Brevet FR2685493A1 — publié le 19930625

Cette invention concerne un système d'identification de cible et, plus particulièrement, un semblable système qui utilise un radar à ouverture synthétique (SAR). Un SAR est un type de radar destiné à être utilisé sur une plate-forme mobile dans lequel on obtient une résolution angulaire très élevée en emmagasinant et en intégrant les signaux revenus pendant le déplacement linéaire de la plate-forme. On estime que l'invention s'applique principalement à un radar qui fonctionne dans les limites du spectre électromagnétique, mais il pourrait également s'appliquer à un radar sonique, ctest-à-dire un sonar. Le terme radar est donc supposé comprendre, dans cette description, le sonar. La résolution que l'on peut obtenir à l'aide d'un SAR est si bonne qu'il peut être utilisé pour produire des cartes radar très nette du sol depuis un aéronef ou un engin spatial. Puisqu'il fonctionne aux fréquences micro-onde ou millimétriques, on peut l'employer dans des conditions nuageuses ou dans d'autres conditions de mauvaise visibilité entre le radar et le sol. En raison de sa haute résolution spatiale, on utilise le SAR pour détecter de petites cibles fixes sur le sol. Au cours des deux à cinq dernières années, est apparue une tendance à essayer d'obtenir une résolution de plus en plus élevée produisant une carte qui donne plus de détail sur l'arrière fond. Néanmoins, même avec la très bonne résolution qui peut aujourd'hui être obtenue, il reste difficile de détecter des cibles intéressant les militaires au milieu des détails de l'arrière-fond.Les routes sont peu distinguables des fossés remplis d'eau, les haies bordant les champs peuvent être confondues avec des routes, et les zones ombrées qui se trouvent derrière des banquettes surélevées semblent identiques à des routes ou des rivières. Une tentative pour surmonter cette difficulté a consisté à identifier des points de la carte où une intensité du signal renvoyé dépasse un certain seuil et à mettre en évidence ces points. Cette technique n'est pas entièrement satisfaisante et peut être cause d'une certaine confusion puisqu'elle peut conduire à ce que des points particuliers situés le long, par exemple, d'un fossé rempli d'eau soient soulignés lorsque la surface réfléchissante se présente sous des angles appropriés.Puisqu'il est difficile de distinguer entre un fossé et, par exemple,une route, il est possible de faire une fausse interprétation des points soulignés et d'imaginer qu'ils représentent des véhicules militaires placés le long d'une route. Cette invention propose un système radar à ouverture synthétique qui comprend un moyen servant à émettre des impulsions radar sur une zone soumise à examen, et un moyen de traitement radar à ouverture synthétique qui utilise ces impulsions après réflexion sur ladite zone pour produire une image ou un signal constituant une représentation de ladite zone, caractérisé par un moyen qui donne accès à une information préenregistrée représentant une carte ou plusieurs cartes d'une zone relativement grande ; un moyen servant à émettre des deuxièmes impulsions radar, relativement longues, sur ladite zone ; un deuxième moyen de traitement radar à ouverture synthétique qui utilise les impulsions relativement longues pour produire des signaux représentant des particularités de la zone relativement petite soumise à examen, ces signaux ayant une résolution relativement faible ; un moyen qui met en corrélation le signal de sortie du deuxième moyen de traitement radar à ouverture synthétique avec ladite information préenregistrée pour établir la position de la zone relativement petite à l'intérieur de la zone relativement grande ; un moyen qui utilise le signal de sortie du moyen de corrélation pour sélectionner, à partir d'un information préenregistrée, la partie de celle-ci qui correspond à la zone relativement petite soumise à examen ; un moyen servant à identifier, à partir du signal de sortie du radar à ouverture synthétique mentionné en premier, les coordonnées de cibles potentielles ; et un moyen qui superpose un signal ou une image représentant ces cibles avec un autre signal ou une autre image représentant la partie sélectionnée de l'information préenregistrée décrivant la zone relativement petite. En employant l'invention, on est amené, de manière surprenante, à écarter les détails de l'arrière-fond obtenus à partir du processeur du SAR mentionné en premier, présentant une résolution relativement élevée, pour ne retenir que les coordonnées de cibles