'antenne du radar et que les signaux reçus par le radar correspondant aux zones proches des extrémités des fauchées portent, de part leur niveau de puissance faible, une information qui est plus ou moins dégradée.Lors de la reconstitution de l'image il en résulte une modulation parasite suivant une période correspondant au déplacement du radar entre deux balayages consécutifs. Etant donné que durant l'acquisition d'image, le radar se déplace à vitesse approximativement constante, cette période est donc elle aussi constante. L'effet se traduit par des artefacts préjudiciables à la bonne reconstitution de l'image radar. Le phénomène introduit sur les images de faible contraste la présence de parties plus sombres en forme d'arcs de cercle. Une première solution pour réduire ces artefacts de balayage consiste à augmenter la vitesse de balayage de l'antenne afin d'obtenir un recouvrement des fauchées suffisant pour supprimer les zones de trop faible niveau de puissance reçue, ce qui fait disparaître les modulations parasites précitées. Néanmoins, cette méthode entraîne un temps d'intégration plus faible par fauchée donc un temps d'analyse réduit pour le calculateur du radar et conduit ainsi à une perte de sensibilité, ce qui n est pas satisfaisant. Une seconde solution, plus complexe à mettre en oeuvre et appliquée elle aussi en amont de l'image consiste en l'application d'une démodulation du lobe d'antenne. En effet, sur un terrain uniforme, plat par exemple, connaissant la distance de l'axe du faisceau d'antenne Jusqu'à son intersection avec le terrain, on sait définir la répartition de niveau de puissance émise par le radar et reçue par chaque fauchée, cette répartition constitue le lobe d'antenne. Il est alors possible pour le calculateur du radar de corriger chaque signal reçu suivant une correction qui compense les déformations du lobe d'antenne. La fonction correctrice, de démodulation, doit préalablement être mémorisée par les circuits de traitement du radar. Par ailleurs elle ne peut correspondre qu'à un type de terrain connu, en fait uniforme.Or dans la pratique, les terrains enregistrés ne répondent pas à cette condition. Pour être efficace, cette solution nécessite de connaître exactement la distance entre l'antenne et l'intersection de son faisceau avec le terrain, ce qui n'est pas réalisable pratiquement. A cause de ces incertitudes de terrain, il en résulte une modulation parasite à assez haute fréquence qui dégrade l'image radar. Cette solution n'est donc pas satisfaisante. Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités . A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de réduction d'artefacts de balayage sur une image radar embarqué, caractérisé en ce qu'il consiste à supprimer par un calcul de transformée de Fourier rapide les fréquences parasites dues aux artefacts de balayage dans le spectre de fréquence de l'image radar à l'aide d'un filtre annulant ces fréquences. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précité. L'invention a pour principaux avantages qu'elle permet de réduire les artefacts de balayage sans dégrader notablement l'image radar, quelque soit le relief du terrain survolé par le véhicule porteur, et de donner lieu à des réalisations qui peu vent être intégrées très facilement à une chaîne de traitement de signal radar. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard des dessins annexés qui représentent La figure 1, un organigramme pour illustrer les étapes du procédé mis en oeuvre par l'invention pour l'élimination des artefacts de balayage dans une image radar. La figure 2, une localisation dans un plan de fréquence à deux dimensions des fenêtres de filtrage caractérisant le filtre correcteur de la figure 1. La figure 3, une localisation dans le plan fréquentiel des fréquences parasites. La figure 4 un mode de réalisation d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Comme le montre le diagramme de la figure 1, le procédé selon l'invention consiste à transformer les échantillons de luminance e. (x, y) d'une image radar référencés par leurs coordonnées (x, y) dans le plan de l'image en échantillons e. (x, y) d'une image correspondante débarrassée des artefacts de balayage. Il consiste selon une première étape 1 à effectuer une transformation de Fourier rapide des échantillons de luminance ei(x, y) en échantillons Ei(u, v) référencés par leurs coordonnées u, v du plan de fréquence. Les raies de fréquence Ei(u,E.