Brevet FR2684767A1 — publié le 19930611

La présente invention concerne un radar à ouverture synthétique et se rapporte à deux problèmes particuliers. Le premier problème est qu'un radar à ouverture synthétique classique ne peut pas détecter une cible dont la vitesse par rapport au radar se trouve à l'extérieur de l'invervalle de vitesses relatives au radar de cibles fixes illuminées par le faisceau réel. En pratique, ceci signifie que le radar peut ne pas réussir à répondre à des cibles dont la vitesse radiale dépasse 1 m par seconde, par exemple. Le deuxième problème est que le radar classique suppose que toutes les cibles sont fixes et, d'après cette hypothèse, des cibles qui se déplacent suffisamment lentement pour être détectées sont affichées en une position latérale incorrecte, c'est-à-dire une position incorrecte dans la direction de déplacement du radar. La figure 1 montre la relation qui existe entre la fréquence Doppler et le temps pour la partie d'un signal reçu depuis une cible fixe de travers à un instant to tandis qu'elle est balayée pendant un temps T par le faisceau réel du radar. Le traitement d'ouverture synthétique ajoute des échantillons pondérés en phase et en amplitude pour le signal reçu pendant la durée de -t1 à +t1 de manière à produire une réponse synthétisée relative à l'instant t0 qui est supposé, dans les systèmes classiques, provenir d'une cible se trouvant sur la ligne de visée à L'instant to w Une cible se déplaçant lentement qui se trouve de travers à un instant A avec une fréquence Doppler valant fA aura les memes caractéristiques que présentées sur la figure 1 et ne pourra pas être distinguée d'une cible se trouvant sur la ligne de visée.Une cible B se déplaçant plus rapidement qui possède une fréquence Doppler valant f B et qui a également les mêmes caractéristiques n'est pas détectée du tout,puisque, à l'instant to, lorsque le processeur est adapté aux caractéristiques de la cible, la cible ne se trouve pas à l'intérieur du faisceau réel du radar. L'invention propose un radar à ouverture synthétique comprenant un certain nombre de canaux de traitement d'ouverture synthétique qui sont adaptés à différentes fréquences Doppler de la cible. Un canal de traitement adapté à une fréquence Doppler fp donnera une détection pour toute cible possédant une fréquence Doppler comprise dans l'intervalle fp + Vp B/S, où Vp est la vitesse de plate-forme transverse, B est la largeur réelle du faisceau, et A est la longueur d'onde. Des canaux prévus selon l'invention et écartés de manière uniforme de 2Vp BA sur la bande Doppler donneront donc une couverture complète, ce qui élimine le premier problème cité.La figure 2 montre la relation existant entre la fréquence Doppler et le temps pour trois cibles se trouvant sur la ligne de visée à l'instant t et présentant des fréquences Doppler valant fP1, fP2 et fP3. Cette figure montre que des canaux de traitement adaptés à ces fréquences fourniront une couverture complète sur la bande indiquée. Chaque canal de traitement est équivalent, du point de vue complexité, à un processeur de radar à ouverture synthétique supplémentaire et, pour couvrir l'intervalle Doppler analogue, il faut un nombre de canaux qui peut être égal à 30 environ. Le fait d'accroît d'un facteur 30 les installations de traitement constituerait un problème incontournable pour un radar à ouverture synthétique de haute résolution. Toutefois, la résolution qui est appropriée à la détection de cibles mobiles qui possèdent une vitesse radiale relativement élevée et ne sont donc pas associées à des retours provenant de détails fixes de l'arrière-plan est inférieure à celle qui est nécessaire pour le traitement classique du radar à ouverture synthétique.En réalité, une résolution inférieure est primordiale pour ces cibles se déplaçant plus rapidement, puisque celles-ci ne resteraient sinon pas à l'intérieur de la cellule de résolution du radar à ouverture synthétique pendant le temps d'intégration de l'ouverture synthétique. Il est donc proposé de détecter les cibles à vitesse radiale