potentielles. On remplace ensuite le matériau rejeté par des détails d'arrière-fond plus fiables provenant de l'information préenregistrée. Ceci permet à un opérateur humain de décider si les cibles indiquées sont susceptibles d'être des cibles réelles. Ceci est considéré comme un avantage important puisqu'il est inévitable que le processeur du SAR à résolution élevée indique comme cibles potentielles des particularités qui, pour certaines, constituent une menace réelle et, pour d'autres, ne le font pas. Suivant une forme préférée de l'invention, on utilise le signal de sortie du processeur du deuxième SAR à résolution relativement faible, pour détecter des cibles mobiles et pour produire leurs coordonnées ; ainsi que pour superposer une indication de ces cibles aux détails de l'arrière-fond à côté de l'indication de cibles fixes ou se déplaçant relativement lentement, provenant du processeur du premier SAR, à résolution élevée. Ceci a une importance particulière, puisque la connaissance du comportement de cibles mobiles peut constituer un atout en ce qui concerne la décision ci-dessus indiquée relative à des cibles mobiles. En d'autres termes, il est important que l'opérateur puisse savoir d'où les cibles viennent et où elles vont. Le moyen permettant de détecter les cibles mobiles peut commodément être obtenu à partir du processeur du SAR à faible résolution, puisque la longueur relative des impulsions utilisées, ainsi que la cellule à longue distance correspondante dans laquelle les retours de ces impulsions sont réfléchis, permet que les réponses venant d'une cible dont la distance radiale varie soient intégrées dans le processeur du SAR au contraire de processeurs de SAR normaux qui n'intègrent pas de réponses en provenance de semblables cibles mobiles. De plus, en sélectionnant de manière appropriée la longueur d'ouverture synthétique, on peut rendre la résolution azimutale du processeur du deuxième SAR plus grossière que celle du processeur du premier SAR. Ceci permet une intégration de réponses en provenance de cibles se déplaçant en azimut. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages ; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe simplifié d'un système de détection de cibles SAR conçu selon l'invention ; - la figure 2 montre des signaux apparaissant sur la ligne II de la figure 1 ; - la figure 3 montre des signaux apparaissant sur la ligne III de la figure 1 ; et - la figure 4 montre des signaux apparaissant sur la ligne IV de la figure 1. Le système représenté, qui est placé sur un aéronef, comprend un ensemble horloge et synthétiseur de fréquence 1. Celui-ci fournit des signaux de haute fréquence à un circuit 2 de commande d'émetteur où ils sont modulés par des impulsions produites par un générateur d'impulsions 3 commandé par le circuit. Les impulsions sont alternativement courtes et longues et de fréquences respectivement différentes fi et f2, comme représenté sur la figure 2. Chaque impulsion longue a dix fois la longueur de l'impulsion courte, bien que d'autres possibilités soient naturellement offertes. Le signal de haute fréquence pulsé qui vient du circuit 2 de commande d'émetteur est amplifié par un tube 4 à ondes progressive, puis est transmis via un duplexeur 5 à une antenne 6 qui est dirigée latéralement par rapport à la direction de déplacement de l'aéronef et vers le bas en direction d'une zone du sol à examiner. Les signaux renvoyés sont mélangés dans un circuit mélangeur 7 avec le signal de sortie d'un oscillateur local 8 commandé par le circuit d'horloge 1 et fonctionnant à une fréquence f3. Le circuit mélangeur 7 comporte un filtre à bande passante qui laisse passer la différence de fréquence f1 -f3 afin de produire des signaux de fréquence intermédiaire à partir des impulsions courtes. Ces signaux de fréquence intermédiaire sont transmis à une série de trente portes de distance 9 qui s'ouvrent à trente moments consécutifs respectifs commençant un temps D après le début de l'émission de l'impulsion courte.Les portes sont commandées par de signaux de synchronisation tels que présentés sur la figure 3 provenant de l'ensemble horloge et synthétiseur de fréquence 1. Les trente signaux de:.sortje des portes 9, qui représentent les signaux de trente cellules de distance respectives couvrant une bande du sol devant être balayée par le radar à ouverture synthétique, sont transmis à un circuit 10 de traitement radar à ouverture synthétique classique commandé par des signaux provenant de l'ensemble horloge et synthétiseur de fréquence 