Brevet FR2709836A1 — publié le 19950317

1i 2709836 SYSTEME D'IMAGERIE RADAR HYPERFREQUENCE A DOUBLE ZONE DE COUVERTURE, DESTINEE A ETRE EMBARQUEE SUR SATELLITE La présente invention se rapporte à une installation d'imagerie radar hyperfréquence embarquée sur satellite défilant en orbite basse et à double zone de couverture. Un satellite d'observation de la surface de la terre ne peut effectuer que des visées latérales. Une visée latérale définit, lors du défilement du satellite, une bande de couverture au sol appelée "fauchée". Une seule visée latérale, et donc une seule fauchée, est considérée actuellement comme insuffisante, et il est demandé d'effectuer simultanément deux visées latérales, une de chaque côté du satellite, définissant ainsi deux tracés au sol, ou fauchées, parallèles. La solution actuellement adoptée pour réaliser une telle mission d'imagerie radar hyperfréquence à double-fauchée consiste à prévoir sur le satellite deux antennes d'émission/réception distinctes, rayonnant respectivement de part et d'autre du satellite, ces deux antennes distinctes étant respectivement associées à deux blocs électroniques corrélatifs de formation de faisceaux,20 également distincts. On double ainsi toute l'électronique de puissance qui fait partie de la charge utile embarquée sur le satellite, ce qui est très pénalisant en termes de prix de revient, de masse embarquée sur le satellite, ainsi qu'en terme de25 consommation d'énergie électrique. L'invention vise à remédier à cet inconvénient. Elle se rapporte à cet effet à un système d'imagerie radar hyperfréquence embarquée sur satellite et à double zone de couverture, comprenant deux réflecteurs principaux cylindro-30 paraboliques illuminés respectivement par deux réseaux primaires de sources aptes à émettre ou à recevoir des ondes hyperfréquence, les réseaux primaires étant disposés sensiblement dans le plan focal respectif des réflecteurs principaux, caractérisé en ce que lesdits réseaux primaires35 sont alimentés à partir d'une chaîne d'amplification unique. Selon une caractéristique préférentielle, les réseaux primaires sont alimentés en alternance à partir d'une chaîne d'amplification unique. Selon une réalisation particulière, le système de l'invention comprend en outre au moins un réseau collecteur, et les réseaux primaires sont alimentés à partir de ce(s) réseau(x) collecteur via des voies d'une 5 connectique homothétique qui conserve les relations géométriques entre les signaux reçus par les sources d'un réseau collecteur et les signaux transmis vers les sources d'un réseau primaire correspondant. Deux variantes de réalisation seront décrites explicitement, l'une comprenant en outre un réseau actif et un réflecteur auxiliaire, et un seul réseau collecteur disposé dans le plan focal dudit réflecteur auxiliaire qui est illuminé par ledit réseau actif; et l'autre comprenant en outre deux réseaux actifs, deux réflecteurs auxiliaires,15 et deux réseaux collecteurs disposés chacun dans le plan focal respectif de l'un desdits réflecteurs auxiliaires qui est illuminé respectivement par l'un desdits réseaux actifs. Selon une caractéristique préférentielle, les réseaux primaires sont excités par des polarisations orthogonales entre elles. Plusieurs variantes du système selon l'invention comprennent cette caractéristique. Selon une première réalisation, le réseau primaire du premier réflecteur principal est composé de sources aptes à émettre ou à recevoir des ondes hyperfréquence d'une première25 polarisation, et le réseau primaire du second réflecteur principal est composé de sources aptes à émettre ou à recevoir des ondes hyperfréquence d'une seconde polarisation, lesdites première et seconde polarisations étant orthogonales entre elles. Selon une réalisation particulière, chaque source du réseau primaire relatif au premier réflecteur principal est connecté à un premier accès d'une source géographiquement correspondante dudit réseau collecteur, ce réseau collecteur étant composé de sources à bi-polarisation, et ce premier accès étant relatif à ladite première polarisation; et, de la même façon, chaque source du réseau primaire relatif au deuxième réflecteur principal et