Brevet FR2692050A1 — publié le 19931210

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CORRECTION DES DISTORSIONS DE LA LOI DE COMPRESSION D'UN RADAR A COMPRESSION D'IMPULSION NUMERIQUE La présente invention concerne un procédé et un dispositif de correction des distorsions de la loi de compression d'un radar à compression d'impulsion numérique. Tout récepteur radar doit posséder une dynamique appropriée pour, d'une part, pouvoir détecter les signaux faibles provenant de cibles éloignées, et, d'autre part, ne pas saturer à la réception de signaux de fortes amplitudes provenant de cibles proches ou du fouillis environnant. II est connu de réduire la probabilité de saturation d'un récepteur en programmant le gain comme une fonction du temps, de façon à ce qu'il soit faible pour les cibles proches et élevé pour les cibles éloignées. C'est le principe du STC (initiales anglosaxonnes de Sensitivity Time Control, ou gain variable dans le temps), qui a pour but de normaliser en amplitude les échos reçus. Cependant, dans le domaine des radars à compression d'impulsion suivant toute loi de compression connue, l'utilisation du STC est limitée par le fait qu'il introduit une déformation de la loi de compression utilisée, laquelle n'est plus symétrique et se voit affectée d'une remontée des lobes secondaires. II en résulte la possibilité d'obtenir un biais en distance sur la position d'un écho, et une augmentation des risques de fausses alarmes. La présente invention a pour but de pallier cette limitation en proposant de corriger les effets indésirables du STC dans un radar à compression d'impulsion numérique. Plus précisément, I'invention concerne un Procédé de correction des distorsions de la loi de compression d'un radar à compression d'impulsion numérique du type émettant un signal expanseur x(t), et traitant, à la réception, un signal vidéo z(t) atténué selon une loi d'atténuation STC(t) donnée, variable dans le temps, ladite loi de compression étant obtenue par corrélation dans une fenêtre glissante de corrélation de largeur donnée, d'un nombre N d'échantillons du signal vidéo atténué z(t) STC(t) par un nombre N d'échantillons du signal expanseur, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à ramener ladite loi d'atténuation STC(t), pour l'ensemble des échantillons compris dans la fenêtre de corrélation, à une valeur d'atténuation sensiblement constante, choisie dans les échantillons de la loi d'atténuation. Un second objet de l'invention est un dispositif de correction des distorsions de la loi de compression d'un radar à compression d'impulsion numérique du type comprenant des moyens d'émission d'un signal expanseur x(t), des moyens d'atténuation d'un signal reçu selon une loi d'atténuation STC(t) donnée, variable dans le temps, ladite loi de compression étant obtenue par corrélation dans une fenêtre glissante de corrélation de largeur donnée, d'un nombre N d'échantillons du signal vidéo atténué z(t) STC(t) par un nombre N d'échantillons du signal expanseur, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte un module pour corriger N échantillons intervenant dans la corrélation de manière à ramener ladite loi d'atténuation STC(t), pour l'ensemble des échantillons compris dans la fenêtre de corrélation, à une valeur d'atténuation sensiblement constante, choisie dans les échantillons de la loi d'atténuation. L'invention sera mieux comprise au vu de la description suivante, faite en référence aux figures annexées - La figure i rappelle, sous forme de diagramme-bloc, le fonctionnement d'un radar à compression d'impulsion numérique utilisant le STC, selon l'art antérieur - La figure 2 illustre le principe de correction effectué par le radar de l'invention; - Les figures 3a et 3c illustrent des variantes du procédé selon l'invention; - La figure 4 est un exemple de dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention dans un radar à compression d'impulsion numérique utilisant le STC - Les figures 5a et 5b illustrent deux variantes possibles de mise en oeuvre selon l'invention. La figure 1 est un diagramme-bloc illustrant le principe de fonctionnement d'un radar à compression d'impulsion utilisant le STC, selon l'art antérieur La chaîne d'émission d'un tel radar doit tout d'abord générer, par tous moyens 1 connus, un signal x(t) dit signal expanseur. Ce signal x(t) peut être un signal hyperfréquence, ou encore un signal en fréquence intermédiaire, transposé par la suite en hyperfréquence. Généralement, il s'agit d'un signal chirp, c'està-dire d'un signal modulé quasi-linéairement en fréquence. Mais il peut s'agir également d'un signal codé, par exemple en phase. Le signal expanseur x(t) est alors émis, par exemple au moyen d'un émetteur 2 et d'une antenne d'émission 3. Sur la figure 1, on a supposé que l'antenne 3 servait également à la réception, d'où la présence d'un circulateur hyperfréquence 4.Le signal reçu r(t) est classiquement