Brevet FR2681948A1 — publié le 19930402

"Procédé d'enregistrement de coordonnées pour un radar ayant une portée au-delà de l'horizon. L'invention concerne un procédé pour un enregis- trement de coordonnées pour un radar à portée au-delà de l'horizon. Le principe du radar à portée au-delà de l'horizon (OTHR) est basé sur le rayonnement d'une énergie haute fréquence (HF) par l'intermédiaire de l'ionosphère sur de grandes distances puis l'analyse du signal de retour rétro- diffusé en signal d'écho pour obtenir des informations concernant la cible et l'environnement Les données d'écho sont traitées dans quatre domaines, à savoir l'azimut, la distance vraie, l'effet Doppler et le temps. L'emplacement des cibles est déterminé à partir du retard du signal et à partir des caractéristiques direction- nelles du système de réception du radar Le retard du signal fournit l'indication de la longueur du trajet parcouru par le rayonnement radar, ce trajet donnant la distance vraie ou de parcours du faisceau Pour déterminer avec précision la position d'une cible, il faut effectuer la transformation d'une distance vraie en une distance terrestre ou distance au sol, et d'une direction radar en une direction réelle Cette transformation est connue sous la désignation d'enregistre- ment de coordonnée. Cette transformation est compliquée par le fait que l'ionosphère n'agit pas comme un simple réflecteur La nature de l'ionosphère varie considérablement dans le temps et dans l'espace de sorte qu'il n'est pas facile de déterminer l'emplacement à partir duquel arrive un signal renvoyé Il est nécessaire par conséquent de mettre au point un procédé au moyen duquel les signaux d'écho peuvent être soumis à une corrélation avec une carte géographique réelle La présente invention vise à résoudre ce problème. Dans un de ses modes de réalisation, l'invention peut être considérée comme résidant dans un procédé d'enre- gistrement de coordonnées pour un radar à portée au-delà de l'horizon, ce procédé comprenant les étapes consistant: à créer une fonction d'auto-corrélation pour déterminer un ou plusieurs repères ou balises géographiques dans une zone couverte par ce radar à portée au-delà de l'horizon; à analyser et comparer un signal d'écho radar avec une carte géographique de la zone d'action dans la région générale d'un ou plusieurs repères ou balises géographiques; et à trouver le meilleur ajustement de la carte géographique avec le signal d'écho radar pour permettre un enregistrement de coordonnées du signal d'écho radar. Dans ce procédé, l'étape de création de la fonction d'auto-corrélation géographique comprend, en outre, les étapes consistant: à diviser en distance et en azimut la zone cou- verte pour définir une pluralité de cellules; à définir une zone voisine par rapport à une cellule; à comparer chaque zone voisine avec les zones voisines environnantes pour créer une carte de corrélation des zones voisines relatives à la cellule; à déterminer une ou plusieurs valeurs de corréla- tion à partir de la carte de corrélation de zones voisines; et à collationner les valeurs de corrélation prove- nant de la pluralité de cartes correspondant à la pluralité de cellules pour créer une fonction d'auto-corrélation géographique. De préférence, le signal d'écho radar est analysé en termes de signature Doppler. De préférence, la fonction d'auto-corrélation est créé en coordonnées polaires. Les repères ou balises géographiques convenant pour- la présente invention peuvent être n'importe quelle région se trouvant dans la zone de couverture du radar o un faible changement soit dans la distance, soit dans l'angle azimutal introduit une variation importante dans le signal d'écho radar Dans un des modes de réalisation préférés, les repères géographiques appropriés sont les limites entre la terre et la mer. La terre, c'est-à-dire le sol, a une signature Doppler centrée à zéro Hertz ( O Hz) à l'exception des déplacements Doppler induits par l'ionosphère Tandis que la mer, du fait du mouvement des vagues et des courants qui y existent, et cela particulièrement à la surface de l'eau, donne une signature Doppler différente de zéro Par consé- quent, la jonction entre le signal Doppler sensiblement zéro donné par la terre et le signal Doppler variable donné par la mer constituent un repère géographique approprié. La fonction d'auto-corrélation indique le degré de corrélation entre une région voisine ou région limitrophe et un léger décalage par rapport à cette région voisine Il existe une corrélation élevée à l'endroit o il y a peu ou pas du tout de variation dans la nature de la région voisine décalée en comparaison de la région voisine initiale Il existe une faible corrélation à l'endroit o il y a une variation, par exemple à l'endroit o il existe une limite terre/mer et il y a une différence notable entre la région voisine et son environnement. Le signal radar reçu d'une région peut être décrit