correspondante géographiquement à chaque source est connecté à un second accès, ce second accès étant relatif à ladite seconde polarisation; et ledit réseau actif est composé de sources à bi-polarisation ayant deux accès correspondant respectivement à ces deux polarisations; et chaque source dudit réseau actif est alimentée en énergie hyperfréquence par l'intermédiaire d'un commutateur électronique de polarisation, qui dirige alternativement l'énergie hyperfréquence vers le premier accès de ladite source10 relatif à ladite première polarisation, et vers son second accès relatif à l'autre polarisation; de sorte que finalement l'énergie hyperfréquence qui alimente le réseau actif est alternativement dirigée, par l'intermédiaire du réflecteur auxiliaire, du réseau collecteur et de la15 connectique qui relie les sources dudit réseau collecteur à celles correspondantes des deux réseaux primaires, vers l'un et puis l'autre de ces deux réseaux primaires pour être finalement rayonnée vers la terre par l'un, puis l'autre de ces deux réflecteurs cylindro-parabolique. Selon une autre20 caractéristique, un tel système comprend en outre des déphaseurs réglables sur les voies de connectique entre le réseau collecteur et les réseaux primaires. Selon une dernière réalisation particulière, chaque source de chaque réseau primaire est respectivement connectée, par une connectique courte, à une source géographiquement correspondante (homothétique) du réseau collecteur correspondant, le premier réseau collecteur étant apte à recevoir ou émettre des ondes hyperfréquence de la première polarisation, tandis que de la même façon, le30 second réseau collecteur est apte à recevoir ou à émettre des ondes hyperfréquence de la seconde polarisation; et un premier réflecteur auxiliaire est illuminé par un premier réseau actif composé de sources aptes à émettre ou à recevoir des ondes hyperfréquence de la première35 polarisation; et un second réflecteur auxiliaire est illuminé par un second réseau actif composé de sources aptes à émettre ou à recevoir des ondes hyperfréquence de la seconde polarisation; et chaque source de chacun de ces deux réseaux actifs est alimentée en énergie hyperfréquence par l'intermédiaire d'un commutateur électronique de polarisation qui dirige alternativement cette énergie 5 hyperfréquence vers le premier réseau actif et selon la première polarisation, et vers le second réseau actif et selon la seconde polarisation; de sorte que finalement l'énergie hyperfréquence qui est appliquée à ce système est alternativement dirigée vers l'un puis l'autre des10 réflecteurs principaux pour être finalement rayonnée par ceux-ci vers la surface terrestre selon deux fauchées latérales distinctes et positionnées de part et d'autre du satellite. Dans toutes ses réalisations et ses variantes, le système selon l'invention permet d'obtenir deux fauchées au sol à partir d'une chaîne d'amplification unique, faisant ainsi des économies de composants électroniques, et en conséquence, des économies de masse, d'encombrement, de consommation électrique et de dissipation thermique20 engendrées par l'élimination d'une chaîne d'amplification. De toute façon, l'invention sera bien comprise, et ses avantages et caractéristiques ressortiront mieux, lors de la description suivante de quelques exemples non-limitatifs de réalisation, en référence aux dessins schématiques annexés25 dans lesquels: - la figure 1 est une vue latérale très simplifiée d'un système selon l'invention; - la figure 2 est un schéma synoptique unifilaire du système de la figure 1; - la figure 3 est un schéma synoptique bi-filaire d'un autre exemple d'un système selon l'invention; - la figure 4 est une vue en perspective montrant l'implantation des éléments du système selon la figure 3 sur le satellite;35 - la figure 5 est une vue en perspective montrant l'implantation des éléments du système selon la figure 2 sur le satellite. Sur les différentes figures, les mêmes repères se réfèrent aux mêmes éléments. L'échelle du dessin n'est pas rigoureusement respectée pour des raisons de clarté. Tous les exemples qui seront discutés en détail utilisent une 5 antenne d'émission pour illustrer les