atténué suivant une loi d'atténuation STC(t), donnée par l'intermédiaire d'un module 5a délivrant à tous moyens de multiplication 5b, un gain variable dans le temps. La chaîne de réception du radar comporte, en outre, un récepteur 6 qui effectue, de manière classique, les fonctions d'amplification, de transposition à une ou plusieurs fréquences intermédiaires, et de démodulation quadratique, de manière à délivrer un signal vidéo complexe que nous noterons y(t) = z(t) x STC (t), le signal z(t) étant le signal vidéo que l'on obtiendrait si il n'y avait pas de STC. Dans le cas d'un radar à compression numérique, le signal vidéo complexe est alors fourni à un premier échantillonneur-codeur 7 fonctionnant à une période T satisfaisant à la condition de Shannon, et délivrant des échantillons z(kT) STC(kT), K étant l'indice courant. Une technique possible de compression d'impulsion consiste à corréler le signal expanseur x(t) retardé, par le signal vidéo. Dans notre exemple, la loi d'expansion est numérique. II suffit de retrouver temporellement, à l'aide d'un module 8, les coefficients ayant servi à l'expansion pour retrouver les N échantillons du signal expanseur. On aurait pu également prélever le signal expanseur x(t) et le fournir à un second échantillonneurcodeur fonctionnant à la même période d'échantillonnage T. Un corrélateur 9 procède alors à la corrélation, dans une fenêtre glissante de longueur NT, de N échantillons du signal expanseur retardé avec N échantillons du signal vidéo. Rappelons que la corrélation dans une fenêtre de corrélation de largeur NT de N échantillons du signal vidéo par N échantillons du signal expanseur consiste à calculer l'expression ou x * est le conjugué du signal expanseur et m est un entier relatif à un retard mT du signal x La loi de compression totale est obtenue en faisant glisser la fenêtre de corrélation sur les échantillons et en calculant à chaque fois les valeurs de Rxy(mT) pour tout m variant de la première case distance à la dernière. En remplaçant, dans la relation i précédente, le terme y(KT) par sa valeur, on obtient la relation La présence, dans la relation (2), du terme complexe STC (KT) dans la somme, est responsable de la distorsion de la loi de compression et de la remontée des lobes secondaires. Cette distorsion est due plus précisément au fait que le terme STC (KT) n'est pas constant dans la fenêtre de corrélation. La figure 2 illustre le principe de la correction effectuée par le radar à compression d'impulsions selon l'invention Sur cette figure, la courbe 10 montre un exemple de loi d'atténuation STC en fonction du temps, donc de la distance R radar-cible. L'allure de cette courbe 10 montre que l'atténuation est forte pour des échos proches, et va en s'affaiblissant lorsque la distance R augmente. On a représenté également, par des traits continus verticaux, les cases-distances 11 considérées par le radar. La largeur 12 de la fenêtre de compression est généralement multiple de la largeur d'une case-distance, par exemple d'un facteur 4 comme illustré sur la figure 3. On peut alors faire glisser la fenêtre de compression d'une case-distance afin de couvrir toutes les distances possibles. Comme nous l'avons dit précédemment, la loi de compression présente des distorsions dues au fait que l'atténuation n'est pas constante dans une fenêtre de compression La figure 2 montre que, pour la fenêtre délimitée par les points A et B, I'atténuation varie continûment et de façon monotone entre une valeur CMAX et une valeur CMIN. La correction de la distorsion faite selon l'invention consiste à faire une atténuation par palier d'atténuation constante sur une largeur temporelle égale à la largeur de la fenêtre de corrélation.En d'autres termes, le procédé selon l'invention propose de ramener les échantillons compris dans la fenêtre de corrélation à une valeur donnée de l'atténuation, par exemple C, choisie parmi les valeurs possibles d'atténuation. Pour ce faire, il convient tout d'abord de calculer1 à partir des N échantillons STC (KT) concernés par la corrélation, N échantillons correcteurs COEFF(KT) tels que le produit de ces N échantillons correcteurs COEFF(KT) par les N échantillons d'atténuation STC(KT) correspondants soit sensiblement égal à la valeur de l'atténuation que l'on s'est choisie. Une fois que l'on a déterminé ces échantillons correcteurs, il faut les appliquer aux échantillons à corréler.La corrélation est alors donnée par une expression du même type que l'expression (2), à savoir avec C = STC(KT) COEFF(KT) pour tout KE [O, N- i] On obtient donc une loi de compression identique, au facteur C près, à celle que l'on aurait obtenu sans STC, c'est-à-dire sans distorsions. II est important de noter que la correction selon l'invention supprime uniquement l'effet indésirable du STC mais conserve sa fonction première d'atténuation en fonction du temps. En effet, I'atténuation s'effectue alors