plus élevée ci-dessus mentionnées au moyen de l'invention, telle que précédemment définie, à L'aide d'un mode à résolution grossière tandis qu'il est conservé un mode classique à haute résolution pour la détection de cibles qui sont fixes ou qui possèdent une petite composante radiale de vitesse. Une résolution élevée est essentielle pour la détection de cibles associées à des retours de l'arrière-fond, car ceci permet de maximaliser le contraste de la cible par rapport à l'arrière-fond. Le deuxième problème, à savoir celui lié à la position de travers incorrecte de cibles dont la fréquence Doppler n'est pas adaptée au traitement, se produit pour tous les canaux de traitement. L'incertitude relative de la position latérale est égale à la largeur de faisceau réelle en azimut. De la même façon, il existe une incertitude sur la fréquence Doppler qui vaut + Vp e/A. Une forme préférée de l'invention résout le -problème de la position en travers et de l'effet Doppler d'une cible détectée avec plus de précision grâce à l'introduction d'une installation de traitement supplémentaire et d'un moyen qui répond à une détection dans l'un quelconque des canaux ci-dessus mentionnés en amenant l'installation de traitement supplémentaire à former d'autres canaux de traitement d'ouverture synthétique qui sont adaptés à des fréquences séparées du canal dans lequel la détection a lieu. L'utilisation de la forme préférée de l'invention conduit à l'obtention d'un certain nombre de détections dans des canaux respectifs écartés pendant le temps d'élimination, par le faisceau réel, de la cible. L'incertitude relative à la position de travers diminue de moitié le temps séparant les détections et l'incertitude sur l'effet Doppler réduit de moitié la séparation de fréquence entre les canaux. La figure 3 illustre la fréquence et l'instant des détections se produisant à des temps t1, t2, t3 et t4 dans différents canaux adaptés à des fréquences Doppler respectives fA, fB, fC et fD. La meilleure estimation de l'instant pour lequel la cible est de travers est Tmoyer c'est-à-dire la moyen moyenne des temps t1, t2, t3 et t4.En fait, il est simplement nécessaire d'utiliser les temps des détections associés à t1 et t4 pour obtenir la position de travers avec la précision optimale. De la même façon, la meilleure estimation de l'effet Doppler est fmoyen à savoir la moyenne des fréquences fA, fB, fC et fD qui sont associées aux canaux dans lesquels des détections ont lieu. Le fait de limiter cette possibilité de traitement supplémentaire à des canaux à l'intérieur desquels une cible a été détectée limite l'obligation de traitement à un multiple du nombre des cibles, au lieu que ce soit au nombre des cellules de résolution. On obtient ceci au prix de l'emmagasinage d'échantillons radar sur la largeur de faisceau réelle tout entière plutôt que sur la largeur de faisceau synthétisée. L'estimation des opérations nécessaires pour un cas particulier indique que l'on peut améliorer la couverture totale d'une cible mobile et la précision au prix d'une augmentation d'un facteur 2 ou 3 des opérations nécessaires par rapport à celle d'un radar à ouverture sysnthétique classique qui n'est adapté qu'à des cibles fixes seulement. La pente de la caractéristique Doppler temporelle est une mesure de la vitesse de la cible dans la direction transversale. Une fois combinée avec la vitesse radiale résultant de la mesure ci-dessus mentionnée de l'effet Doppler, ceci permet de déduire, si nécessaire, la vitesse absolue de la cible et la trace suivie. On va maintenant décrire une manière de mettre en oeuvre l'invention à titre d'exemple en relation avec la figure 4 des dessins annexés, qui montre un radar conçu selon l'invention et monté sur une plate-forme aéroportée mobile par rapport à la surface du sol. On se reporte à la figure 4. Un émetteur 1 produit des impulsions courtes et longues correspondant respectivement, en résolution de distance, à 3 m et 36 m. Les impulsions courtes et longues sont produites alternativement de façon qu'il reste un temps suffisant après chaque impulsion pour que les retours de la bande à examiner soient reçus avant émission de l'impulsion suivante. Les impulsions sont émises via un duplexeur 2 et une antenne 3 et sont reçues après réflexion sur la bande à examiner, dans un récepteur 4 qui est conçu pour traiter les impulsions longues et brèves respectives et pour produire deux signaux de sortie respectifs sur les lignes 5 et 6. Les échantillons numériques du signal reçu empruntant la ligne 5 sont emmagasinés en 7 pendant la durée d'illumination d'un point de la surface terrestre par le faisceau réel. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, ceci correspond à T. Un processeur 8 de radar à ouverture synthétique classique produit, à partir du signal emmagasiné, des signaux de sortie ayant une résolution élevée (dans cet exemple 3 m x 3 m). Ces signaux de sortie sont appliqués à un dispositif 9 de détection de seuil, lequel,à la réception d'une détection à un instant to par exemple (figure 1), fait lire, dans la mémoire 7, par un dispositif de lecture 10, les signaux radar numériques reçus pendant l'intervalle temporel T pour la porte de distance dans laquelle la détection est effectuée (voir figure 1).Ces signaux sont transmis à un processeur 11, lequel est programmé pour effectuer un certain nombre de traitements de synthétisation d'ouverture, comme représenté schématiquement en 11A, qui sont adaptés à des fréquences telles que représentées en fA, fB, fC et fD sur la figure 3, sur l'étendue des fréquences Doppler + Vp B/A. Une installation de calcul 12 calcule, à partir des instants des détections dans les divers canaux 11A, 11B, etc, la valeur de moyen de t moyen et de la pente, comme précédemment décrit en relation avec la figure 3. Ceci indique la position et la vitesse des cibles détectées, cette information étant présentée sur une ligne 13 pour être visualisée sur un dispositif d'affichage 14. De cette manière, des cibles qui, parce qu'elles sont fixes ou en déplacement lent, sont reçues en même temps que des réflexions sur le terrain, sont détectées avec une ambiguïté réduite de position de vitesse, par comparaison avec les techniques classiques. Les échantillons numériques empruntant la ligne 6 qui sont extraits des impulsions longues sont emmagasinés en 14 et sont traités dans des processeurs d'ouverture synthétique 15, 16, etc qui sont adaptés aux fréquences fP1, fP2, etc., de cibles ayant différentes vitesses radiales, comme indiqué sur la figure 2. Ces processeurs produisent des signaux de sortie qui possèdent une résolution inférieure (c'est-à-dire, dans cet exemple, 36 m). Ces signaux de sortie sont appliqués à des détecteurs de seuil 17, 18, etc, qui, à la réception d'une détection, entraient chacun un dispositif d'interface 19 à donner instruction à un dispositif de lecture 20 de lire dans la mémoire 14 les signaux radar numériques reçus pendant l'intervalle de temps T pour la porte de distance dans laquelle la détection est effectuée.Le circuit logique d'interface 19 communique à un processeur 21 l'identité du canal 15, 16, etc., dans lequel une détection a été effectuée. Le processeur 21 est programmé pour réaliser un certain nombre de fonctions de synthétisation d'ouverture 21A qui sont adaptées à des fréquences telles qu'indiquées en fA, fB, fC et fD (figure 3) sur un intervalle de fréquences Doppler fp + Vp e/À, où fp est la fréquence du canal dans laquelle une détection est effectuée, cette fréquence étant identifiée sur la ligne 19A. En pratique, il faut traiter simultanément un certain nombre de détections si bien que les éléments constituants 11 et 21 doivent comporter des installations de calcul suffisantes pour le but considéré. Le signal de sortie du processeur 21 est traité en 22 de la même manière que l'opération exécutée en 12 pour présenter, sur la ligne 23, au dispositif d'affichage 14, la position et la vitesse des cibles détectées. De cette manière, les cibles qui, puisqu'elles s e déplacent relativement vite dans la direction radiale, ne sont pas indiquées sur la ligne 13, sont néanmoins visualisées