propos, cependant, il est bien connu de l'homme de l'art le théorème de réciprocité, selon lequel une antenne fonctionne de façon identique en émission ou en réception, à condition d'inverser le vecteur temporel.10 Les descriptions et remarques qui sont faites concernant des antennes d'émission sont aussi strictement transposables, à condition d'inverser le flux de puissance dans l'appareil, à des antennes de réception. Dans le cas d'une antenne radar, le même dispositif physique sera15 généralement appelé à remplir les deux rôles d'émission et de réception; cependant, il faut prévoir deux chaînes d'amplification, l'une pour fournir l'amplification de puissance nécessaire pour l'émission, et l'autre pour amplifier les signaux très faibles reçus après réflexion du20 signal émis par la cible radar. Le traitement des deux voies, de réception et d'émission, est parfaitement symétrique à l'exception de ce détail, et pour la clarté de la description qui suit, il suffit de décrire seule la voie émission, sachant que l'inversion en voie de réception peut en être déduite sans ambiguïté par l'homme de métier. En se référant à l'ensemble des figures 1 à 5, il s'agit d'un système d'antenne d'imagerie radar hyperfréquence par satellite défilant en orbite basse, qui comporte deux réflecteurs cylindro-paraboliques30 principaux 1, 2, rayonnant vers la surface terrestre: un premier réflecteur principal 1 implanté d'un côté du satellite et rayonnant par exemple vers la droite, et un second réflecteur principal 2 implanté de l'autre côté du satellite et rayonnant vers la gauche. Ces deux réflecteurs35 1, 2 sont illuminés par deux réseaux primaires 3, 4 respectifs qui sont pratiquement placés dans leur plan focal F1,F2 respectif. Les deux réseaux primaires 3,4 sont constitués de manière classique de sources de rayonnement telles que des cornets, ou encore des "patches" qui sont des éléments rayonnants planaires, réalisés en technologie microruban, par exemple. L'énergie hyperfréquence 10 est, conformément à l'invention, acheminée alternativement vers les réseaux primaires 3,4, de la façon suivante: Le signal hyperfréquence 10 qui est appliqué à ce système d'antenne (ou reçu par celui-ci) passe classiquement par des déphaseurs réglables 11 et des amplificateurs 12 (qui sont soit des amplificateurs de puissance pour l'émission, soit des amplificateurs faible bruit pour la réception) pour être appliqué à un ensemble commutateur électronique rapide de polarisation 8 comportant une entrée commune de commande 14 et autant de commutateurs unitaires 13 qu'il y a de lignes 10 d'alimentation en énergie hyperfréquence. Le commutateur unitaire 13, illustré de manière classique sur la figure 2, comprend: - une entrée de commande de commutation 14, un coupleur hybride d'entrée 15 recevant le signal de commutation 14, et un coupleur hybride de sortie 16 relié au coupleur par des déphaseurs réglables 17, l'ensemble étant bien entendu totalement réversible et pouvant fonctionner aussi bien à l'émission qu'à la réception. Selon les figures 1 et 2 qui représentent une réalisation préférentielle de l'invention, les sources 6 du réseau actif 5 sont des sources à bi-polarisation, chaque source 6 étant apte à recevoir, sur un premier accès 7, un30 premier signal hyperfréquence polarisé selon une première polarisation (par exemple selon une polarisation circulaire droite), et sur un second accès 8 un autre signal hyperfréquence polarisé selon une deuxième polarisation (par exemple selon une polarisation circulaire gauche). L'onde 935 qui est alors émise par cette source 6 est alors dans un cas une onde à polarisation circulaire droite et dans l'autre cas une onde à polarisation circulaire gauche, la source 6 étant bien entendu réversible et pouvant donc aussi bien émettre que recevoir avec les phénomènes inversés en conséquence. Le faisceau 9 est rayonné alternativement selon une première polarisation puis une seconde polarisation par le réseau actif 5 de sources élémentaires 6, et le faisceau 9 est ensuite réfléchi par un réflecteur cylindro-parabolique auxiliaire 18, pour créer une tâche dans le plan focal F sur un réseau dit "collecteur" constitué de sources