1. Le signal de sortie du processeur de radar à ouverture synthétique est, comme cela est classique, un signal vidéo à haute définition représentant l'intensité du signal renvoyé par chaque point de la bande de sol soumise à examen et il pourra être utilisé pour produire une image. Toutefois, la plus grande partie de cette information disponible est écartée par un dispositif de seuil 11 qui ne laisse passer que les parties du signal qui sont particulièrement intenses. On fixe le seuil dans cet exemple de manière que les retours provenant de particularités à haute réflectivité, comme des cibles militaires ou des bâtiments, soient transmis tandis que les retours faibles venant de routes, de champs, de haies, de fossés, etc, soient tous arrêtés.On affiche ensuite la position des cibles à haute réflectivité ainsi détectées sur un générateur d'image 12, lequel, dans cet exemple, est un tube à rayons cathodiques. Il faut noter que le processeur du SAR à haute définition 10 est tel qu'il rejette les réponses venant de cibles qui se déplacent relativement rapidement et qu'il est besoin d'une autre installation (qui sera décrite ultérieurement) pour assurer que ces cibles soient affichées. Les signaux renvoyés de la part du duplexeur 5 sont également mélangés, dans un deuxième circuit mélangeur 13, avec le signal de sortie d'un deuxième oscillateur local 14 commandé par l'ensemble horloge et synthétiseur de fréquence 1 et fonctionnant à une fréquence f4. Le circuit mélangeur 13 comporte un filtre à bande passante qui pulse la différence de fréquence f2-f4 (laquelle est égale à la différence de fréquence fl-f3 dans ce mode de réalisation particulier). Les signaux de fréquence intermédiaire résultants sont donc obtenus à partir des impulsions longues. Ces signaux de fréquence intermédiaire sont transmis à un groupe de trois portes de distance 15 qui s'ouvrent à trois temps respectifs commençant un temps D après le début de l'émission de l'impulsion longue.Les portes sont commandées par des signaux de synchronisation tels que présentés sur la figure 4 provenant de l'ensemble horloge et synthétiseur de fréquence 1. La durée totale pendant laquelle les portes 15 sont ouvertes est égale à la durée totale pendant laquelle les trente portes 8 sont ouvertes, si bien que les trois signaux de sortie de la porte 14 représentent des signaux de trois cellules de distance respectives s'étendant sur la même bande de sol que ci-dessus indiqué. On comprendra que le choix de trois portes de distance en 15 et de trente portes de distance en 9 a été effectué dans un pur but d'explication et que, en pratique, on peut utiliser des nombres beaucoup plus grands. Les signaux de sortie des portes de distance 15 sont transmis à un circuit 16 de traitement radar à ouverture synthétique qui est identique à celui présenté en 9, à l'exception du fait qu'il est simplement produit un signal vidéo à faible définition. Ce signal est transmis via un circuit 17 où une amplitude de seuil relativement basse est définie et où les signaux d'amplitudes inférieures à ce seuil sont rejetés. On sélectionne le niveau de seuil de manière connue, si bien que l'effet de principe est de rejeter le bruit. Chaque image complète d'information vidéo venant de la sortie du circuit de seuil 17 est comparé, dans un corrélateur 18, avec des parties différentes successives d'une carte 19A à faible définition contenue dans une mémoire 19 et représentant les signaux attendus de la part du processeur 15 sur toute l'étendue d'une zone relativement grande contenant la zone en cours d'examen. Malgré la faible définition de ses deux signaux d'entrée, le corrélateur est, de ce fait, en mesure d'identifier les coordonnées de la zone soumise à examen avec un haut degré de précision, puisque même une image de radar à ouverture synthétique de faible définition d'une surface de sol peut normalement présenter un ensemble spatial relatif identifiable de particularités même si les particularités pourraient ne pas être identifiables isolément. Le signal de sortie du corrélateur 18 est constitué par les coordonnées de la zone de sol examinée à un instant particulier et il est utilisé pour lire, dans une carte numérique détaillée 19B contenue dans la mémoire 19, un signal vidéo détaillé d'une manière correspondante qui représente la zone de terre considérée. On applique ce signal au générateur d'image 12 afin de superposer, à la carte détaillée (dite carte d'état major), les indications de cibles fixes et en déplacement lent fournies par le processeur 10 