(u > v)obtenues à la fin de l'étape 1 sont ensuite filtrées à l'étape 2 par suppression des raies correspondantes aux artefacts de balayage et les raies restantes Ex (ut v) sont transformées en échantillons de signal de luminance e. (u, y) selon une troisième étape 3 par un calcul de transformée de Fourier inverse. Sur la figure 1 les lettres FFT correspondent aux initiales de l'expression anglosaxonne Fast Fourier Transform ou transformée de Fourier rapide en français. FUT 1 indique l'inverse de cette transformation. La technique de calcul par transformée de Fourier rapide utilisée dans le procédé est bien connue de l'homme de l'art, elle est décrite en particulier dans l'ouvrage de MM. PM Beaufils et M.Rami "Le filtrage numérique" aux éditions Sybex, Paris. Pour supprimer les fréquences E. (u, v) correspondant aux artefacts, le filtrage effectué à l'étape 2 met en oeuvre un filtre de fonction de transfert m(u, v) définie de telle manière que m(u > v) = 0 pour les couples de fréquences (u,v) appartenant à l'intérieur des fenêtres F1 et F2 définies suivant la figure 2 de centres respectifs de coordonnées (-Uo, Vo) et (Uo, Vo) et de côtés 2 2au et 2 S v. Sur cette figure 2, les axes u et v représentent respectivement les axes des abscisses et des ordonnées repérant le domaine fréquentiel bidimensionnel dans lequel se situent les fréquences de l'image radar. m(u, v) = 1 pour les couples de fréquences situés à la limite ou à l'extérieur des fenêtres F1 et F2.L'invention compose toutes les fréquences de l'image radar Ei(u, v) avec le filtre de fonction de transfert m(u, v), ce qui supprime toutes les fréquences comprises à l'intérieur des fenêtres F et F2. Notons Ei(u, v) les fréquences filtrées. Mathématiquement E#(u,v) = m(u,v)xE.(u,v). D'après le but de l'invention les fenêtres F1 et F2 doivent être choisies de manière à contenir le plus possible de fréquences parasites et le moins possible de fréquences utiles. Les axes u et v de la figure 2 précités sont en fait choisis tels que l'axe u corresponde aux fréquences suivant le site et l'axe v corresponde aux fréquences suivant le gisement. Le phénomène étant directionnel suivant le site, les fréquences parasites seront centrées sur l'axe u. Par ailleurs, la périodicité du phénomène d'artefact est égale au déplacement du radar entre deux balayages consécutifs. Or, durant l'acquisition d'image, la vitesse du radar peut être considérée comme constante, la période, donc la fréquence des signaux parasites est constante et connue. Cette fréquence est fonction de la vitesse du radar. Appelons Uo cette fréquence.Pour supprimer les parasites d'artefact de balayage, il suffit donc dans ce cas de supprimer les fréquences Ei(Uo, ) et Ei( -Uo, ) correspondant respectivement aux fréquences de coordonnées (Uo,0) et (-Uo,0). Ceci est un cas idéal, car dans la pratique deux phénomènes doivent être pris en compte, d'une part les fluctuations de vitesse, d'autre part la courbure des fauchées ; les fluctuations de vitesse introduisent des fréquences parasites regroupées autour de Uo suivant l'axe u. Plus les fluctuations de vitesse seront grandes, plus ces fréquences seront dispersées donc difficiles à supprimer sans altération des fréquences utiles. La courbure des fauchées introduit des fréquences parasites suivant l'axe v. D'après ce qui suit, les fréquences parasites sont donc distribuées suivant la figure 3. Elles y sont repérées par des points. Dans la pratique la vitesse est connue et approximativement constante et les courbures des fauchées sont connues. La majorité des fréquences sont donc regroupées autour des couples (-Uo,0) et (Uo,0) > Uo étant la fréquence précédemment définie, fonction uniquement de la vitesse nominale de l'avion. Les fenêtres F1 et F2 du filtre précédemment défini doivent donc contenir la majorité des fréquences parasites. Connaissant la vitesse de l'avion porteur du radar et les courbures des