collectrices. En général, ce réflecteur auxiliaire 18 aura des dimensions plus petites que les réflecteurs principaux 1,2. Ce réseau collecteur 19 reçoit donc les rayons 20 alternativement polarisés réfléchis par ce réflecteur auxiliaire, et il est composé, comme le réseau actif 5, de sources à bi-polarisation 21 (figure 2), qui peuvent être des cornets ou des patches, par exemple. Il en résulte que chaque source 21 fournit alternativement un signal hyperfréquence d'une première polarisation sur son premier accès de sortie 22 (figure 2) et un signal hyperfréquence de l'autre polarisation sur son autre accès de sortie 23, ceci en réponse à l'onde 20 qu'il reçoit, tout ceci étant bien entendu toujours totalement réversible.25 L'accès 22 est connecté, par une connectique 24 comprenant un déphaseur réglable 25, à une source 31 géographiquement correspondante du réseau primaire 3 qui illumine le réflecteur 2, tandis que l'accès 23 est de même façon connecté, par une connectique 26 comprenant un30 déphaseur réglable 27, à une source 41 géographiquement correspondante du réseau primaire 4 qui illumine le réflecteur 1. Les faisceaux 28 et 29 qui sont finalement rayonnés vers la surface terrestre après réflexion sur les réflecteurs principaux 1 et 2 sont finalement deux faisceaux différents mais issus d'un même signal hyperfréquence 10 et utilisant un seul et même bloc électronique de puissance 12. Les figures 3 et 4 concernent une autre réalisation selon l'invention d'un système d'imagerie radar à double zone de couverture. Le signal hyperfréquence 10 à transmettre est acheminé par un déphaseur réglable 11 et un amplificateur 12 vers le bloc de commutation 38 qui comprend des commutateurs rapides 13 actionnés par l'entrée commune de commande 14. Sur les deux àccès respectifs de sortie 47,48 de chaque commutateur 13 sort alternativement en conséquence: 10. sur les premiers fils 46 un signal hyperfréquence d'une première polarisation (par exemple circulaire droite), et sur des seconds fils 45 un signal hyperfréquence d'une seconde polarisation (par exemple circulaire gauche). Le signal hyperfréquence 46 est appliqué aux sources d'un premier réseau actif 5, dont les sources sont aptes à émettre ou recevoir des ondes d'une première polarisation, tandis que le signal hyperfréquence 45 est appliqué aux sources d'un second réseau actif 66 dont les sources sont aptes à émettre ou recevoir des ondes d'une seconde20 polarisation. Le réseau actif 5 illumine un premier réflecteur auxiliaire cylindro-parabolique 17, semblable au réflecteur 1 mais plus petit, tandis que de manière symétrique le réseau actif 66 illumine un second réflecteur25 auxiliaire cylindro- parabolique 18, identique au réflecteur 17. Le faisceau 9 émis par le réseau actif 5 est réfléchi par le réflecteur 17 selon un faisceau 20, pour se concentrer dans le plan focal F'1 de ce réflecteur, sur un30 réseau 51 dit "collecteur". Ce réseau collecteur 51 est constitué de sources réceptrices (émettrices) aptes à recevoir (ou émettre) des ondes radioélectriques hyperfréquence de ladite première polarisation. Ces sources peuvent être des cornets ou des patches, par exemple.35 Les sources du réseau collecteur 51 sont une à une connectées, par une connectique courte 32 qui comporte éventuellement des déphaseurs réglables non représentés, aux sources géographiquement correspondantes du réseau primaire 4. Cette disposition est décrite plus en détail dans le document FR-A-2 685 551, demande de brevet français au nom de la Demanderesse, qui enseigne une géométrie 5 d'antenne à réflecteurs de type "Gregory" et son utilisation dans un domaine annexe à celui de la présente invention, à savoir celui des antennes de télécommunications. Ce document fait partie intégrante de la présente demande pour ce qui est de sa description de l'art antérieur.10 Il est à noter que le réseau primaire 4, qui est disposé dans le plan focal F1 du réflecteur 1, est composé lui aussi de sources aptes à émettre ou recevoir des ondes hyperfréquence de cette même première polarisation. De façon totalement symétrique, le faisceau 53 émis par le réseau actif 66 est réfléchi par le réflecteur 18 selon un faisceau 54 pour se