et les indications de cibles mobiles reçues de la part du processeur de SAR 16 via un indicateur 20 de cibles mobiles qui ne laisse passer que les signaux provenant de cibles mobiles. Le fonctionnement d'un tel indicateur de cibles mobiles est bien connu, ses principes étant par exemple décrits dans le livre intitulé "Radar Handbook" de Merrill Sholnik, publié en 1970 par la Société MacGraw-Hill. Un circuit particulièrement adapté est décrit dans notre demande de brevet britannique n" 8524828 du 2 juillet 1985. Il faut noter que, puisqu'il s'agit d'une faible définition, le processeur 16 du SAR ne rejette pas des cibles en déplacement rapide comme le fait le processeur à définition élevée 10. Le générateur d'image 12 peut afficher des indications de cibles venant de l'indicateur 20 d'une manière différente, relativement aux indications de cibles reçues de la part du circuit 11, si bien que l'opérateur peut voir quelles cibles potentielles se déplacent. La carte à faible résolution 19A peut être compilée au cours d'une phase préparatoire pendant laquelle l'ensemble de la zone relativement grande définie par la carte 19B est examinée par un radar à ouverture synthétique de faible définition. Selon une autre possibilité, on peut préparer la carte à faible définition 19A en examinant visuellement une carte d'état major. L'homme de l'art peut identifier, à partir d'une telle carte, les particu larités fixes qui sont susceptibles de donner des intensité différentes de retour radar ; et ces intensités différentes peuvent être introduites manuellement dans une mémoire de données pour former la carte à faible définition 19A. Suivant un autre mode de mise en oeuvre, on peut omettre la carte à faible définition 19A. Dans un tel système, chaque image complète d'information vidéo provenant de la sortie du circuit 17 est comparée, dans le corrélateur 18,avec des parties différentes successives de la carte 19B. La partie qui donne la meilleure corrélation est ensuite fournie au générateur d'image 12. Il n'est pas nécessaire que tous les constituants présentés sur la figure I soient montés sur l'aéronef. En particulier, la mémoire 19 pourra être basée au sol, la liaison avec les autres composants de l'aéronef se faisant par un système de communication radioélectrique, ou un autre système approprié. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du système 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. Système radar à ouverture synthétique comprenant un moyen (1 à 6) qui émet des impulsions radar, à destination d'une zone soumise à examen, et un moyen (10) de traitement radar à ouverture synthétique qui utilise ces impulsions, après réflexion sur ladite zone, pour produire une image ou un signal constituant une représentation de ladite zone, caractérisé par : un moyen (18) qui donne accès à une information préenregistrée (19) représentant une carte ou plusieurs cartes d'une zone relativement grande ; un moyen (1 à 6) qui émet des deuxièmes impulsions radar relativement longues à destination de ladite zone ; un deuxième moyen (16) de traitement radar à ouverture synthétique qui utilise les impulsions relativement longues pour produire des signaux représentatifs de particu larités de la zone relativement petite soumise à examen, ces signaux ayant une résolution relativement faible ; un moyen (18) qui corrèle le signal de sortie du deuxième moyen de traitement radar à ouverture synthétique avec ladite information préenregistrée pour établir la position de la zone relativement petite à l'intérieur de la zone relativement grande ; un moyen qui utilise le signal de sortie du moyen de corrélation pour sélectionner, dans l'information préenregistrée, la partie de celle-ci qui correspond à la zone relativement petite soumise à examen ; un moyen (11) servant à identifier, à partir du signal de sortie du radar à ouverture synthétique mentionné en premier, les coordonnées de cibles potentielles ; et des moyens (12) qui superposent un signal ou une image représentant ces cibles à un autre signal ou une autre image représentant la partir sélectionnée de l'information préenregistrée dépeignant la zone relativement petite. 2. Système radar à ouverture synthétique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (20) servant à identifier, à partir du signal de sortie du deuxième moyen de traitement synthétique (16), des indications de cibles mobiles et qu'il superpose également celles-ci audit signal ou à ladite image représentant la partie sélectionnée de l'information préenregistrée.