en 14. Dans ce mode de réalisation particulier de l'invention, il est employé un processeur supplémentaire 24. Celui-ci exécute un traitement radar d'ouverture synthétique classique, mais, à une résolution relativement blesse de 36 m, afin de produire une représentation grossière de l'arrière-fond. Cette représentation est mise en corrélation, en 25, avec des données provenant d'une mémoire 26 et, en particulier, avec une partie de cette mémoire contenant une carte numérique 26A à faible résolution. Cette carte 26A représente une étendue du sol relativement grande au-dessus d'un emplacement particulier où l'aéronef est supposé se trouver.Le signal de sortie du corrélateur 25 indique la position courante de l'aéronef transportant le radar et on utilise cette information de position pour lire l'emplacement approprié d'une carte détaillée 268 ayant la même surface de sol. Cette information est visualisée en 14 où elle se superpose aux cibles indiquées sur les lignes 13 et 23. La mémoire 26 pourra être placée sur l'aéronef, mais il est préférable qu'elle se trouve au sol et soit en relation avec l'aéronef au moyen d'un canal de communication approprié. Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, il est possible d'omettre la carte 26A à faible résolution. Avec ce mode de réalisation, chaque image complète d'information vidéo provenant de la sortie du circuit 24 est comparée dans le corrélateur 25 avec différentes parties successives de la carte 268. La partie qui fournit la meilleure corrélation est ensuite visualisée sur le dispositif d'affichage 14. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du radar 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. REVENDICATIONS 1. Radar à ouverture synthétique, caractérisé par un certain nombre de canaux de traitement d'ouverture synthétique (15, 16, 24) adaptés à différentes fréquences Doppler de la cible. 2. Radar selon la revendication 1, caractérisé en ce que les canaux (15, 16, 24) sont adaptés à différentes fréquences qui ne sont pas séparées de plus de 2 Vp e /a, où Vp est la vitesse transversale de la plate-forme, e est la largeur de faisceau réelle et 7 est la longueur d'onde des signaux radar. 3. Radar selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par un deuxième canal de traitement d'ouverture synthétique (11) qui possède une résolution plus élevée que les premiers canaux mentionnés et qui est adapté à des cibles fixes et est conçu pour donner un signal de sortie présentant une résolution spatiale supérieure dans la direction de déplacement du radar que ne pourrait le faire aucun des canaux à résolution inférieure mentionnés en premier. 4. Radar selon la revendication 3, caractérisé par un émetteur (1) qui émet des impulsions longues et courtes et dans lequel les canaux mentionnés en premier sont destinés à répondre à des retours des impulsions longues, tandis que le deuxième canal de résolution supérieure est destiné à répondre à des retours des impulsions courtes. 5. Radar selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'un des canaux (24) est adapté à une fréquence Doppler appropriée à des cibles fixes et comportant un moyen de corrélation (25) connecté de manière à corréler le signal de sortie de ce canal avec le contenu d'un moyen d'emmagasinage (26) qui définit un enregistrement du terrain afin de fournir un signal de sortie identifiant la position courante du radar par rapport audit terrain; et un moyen d'affichage (14) servant à afficher la partie ainsi identifiée du terrain à partir de l'information se trouvant dans le moyen d'emmagasinage supplémentaire en même temps que les cibles détectées par le radar. 6. Radar selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par une installation de traitement supplémentaire (21) et un moyen (19) répondant à une détection effectuée dans l'un quelconque desdits canaux en amenant ladite installation à former des canaux de traitement d'ouverture synthétique supplémentaires adaptés à des fréquences qui sont séparées à l'intérieur du canal dans lequel la détection a lieu.