concentrer dans le plan focal F'2 de ce réflecteur, sur un autre réseau collecteur 55 composé de sources aptes à émettre (ou recevoir) des ondes radioélectriques hyperfréquence de ladite deuxième20 polarisation. Les sources du réseau collecteur 55 sont elles aussi connectées une à une, par une connectique courte 56 qui comporte éventuellement des déphaseurs réglables non représentés, aux sources géographiquement correspondantes du25 réseau primaire 3. Ce réseau primaire 3 est disposé dans le plan focal F2 du réflecteur 2, et il est composé de sources aptes à émettre ou recevoir des ondes hyperfréquence de la seconde polarisation. Dans l'exemple de cette figure, les connexions 32,56 sont très courtes, donc les deux réflecteurs 1,17 de la première polarisation sont pratiquement confocaux, tout comme les deux réflecteurs 2,18 de la deuxième polarisation. Ainsi, chacune de ces deux antennes est montée selon une35 géométrie "offset" de type "Gregory", plus connu sous la dénomination anglo-saxone: "offset fed Gregorian geometry", décrite plus en détail dans le document FR-A-2 685 551, mentionné ci-dessus. Finalement, sous commande alternative du commutateur électronique rapide 38, ce système d'antenne rayonne vers la surface terrestre d'une part, une onde 28 d'une première polarisation qui est réfléchie par le réflecteur 1 positionné d'un côté du satellite, et d'autre part une onde 29 d'une seconde polarisation qui est réfléchie par le réflecteur 2 positionné de l'autre côté du satellite. On obtient donc bien ainsi deux tracés au sol, ou fauchées, pour un seul passage du satellite en utilisant pour ces deux fauchées un seul et même ensemble d'amplificateurs de puissance. Sur la figure 4, qui montre l'implantation réelle de ce système d'antenne sur le satellite, on reconnaît les réflecteurs principaux 1, 2 placés de part et d'autre du satellite, les réflecteurs auxiliaires 17, 18, le réseau collecteur 51, et le réseau primaire 4 d'illumination du réflecteur principal 1, ainsi que la plateforme 30 du20 satellite et son générateur solaire 33. Dans cette vue schématique en perspective, les éléments de collecteur 55 et réseau primaire 3 qui illumine le réflecteur principal 2 sont cachés par le réflecteur auxiliaire 18. Sur la figure 5, qui montre l'implantation réelle du système d'antenne des figures 1 et 2 sur le satellite, on reconnaît les réflecteurs principaux 1,2 placés de part et d'autre du satellite, le réflecteur auxiliaire 18, le collecteur commun 19, le réseau primaire 4 d'illumination du réflecteur 1, ainsi que la plateforme 30 du satellite et son30 générateur solaire 33. Comme il va de soi, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit, et est bien au contraire susceptible d'être mise en oeuvre selon différentes variantes ou par l'utilisation de moyens35 équivalents. il REVENDICATIONS 1. Système d'imagerie radar hyperfréquence embarquée sur satellite et à double zone de couverture, comprenant deux réflecteurs principaux (1,2) cylindro- parabolique illuminés respectivement par deux réseaux primaires (3,4) de sources aptes à émettre ou à recevoir des ondes hyperfréquence, lesdits réseaux primaires (3,4) étant disposés sensiblement dans le plan focal respectif (F1,F2)10 desdits réflecteurs principaux (1,2), caractérisé en ce que lesdits réseaux primaires (3,4) sont alimentés à partir d'une chaîne d'amplification unique. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits réseaux primaires (3,4) sont alimentés en alternance à partir d'une chaîne d'amplification unique. 3. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un réseau collecteur (19;51,55) et en ce que lesdits réseaux primaires (3,4) sont alimentés à partir de20 ce(s) réseau(x) collecteur (19;51,55) via des voies d'une connectique homothétique (24,26;32,56 resp.) qui conserve les relations géométriques entre les signaux reçus par les sources d'un réseau collecteur et les signaux transmis vers les sources d'un réseau primaire correspondant.25 4. Système selon la revendication 3, comprenant en outre un réseau actif (5) et un réflecteur auxiliaire (18), et un seul réseau collecteur (19) disposé dans le plan focal F dudit réflecteur auxiliaire (18) qui est illuminé par ledit réseau actif (5).30 5. Système selon la revendication 3, comprenant en outre deux réseaux actifs (5, 66), deux réflecteurs auxiliaires (17,18), et deux réseaux collecteurs (51,55) disposés chacun dans le plan focal (F'1, F'2) respectif de l'un desdits réflecteurs auxiliaires (17,18) qui est35 illuminé respectivement par l'un desdits réseaux actifs (5,66). 