par palier dont la largeur est celle de la fenêtre de compression et dont l'amplitude change dès que l'on fait glisser cette fenêtre, de façon à suivre globalement la loi d'atténuation du STC. Le sens des flèches sur la figure 2 montre que la correction équivaut à diminuer les valeurs de STC(t) appartenant à l'intervalle [C; CMAX], donc à augmenter l'atténuation par rapport à la loi d'atténuation initiale, et à augmenter les valeurs de STC(t) appartenant à l'intervalle [CMIN, Ci, donc à diminuer l'atténuation. Lorsque l'on fait glisser la fenêtre de compression, par exemple d'une case-distance, on calcule à nouveau tous les coefficients correcteurs. D'après l'expression (3), il y a trois façons possibles d'appliquer les échantillons correcteurs, correspondant à trois endroits différents de la chaîne de réception, comme illustré sur les figures 3a à 3c Sur les trois variantes, une même étape référencée 20 consiste à calculer, à partir des N échantillons STC(KT), les N échantillons correcteurs COEFF(KT). Dans la variante de la figure 3a, on multiplie alors, à l'étape 21a, les N échantillons de signal vidéo par les N échantillons correcteurs avant de faire à proprement dit la corrélation par les N échantillons du signal expanseur. Dans la variante de la figure 3b, on multiplie, à l'étape 21 b, les N échantillons STC (KT) de la loi d'atténuation par les N échantillons correcteurs avant même d'atténuer le signal vidéo. Enfin, dans la variante de la figure 3c, la correction se fait au niveau même de la corrélation, en multipliant, à l'étape 21c, les échantillons [(k-m)T] intervenant dans la relation (3) par les échantillons correcteurs. La figure 4 est un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention dans un radar à compression numérique utilisant le STC : Les éléments communs avec ceux de la figure i portent la même référence et ne seront pas décrits à nouveau. Le dispositif de correction selon l'invention consiste en un module 23 qui effectue, conformément aux trois variantes du procédé, la correction sur les N échantillons du signal vidéo y(t), sur les N échantillons de la loi d'atténuation STC(t), ou sur les N échantillons xe[(k-m)T] intervenant dans le produit de corrélation. Les N échantillons de la loi d'atténuation STC(t) et x*[(k-m)T] sont obtenus directement lorsque les lois d'expansion et d'atténuation sont numériques. Les figures 5a et 5b détaillent deux combinaisons possibles d'éléments constitutifs de ce module 23, respectivement dans le cas où la correction est appliquée aux N échantillons x * [(k-m)T], et aux échantillons y(KT) : dans les deux combinaisons, on suppose que le module 23 reçoit directement les échantillons y(KT) du signal vidéo, x(KT) du signal expanseur et STC(KT) de la loi d'atténuation, sur trois voies de traitement différentes: une première voie de traitement est constituée d'un module 24 de calcul des échantillons correcteurs COEFF(KT) à partir des échantillons STC(KT).Une seconde voie de traitement comprend des moyens 25 affectant aux échantillons x(KT) un retard mT et calculant le conjugué de chaque échantillon de manière à délivrer les échantillons x+[(k-m)T]. Une troisième voie de traitement reçoit en entrée les échantillons y(KT). Sur la seconde et troisième voies de traitement, les échantillons sont fournis à une ligne à retards constituée de (N-i) retards 91 connectés en série, et retardant chacun d'une durée T. Pour ce qui concerne la première voie de traitement, les coefficients correcteurs COEFF(KT) sont déduits directement des coefficients STC(KT) et sont fournis en parallèle par le module 24. Les deux lignes à retards des seconde et troisième voies de traitement fournissent ainsi chacune N échantillons prélevés avant ou après les retards 91, et qui vont être traités parallèlement dans le cas de la figure 5a, les N échantillons correcteurs COEFF(KT) issus de la première voie de traitement sont appliqués aux N échantillons x+[(k-m)T] issus de la seconde voie de traitement par l'intermédiaire de N premiers moyens de multiplication 92. Les N sorties relatives aux N premiers moyens 92 sont alors appliquées aux N échantillons y(KT) correspondants issus de la troisième voie de traitement par l'intermédiaire de N seconds moyens de multiplication 93. Les N sorties relatives aux N seconds moyens 93 sont ensuite additionnées par des moyens de sommation 94 délivrant en sortie le coefficient de corrélation Rxy(mT). Sur la figure 5b, les éléments constitutifs du module 23 sont les mêmes et portent les mêmes références. Seules les connexions sont différentes car la correction se fait ici sur les échantillons du signal vidéo. Ainsi, les N premiers moyens de multiplication 92 reçoivent sur leurs deux entrées les N échantillons COEFF(KT) issus de la première voie de traitement et les N échantillons y(KT) issus du module 24. Chacune des N sorties des N premiers moyens de multiplication 92 constituent toujours une