fauchées, elles peuvent être prédéfinies et mémorisées par le calculateur du radar. Eventuellement, plusieurs fenêtres de filtrage peuvent être mémorisées suivant la vitesse nominale du radar. La vitesse du radar devient alors un paramètre du filtrage. Une fois obtenues les fréquences filtrées à celles-ci, suivant le synoptique de la figure 1 est appliquée la transformée de Fourier rapide bidimensionnelle inverse de la précédente. Dans le domaine temporel sont ainsi obtenus les signaux ei(x, y) filtrés de l'image radar. Les fenêtres F1 et F2 définies précédemment contenaient outre les fréquences parasites, des fréquences utiles. Or dans la pratique, durant les phases d'acquisition, les faibles fluctuations de vitesse du radar et les faibles courbures des fauchées permettent d'obtenir des fenêtres suffisamment étroites pour ne pas dégra der notablement l'image reconstituée, ce qui est le but recher clivé. Un premier mode de réalisation possible de l'invention qui découle directement de l'organisation selon l'organigramme de la figure 1 peut consister à disposer un filtre entre un premier dispositif de calcul de transformée de Fourier rapide du signal radar et un deuxième dispositif de calcul de transformée de Fourier rapide inverse des fréquences filtrées. La figure 4 montre un deuxième mode de réalisation possible. Il peut facilement être intégré dans une chaîne de traitement radar. I1 comprend un ou plusieurs microprocesseurs de traitement du signal 4, du type TMS 320 C30 de chez Texas Instrument par exemple, une mémoire programme de type EPROM 5 contenant l'algorithme du procédé de l'invention ainsi que les coordonnées des différentes fenêtres de filtrages fonctions de la vitesse nominale du radar, une mémoire de travail 6 de type RAM, et un convertisseur numérique-analogique 7.Le dispositif fonctionne de la manière suivante : le microprocesseur de traitement du signal prend en compte la donnée numérisée e. (x, y), lui applique les calculs de transformée de Fourier rapide, de filtrage et de transformée de Fourier rapide inverse, la donnée numérisée et filtrée est ensuite convertie analogiquement par le convertisseur nllmérique-arlalogi- que de manière à obtenir le signal continu et filtré nécessaire à la constitution de l'image. Cette réalisation est donnee à titre dssoxemple de nom brenses autres variantes sont possibles. Il existe en effet maintenant dans le commerce de nombreux circuits capables d'exécuter des transformées de l'ourler rapide et des calculs de filtrage REVENDICATIONS 1. Procédé de réduction d'artefacts de balayage sur une image radar embarqué, caractérisé en ce qu'il consiste à supprimer par un calcul de transformée de Fourier rapide (1, 2) les fréquences parasites dues aux artefacts de balayage dans le spectre de fréquence de l'image radar à Itaide d'un filtre (2) annulant ces fréquences. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer une transformée de Fourier rapide bklimensionneile (1) des signaux constitutifs de l'image radar, à annuler (2) dans le spectre de fréquence obtenu les fréquences correspondant aux artefacts de balayage et à effectuer une transformée inverse (3) du spectre obtenu débarrassé des fréquences relatives aux artefacts de balayage pour reconstituer l'image. 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il opère en fonction de la vitesse de déplacement du radar (Uo). 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un filtre (2) disposé entre un premier dispositif de calcul de transformée de Fourier rapide (1) du signal radar et un deuxième dispositif de calcul de transformée de Fourier rapide inverse (3) des fréquences filtrées ol#teniies on sortie du filtre. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre clu procédé selon l'une quelconque des revendications t à 3, caractérisé en ce qutil est constitué d'un circuit comprenant notamment un Otl plusieurs microprocesseurs et leurs circuits périphériques associés sur lequel est implémenté le logiciel de calcul de la transformée de Fourier rapide de l'image radar, du filtre et de la transformée de Fourier rapide inverse du spectre obtenu débarrassé des fréquences relatives aux artefacts de balayage.