en coordonnées polaires C'est-à-dire que les coordonnées sont définies en termes de distance depuis le récepteur et en angle ou azimut par rapport au récepteur Pour que l'on puisse comparer le signal d'écho des repères ou balises géographiques identifiées par la fonction d'auto- corrélation, il est possible de transformer la carte géographique de la zone couverte par le radar en coordonnées polaires avant que la fonction d'auto-corrélation ne soit engendrée Dans une variante, on peut effectuer la transformation après avoir créé la fonction d'auto-corrélation. On peut effectuer la comparaison et la recherche du meilleur ajustement entre la carte géographique de la région des repères ou balises géographiques et le signal d'écho radar à l'aide d'un procédé mathématique tel qu'un procédé de minimisation par les moindres carrés. C'est pourquoi, dans la pratique, grâce à la présente invention, il est préférable d'identifier un petit nombre de repères géographiques appropriés dans toute la région ou zone couverte par le radar OTHR et de concentrer par corrélation ces points avec les signaux d'écho radar plutôt que d'effectuer une corrélation d'une carte entière, ce qui demanderait l'utilisation d'une grande quantité d'énergie consacrée aux calculs, en grande partie pour peu de résultats. De préférence, on peut établir deux fonctions d'auto-corrélation géographiques, une pour identifier les repères géographiques qui sont importants pour l'azimut et l'autre pour identifier les repères géographiques qui sont importants pour la distance. Un repère géographique qui est sensiblement constant à une certaine distance radiale d'un point de réception peut être très utile pour un enregistrement de coordonnées en distance mais n'est pas aussi utile pour un enregistrement de coordonnées en azimut Une telle situation existe dans le cas d'une ligne côtière s'étendant perpendicu- lairement à la ligne de visée du radar De façon similaire, une ligne côtière s'étendant radialement par rapport au récepteur du radar peut être très utile comme repère géogra- phique pour une corrélation d'azimut mais peut ne pas être aussi utile pour une corrélation de distance. Une ile ou un derrick de forage de pétrole peut constituer un repère ou balise géographique qui convient à la fois pour une corrélation d'azimut et de distance. La première étape dans la création d'une fonction d'auto-corrélation consiste à diviser la zone de couverture en plusieurs cellules distance-azimut Ensuite, on sélec- tionne un ensemble spatial de cellules contiguës distance- azimut pour former une zone voisine ou fenêtre de corrélation centrée sur une cellule de référence Par exemple, un bloc d'une longueur de N cellules consécutives de distance et d'une largeur de M cellules adjacentes d'azimut constituerait une zone voisine rectangulaire Pour chaque cellule dans la zone couverte, on prépare une carte de corrélation en transférant la zone voisine sur une région centrée sur la cellule de référence et en évaluant une fonction de corréla- tion à chaque position La carte résultante montre la variation de la fonction de corrélation de zone voisine de cellule sur la région entourant la cellule. A l'endroit o une cellule de référence se situe bien à l'intérieur d'une région qui est formée totalement par la terre ou totalement par la mer, la corrélation de la zone voisine de la cellule reste élevée sur une zone étendue A l'endroit o la zone voisine de la cellule comprend des limites terre-mer, la corrélation diminue de façon importante au fur et à mesure que la zone voisine est transférée sur la région Grâce à ce procédé, on peut produire une corrélation de zones voisines qui, en fait, sera une carte du contour des zones de haute corrélation vers des zones de faible corréla- tion. La discussion ci-dessus se rapporte à la comparai- son de la signature Doppler du signal d'écho radar d'une cellule comparée à la signature Doppler des cellules avoisi- nantes L'invention n'est pas limitée à l'utilisation de la signature Doppler et toute caractéristique du signal d'écho radar qui varie géographiquement peut être utilisée pour engendrer une fonction d'auto-corrélation géographique. Pour produire la fonction d'auto-corrélation géographique à partir de chacune des cartes individuelles de corrélation de zone voisine, les régions présentant un certain pourcentage tel que 70 % ou 50 % de corrélation pour chaque zone voisine, sont soumises à une corrélation sur une carte globale pour l'azimut, sur une carte globale séparée pour la distance et/ou sur une carte globale pour l'azimut et la distance A partir de ces fonctions d'auto-corrélation géographiques, on peut sélectionner plusieurs repères ou balises importantes pour obtenir une couverture de la carte. Ces balises, qui sont présentes de façon distinctives dans la zone couverte, peuvent alors être utilisées pour corriger les coordonnées supposées du signal d'écho radar. Dans un des modes de réalisation de l'invention, on peut effectuer cette correction en corrigeant la hauteur ionosphérique supposée et l'angle d'inclinaison ionosphérique supposé utilisé dans un modèle théorique de la propagation ionosphérique produisant le signal d'écho radar Un avantage de la présente invention est qu'il suffit que les corrections soient calculées pour les régions entourant les repères ou balises géographiques et on peut utiliser ces paramètres ionosphériques corrigés dans un enregistrement de coordonnées du reste des signaux d'écho radar. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, on peut appliquer des techniques de traitement d'image conjointement avec la fonction d'auto-corrélation géographi- que et le signal d'écho radar ou séparément de cette fonction et de ce signal pour réduire le bruit et, de ce fait, augmenter la précision et la fiabilité de l'enregistrement. On va maintenant décrire le procédé d'enregistre- ment de coordonnées en se référant aux dessins annexés montrant les étapes du procédé et sur lequel: la figure 1 montre la carte de corrélation de coordonnées d'une zone avoisinante ou zone limitrophe particulière, la figure 2 montre une carte d'enregistrement de coordonnées en balayage d'azimut, la figure 3 montre une carte d'enregistrement de coordonnées pour la même zone que pour la figure 2, mais en balayage de distance, la figure 4 montre une comparaison d'une carte géographique avec un signal d'écho radar non enregistré, et la figure 5 montre la même zone que sur la figure 4 après un ajustement pour la distance et l'azimut. En examinant maintenant en détail la figure 1, on voit que celle-ci représente une carte de corrélation de zone voisine ou d'alentours pour la distance 200 et l'azimut 208. A l'endroit de la cellule repérée 1, la corrélation de la cellule voisine avec elle-même est de 100 % A mesure que la cellule voisine s'éloigne de sa position naturelle, la corrélation de cette zone voisine avec son environnement diminue progressivement en passant par 90 % dans la région 2, 80 % dans la région 3 jusqu'à 50 % dans la région 4 Pour créer la carte représentée sur la figure 2 à partir de la carte représentée sur la figure 1, on mesure la largeur correspondant à une corrélation de 70 % à partir de la cellule 5 A jusqu'à la cellule 5 B, ce qui donne un chiffre de cinq unités La cellule, la distance 200, l'azimut 208, représenté en 10 sur la figure 2, présentent par conséquent un facteur de corrélation de 5 à 6 unités et, en tant que tel, constituent un point qui convient modérément pour être utilisé comme repère ou balise géographique car il présente une corrélation moyenne avec son environnement. * 8 Pour créer la carte d'enregistrement de coordonnées en vue du balayage de distance représenté sur la figure 3 à partir de la carte représentée sur la figure 1, on mesure la profondeur correspondant à une corrélation de 70 % à partir de la cellule 6 A jusqu'à la cellule 6 B, ce qui représente neuf cellules Cette mesure est transférée à la Figure 3 qui montre que, dans le balayage de distance, l'azimut 208 et la distance 200 de cellule présentent une corrélation supérieure à huit et, par conséquent, constituent un point qui ne convient pas pour une corrélation relative à une distance. Les régions indiquées avec un chiffre de corréla- tion inférieur à 0,5 sur la Figure 2, comme par exemple la région 11, seraient moins utiles comme repère ou balise géographique, car une telle région présente une faible corrélation avec son environnement et, par conséquent, une meilleure chance d'enregistrement de coordonnées. Une fois que plusieurs repères ou balises géogra- phiques ont été identifiés pour la distance et l'azimut dans la zone couverte par le radar à portée au-delà de l'horizon, ces repères peuvent être utilisés pour comparer un signal d'écho radar avec ce que l'on peut appeler le "monde réel". La Figure 4 montre un signal d'écho radar dans lequel la bande noire 20 représente les régions o est présent un écho de mer et les régions plus pâles représentent les régions o un écho de terre est présent Si l'on consi- dère la carte située en-dessous, on voit que le coin Nord-Est de Jaya Irian 21 n'est pas en fait centré dans son signal d'écho radar correspondant Par conséquent, l'inclinaison et la hauteur estimées de l'ionosphère dans cette région sont calculées de nouveau pour déterminer le meilleur ajustement du signal d'écho radar décalé par effet Doppler avec la carte réelle pour donner la corrélation représentée sur la Figure 5. On remarquera que du fait de la nature de la couche atmosphérique, il n'est pas possible d'utiliser un seul point de corrélation pour la totalité de la zone et, en fait, certaines des zones représentées ne présentent pas une aussi bonne corrélation que d'autres. On voit que, grâce à la présente invention, on a réalisé un procédé au moyen duquel on peut identifier des repères ou balises géographiques à partir desquels il est possible d'effectuer une corrélation d'un signal d'écho radar avec une carte géographique connue. Il est bien entendu que la description qui précède n'est donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. 