des deux entrées des N seconds moyens de multiplication 93, I'autre entrée étant cette fois-ci constituée par un échantillon x [(k-m)T] issu de la seconde voie de traitement. REVENDICATIONS 1. Procédé de correction des distorsions de la loi de compression d'un radar à compression d'impulsion numérique du type émettant un signal expanseur x(t), et traitant, à la réception, un signal vidéo z(t) atténué selon une loi d'atténuation STC(t) donnée, variable dans le temps, ladite loi de compression étant obtenue par corrélation dans une fenêtre glissante de corrélation de largeur donnée, d'un nombre N d'échantillons du signal vidéo atténué z(t) STC(t) par un nombre N d'échantillons du signal expanseur, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à ramener ladite loi d'atténuation STC(t), pour l'ensemble des échantillons compris dans la fenêtre de corrélation, à une valeur d'atténuation sensiblement constante1 choisie dans les échantillons de la loi d'atténuation. 2. Procédé de correction selon la revendication 1, caractérisé en ce que la loi d'atténuation STC(t) est ramenée à ladite valeur d'atténuation avant la corrélation en - calculant N échantillons correcteurs tels que le produit de ces échantillons correcteurs par les échantillons, correspondants au même instant, de la loi d'atténuation, soit sensiblement égal à ladite valeur d'atténuation - multipliant les N échantillons du signal vidéo atténué par les N échantillons correcteurs correspondants. 3. Procédé de correction selon la revendication 1, caractérisé en ce que la loi d'atténuation STC(t) est ramenée à ladite valeur d'atténuation au niveau de la corrélation en - calculant N échantillons correcteurs tels que le produit de ces échantillons correcteurs par les échantillons, correspondants au même instant, de la loi d'atténuation, soit sensiblement égal à ladite valeur d'atténuation - multipliant les N échantillons du signal expanseur conjugué par les N échantillons correcteurs correspondants. 4. Procédé de correction selon la revendication 1, caractérisé en ce que la loi d'atténuation STC(t) est ramenée à ladite valeur d'atténuation avant l'atténuation du signal vidéo en - calculant N échantillons correcteurs tels que le produit de ces échantillons correcteurs par les échantillons, correspondants au même instant, de la loi d'atténuation, soit sensiblement égal à ladite valeur d'atténuation - multipliant les N échantillons de la loi d'atténuation par les N échantillons correcteurs correspondants. 5. Procédé de correction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur d'atténuation est la valeur moyenne des échantillons de la loi d'atténuation compris dans la fenêtre. 6. Dispositif de correction des distorsions de la loi de compression d'un radar à compression d'impulsion numérique du type comprenant des moyens (1, 2, 3, 4) d'émission d'un signal expanseur x(t), des moyens (5a, 5b) d'atténuation d'un signal reçu selon une loi d'atténuation STC(t) donnée, variable dans le temps, ladite loi de compression étant obtenue par corrélation dans une fenêtre glissante de corrélation de largeur donnée, d'un nombre N d'échantillons du signal vidéo atténué z(t) STC(t) par un nombre N d'échantillons du signal expanseur, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte un module (23) pour corriger N échantillons intervenant dans la corrélation de manière à ramener ladite loi d'atténuation STC(t), pour l'ensemble des échantillons compris dans la fenêtre de corrélation, à une valeur d'atténuation sensiblement constante, choisie dans les échantillons de la loi d'atténuation. 7. Dispositif de correction selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit module 23 comporte - une première voie de traitement des échantillons de la loi d'atténuation constituée d'un module (24) de calcul d'échantillons correcteurs tel que le produit de ces échantillons correcteurs par les échantillons de la loi d'atténuation correspondants au même instant, soit sensiblement égal à ladite valeur d'atténuation - une seconde voie de traitement des échantillons du signal expanseur constituée de moyens (25) retardant les échantillons et délivrant les conjugués des échantillons retardés - une troisième voie de traitement des échantillons du signal vidéo atténué - deux lignes à retards, chacune étant disposée sur la seconde et la troisième voies de traitement, et constituée de (N-l) retards (91) de durée égale à la période d'échantillonnage et connectés en série - N premiers moyens (92) effectuant chacun la multiplication d'un échantillon correcteur de la troisième voie avec un échantillon correspondant issu d'une voie choisie parmi la première et la seconde voie de traitement; - N seconds moyens (93) effectuant chacun la multiplication d'une sortie des premiers moyens (92) avec un échantillon correspondant issu de la voie non choisie - des moyens (94) effectuant la sommation des sorties des seconds moyens (93).