Brevet FR2692997A1 — publié le 19931231

DISPOSITIF DE PRÉTRAITEMENT DU SIGNAL POUR RADAR A IMPULSIONS A TRAITEMENT NUMÉRIQUE La présente invention se rapporte à un dispositif de prétraitement du signal pour radar à impulsions à traitement numérique. Un radar à impulsions est un dispositif à ondes électromagnétiques permettant de détecter et localiser une cible réfléchissant l'onde émise, en déterminant sa position angulaire et sa distance. Pour déterminer la distance de la cible, on réalise un échantillonnage temporel, la dimension temporelle des échantillons définissant la précision de la localisation en distance. Dans les radars modernes, après échantillonnage, le signal est numérisé et on effectue un prétraitement avec un filtre intégrateur numérique. Ce filtre permet de faire une intégration de récurrence à récurrence sur un certain nombre de récurrences du radar, sur chaque case en distance définie par la position de l'échantillon associé. Un tel prétraitement permet d'améliorer le rapport signal à bruit de manière à améliorer la détection des cibles qui s'effectue ensuite. Plus la précision en distance demandée est grande, plus la durée d'un échantillon doit être faible et plus les fréquences d'échantillonnage, de numérisation et de traitement sont élevées. Or, il est connu que, en ce qui concerne la numérisation, plus la fréquence est élevée, moins les circuits de conversion disponibles peuvent utiliser de bits pour la représentation du signal en raison des limitations de vitesse des circuits, d'où une limitation indésirable de la dynamique dont on peut disposer. D'autre part, le coût et les problèmes techniques du traitement s'accroissent avec la vitesse de traitement. Un objet de la présente invention est donc un dispositif de prétraitement disposé avant la numérisation du signal pour remédier à ces inconvénients grâce à un abaissement de la fréquence de numérisation et de traitement ultérieur tout en maintenant la vitesse d'échantillonnage désirée. Un autre objet de l'invention est un dispositif de prétraitement peu coûteux car réalisable sous forme intégrée grâce à l'utilisation d'un circuit à transfert de charges (DTC appelé encore CCD dans la littérature anglo-saxonne). Selon l'invention, il est donc prévu un dispositif de prétraitement du signal pour radar à impulsions à traitement numérique, ledit radar comportant un récepteur fournissant un signal en bande de base à un convertisseur analogique-numérique, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un circuit à transfert de charges pour stocker les échantillons de signal reçu venant dudit récepteur, réaliser une intégration sur plusieurs récurrences radar et transférer les échantillons résultant de cette intégration audit convertisseur à une fréquence d'échantillonnage réduite Fs et des circuits d'horloge pour commander les transferts de charge dans ledit circuit à transfert de charge. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints où - la figure 1 est un schéma de principe d'un ensemble de réception radar connu; - la figure 2 est un schéma illustrant l'utilisation d'un dispositif de prétraitement selon l'invention; - la figure 3 est un schéma du dispositif DTC selon l'invention ; et - la figure 4 montre des diagrammes de signaux explicatifs du fonctionnement du dispositif selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement le principe d'un ensemble de réception d'un radar de type conventionnel. Le signal réfléchi par une cible et capté par une antenne 1 est reçu dans un récepteur 2 qui effectue de manière classique la réception du signal pour fournir en sortie un signal vidéo en bande de base. Ce signal est envoyé à un convertisseur analogique-numérique 3. Puis des moyens de prétraitement 4 permettent d'effectuer une intégration dans chaque case distance sur plusieurs périodes de récurrence du radar. Enfin un dispositif de traitement 5 assure la détection et la localisation des cibles. Selon l'invention, il est proposé de faire le prétraitement du signal reçu en analogique avant la conversion analogiquenumérique grâce à un circuit DTC 6 disposé avant le convertisseur analogique-numérique 3' (Figure 2) fonctionnant à une fréquence notablement plus basse ainsi qu'on le verra ci-dessous. Le circuit DTC 6 est représenté plus en détail sur la figure 3. Ce circuit comprend une première rangée de N cellules 61.1 à 61.N dans laquelle les charges sont transférées de cellule en cellule, vers la droite sur la figure . Le signal radar reçu est appliqué sur l'entrée E de la première cellule. Le décalage se fait au rythme d'un signal d'horloge He, comme dans tout circuit à transfert de charges et l'échantillonnage du signal est assuré par la cellule d'entrée. La période d'horloge est égale à où 6 est la résolution en distance c souhaitée (taille de la case distance) et où c est la vitesse de la lumière. Le nombre N de cellules est égal au nombre de cases distance que comporte la portée instrumentée du radar, c'est-à-dire la partie utile de la récurrence du radar.Au bout de N coups d'horloge, on a donc dans les cellules 61.1 à 61.N les N échantillons utiles de la période de récurrence considérée. Comme la dynamique du signal reçu est supérieure à 40 dB, un écrêtage "antiéblouissement" (anti-blooming) est nécessaire pour éviter qu'un signal d'amplitude trop élevé dans une cellule ne pollue, par débordement des charges, les cellules adjacentes. Ceci se fait de manière classique par diode comme dans les circuits DTC connus. Une fois l'échantillonnage d'une période de récurrence terminé, on réalise un transfert parallèle des charges dans une deuxième rangée de N cellules 62.1 à 62.N. Les moyens de transfert entre cellules correspondantes, telles 61.i et 62.i, sont symbolisés par des flèches 612. Ce type de transfert de charges est classique dans les circuits DTC et ne sera donc pas décrit en détail. Le transfert de la première à la seconde rangée est commandé par un signal d'horloge Ht. Comme il est connu, ce transfert s'accompagne de la sommation entre les charges transférées et les charges déjà présentes dans les cellules de la deuxième rangée. On peut réaliser ainsi une intégration sur plusieurs récurrences