1,0 REVENDICATIONS 1 Procédé d'enregistrement de coordonnées pour un radar à portée au- delà de l'horizon, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant: à créer une fonction d'auto-corrélation géographi- que pour déterminer un ou plusieurs repères ou balises géographiques dans une zone couverte par le radar à portée au-delà de l'horizon; à analyser et comparer un signal d'écho radar avec une carte géographique de la zone couverte dans la région générale d'un ou plusieurs repères ou balises géographiques; et à trouver le meilleur ajustement de la carte géographique avec le signal d'écho radar pour permettre un enregistrement de coordonnées du signal d'écho radar. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on analyse le signal d'écho radar en termes de signature Doppler. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on crée la fonction d'auto-corrélation en coordonnées polaires. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé, en outre, par le fait que l'on transforme la carte géographi- que en coordonnées polaires avant l'étape de création de la fonction d'auto-corrélation géographique. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on transforme la fonction d'auto-corréla- tion en coordonnées polaires après sa création. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les repères ou balises géographiques sont des limites entre la terre et la mer. 7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en outre par le fait que l'on utilise une technique d'ajustement mathématique pour trouver le meilleur ajustement entre les -11 repères ou balises géographiques et le signal d'écho radar. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la technique d'ajustement mathématique est une technique de minimisation des moindres carrés. 9 Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la fonction d'auto-corrélation géographique est une fonction d'autocorrélation d'azimut à partir de laquelle on détermine les repères ou balises géographiques qui sont utiles pour une corrélation d'azimut. 10 Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la fonction d'auto-corrélation géographique est une fonction d'autocorrélation de distance à partir de laquelle on détermine les repères ou balises géographiques qui sont utiles pour une corrélation de distance. 11 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'étape de création d'une fonction d'auto- corrélation géographique comprend, en outre, les étapes consistant: à diviser en distance et en azimut la zone cou- verte pour définir une pluralité de cellules; à définir une zone voisine par rapport à une cellule; à comparer chaque zone voisine avec les zones voisines environnantes pour créer une carte de corrélation des zones voisines relatives à la cellule; à déterminer une ou plusieurs valeurs de corréla- tion à partir de la carte de corrélation de zones voisines; et à collationner les valeurs de corrélation prove- nant de la pluralité de cartes correspondant à la pluralité de cellules pour créer une fonction d'auto-corrélation géographique. 12 Procédé d'enregistrement de coordonnées, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consis- 1 '2 tant: à envoyer une pluralité de signaux dans une région géographique lointaine; - à recevoir les signaux d'écho rétrodiffusés par ladite région lointaine; à analyser lesdits signaux d'écho et à créer une carte géographique virtuelle de ladite région; à effectuer la corrélation d'une carte réelle de la région avec elle-même pour identifier des repères ou balises géographiques; à comparer la carte géographique virtuelle avec la carte géographique réelle dans la région des repères ou balises géographiques; et à effectuer une transformation de coordonnées de la carte virtuelle pour minimiser la différence entre la carte réelle et la carte virtuelle dans la région des balises ou repères géographiques. 13 Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que l'étape consistant à analyser lesdits signaux d'écho comprend la détermination d'une signature Doppler, d'un signal d'écho et l'attribution à ce signal d'une valeur binaire "zéro" ou "un" correspondant à la terre ou à la mer. 14 Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que l'étape consistant à comparer la carte virtuelle avec la carte réelle et à effectuer un enregistre- ment de coordonnées comprend l'étape consistant à utiliser une technique d'ajustement mathématique ou autre procédé pour minimiser la différence entre la carte virtuelle et la carte réelle. 15 Procédé selon la revendication 14, caractérisé par le fait que la technique d'ajustement mathématique est une technique de minimisation des moindres carrés.