du radar. On voit que la dynamique maximale pour une cellule de cette deuxième rangée pour une intégration sur 32 récurrences successives est supérieure à 70 dB (à savoir 40 + 20 log 32). Pour éviter les débordements d'une cellule à une autre, il faut prévoir un dispositif d'écrêtage au niveau de chaque cellule. Ceci n'est pas un inconvénient pour l'application envisagée où on veut détecter la présence d'une cible dans une case distance, pas mesurer la puissance reçue. Le signal intégré ainsi obtenu doit être lu indépendamment des opérations précédentes. Pour cela, le dispositif selon l'invention comporte une troisième rangée de N cellules 63.1 à 63.N dans lesquelles on transfère en parallèle les charges obtenues dans les cellules de la deuxième rangée à la fin de chaque opération d'intégration. Les moyens de transfert entre cellules correspondantes sont symbolisés par des flèches 623. Le transfert de la deuxième à la troisième rangée est commandé par un signal d'horloge Hpi. On peut ensuite par un transfert série de cellule en cellule dans cette troisième rangée sortir en série le signal échantillonné sur la sortie S par l'intermédiaire d'un amplificateur de détection 65 qui convertit les charges emmagasinées en signaux électriques de tension ou de courant. Cette lecture s'effectue sous la commande d'un signal d'horloge Hs. Tous les signaux d'horloge nécessaires sont délivrés par des circuits d'horloge 64 synchronisés par les impulsions Sy de synchronisation d'émission du radar. Le fonctionnement de l'ensemble va être décrit plus en détail en se référant également aux signaux de la figure 4. La portée utile du radar est telle qu'elle soit couverte par N cases distance adjacentes et on souhaite faire une intégration du signal sur Nr récurrences successives. Le signal PRF (Figure 4) montre les tops d'émission du radar pour les Nr récurrences successives. Le signal d'horloge He permet l'échantillonnage du signal reçu et le rangement des N échantillons d'une période de récurrence dans la première rangée de cellules du circuit DTC 6. A la fin de chaque période de récurrence du radar, le signal d'horloge Ht permet le transfert parallèle de ces N échantillons de la période qui se termine dans la deuxième rangée de cellules où ils s'ajoutent aux charges représentant les échantillons des périodes de récurrence précédentes. Après le transfert des échantillons de la dernière des Nr périodes de récurrence, le signal d'horloge Hpi commande le transfert parallèle des échantillons du signal intégré dans les cellules de la troisième rangée. Les cellules de la deuxième rangée sont ainsi libérées pour un nouveau cycle d'intégration. La lecture des échantillons de la troisième rangée de cellules peut alors s'effectuer au rythme de l'horloge Hs de manière que les N échantillons soient sortis entre deux tops successifs de l'horloge Hpi. On voit donc que la fréquence Ft de l'horloge Ht est égale à la fréquence de répétition Fr du radar, que la fréquence Fpi de I'horloge Hpi est égale à Fr et que la fréquence de lecture Fs du Nr signal Hs, c'est-à-dire en fait la fréquence d'échantillonnage du signal radar échantillonné et intégré après prétraitement, doit être N supérieure ou de préférence égale à NFpi = N Fr. Ainsi, il est clair que la fréquence d'échantillonnage du signal de sortie du dispositif selon l'invention est de l'ordre de Nr fois plus faible que la fréquence d'échantillonnage Fe (fréquence du signal He) utilisée dans les radars connus. Un des avantages qui en résulte est que l'on peut donc réduire notablement la fréquence de conversion en numérique pour le convertisseur 3' (Figure 2) sans porter le moindrement atteinte à la résolution en distance du radar. Un autre avantage très important de lwinvention est que le dispositif de prétraitement selon l'invention de la figure 3 peut être réalisé sous la forme d'un seul circuit intégré peu coûteux. Bien entendu, l'exemple de réalisation décrit n'est nullement limitatif de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de prétraitement du signal pour radar à impulsions à traitement numérique, ledit radar comportant un récepteur (2) fournissant un signal en bande de base à un convertisseur analogique-numérique (3; 3'), caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un circuit à transfert de charges (6) pour stocker les échantillons de signal reçu venant dudit récepteur (2), réaliser une intégration sur plusieurs récurrences radar et transférer les échantillons résultant de cette intégration audit convertisseur (3') à une fréquence d'échantillonnage réduite Fs et des circuits d'horloge (64) pour commander les transferts de charge dans ledit circuit à transfert de charge. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit à transfert de charge (6) comprend une première rangée de N cellules (61.1 à 61.N) dans laquelle ledit signal reçu est transféré de cellule en cellule par échantillons temporels correspondant chacun à une case distance du radar à une première fréquence d'échantillonnage Fe, la longueur temporelle de ladite première rangée correspondant à la portée utile dudit radar, une deuxième rangée de N cellules (62.1 à 62.N) et des moyens (612) de transfert en parallèle des charges desdites cellules de la première rangée aux cellules correspondantes de la deuxième rangée, ledit transfert s'effectuant à la fréquence Ft à la fin de chaque période de récurrence du radar, et une troisième rangée de N cellules (63.1 à 63.N) ainsi que des moyens (623) de transfert en parallèle des charges desdites cellules de la deuxième rangée aux cellules correspondantes de la troisième rangée, ledit transfert s'effectuant à la fréquence Fpi à la fin de chaque groupe de Nr récurrences du radar. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de sortie (65) pour transférer les charges de cellule en cellule dans ladite troisième rangée et les transformer en une série d'échantillons à ladite fréquence Fs, inférieure à ladite fréquence Fe. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit circuit à transfert de charges (6) comporte des moyens d'écrêtage pour chaque cellule pour éviter les débordements de charge vers les cellules voisines.