6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits réseaux primaires (3,4) sont excités par des polarisations orthogonales entre elles. 5 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que le réseau primaire (3) du premier réflecteur principal (1) est composé de sources aptes à émettre ou à recevoir des ondes hyperfréquence d'une première polarisation, et en ce que le réseau primaire (4) du second10 réflecteur principal (2) est composé de sources aptes à émettre ou à recevoir des ondes hyperfréquence d'une seconde polarisation, lesdites première et seconde polarisations étant orthogonales entre elles. 8. système selon la revendication 4 et l'une quelconque des revendications 7 ou 6, caractérisé: en ce que chaque source (41) du réseau primaire (4) relatif au premier réflecteur principal (1) est connecté à un premier accès (23) d'une source géographiquement correspondante (21) dudit réseau collecteur (19), ce réseau20 collecteur étant composé de sources (21) à bi-polarisation, et ce premier accès (23) étant relatif à ladite première polarisation;. en ce que de la même façon, chaque source (31) du réseau primaire (3) relatif au deuxième réflecteur principal (2) et correspondant géographiquement à chaque source (41) est connecté à un second accès (22), ce second accès (22) étant relatif à ladite seconde polarisation; en ce que ledit réseau actif (5) est composé de sources (6) à bi-polarisation ayant deux accès (7,8) correspondant respectivement à ces deux polarisations; et en ce que chaque source (6) dudit réseau actif (5) est alimentée en énergie hyperfréquence par l'intermédiaire d'un commutateur électronique de polarisation (13), qui dirige alternativement l'énergie hyperfréquence (10) vers le35 premier accès (8) de ladite source (6) relatif à ladite première polarisation, et vers son second accès (7) relatif à l'autre polarisation; de sorte que finalement l'énergie hyperfréquence (10) qui alimente le réseau actif (5) est alternativement dirigée, par l'intermédiaire dudit réflecteur auxiliaire, dudit réseau collecteur (19) et de ladite connectique 5 (24,26) qui relie les sources dudit réseau collecteur (19) à celles correspondantes des deux réseaux primaires (3,4), vers l'un et puis l'autre de ces deux réseaux primaires (3,4) pour être finalement rayonnée vers la terre par l'un (2), puis l'autre (1) de ces deux réflecteurs cylindro-parabolique. 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des déphaseurs réglables (25,27) sur lesdites voies de connectique (24,26) entre ledit réseau collecteur (19) et lesdits réseaux primaires (3,4).15 10. Système selon les revendications 5 et 7, caractérisé: À en ce que chaque source (31,41) de chaque réseau primaire (3,4) est respectivement connectée, par une connectique courte (32,56) à une source géographiquement20 correspondante (homothétique) dudit réseau collecteur (51,55) correspondant, le premier réseau collecteur (51) étant apte à recevoir ou émettre des ondes hyperfréquence de ladite première polarisation, tandis que de la même façon, le second réseau collecteur (55) est apte à recevoir ou à25 émettre des ondes hyperfréquence de ladite seconde polarisation; À en ce qu'un premier réflecteur auxiliaire (17) est illuminé par un premier réseau actif (5) composé de sources aptes à émettre ou à recevoir des ondes hyperfréquence de30 ladite première polarisation; À en ce qu'un second réflecteur auxiliaire (18) est illuminé par un second réseau actif (66) composé de sources aptes à émettre ou à recevoir des ondes hyperfréquence de ladite seconde polarisation; et35. en ce que chaque source de chacun de ces deux réseaux actifs (5,66) est alimentée en énergie hyperfréquence (10) par l'intermédiaire d'un commutateur électronique de polarisation (38) qui dirige alternativement cette énergie hyperfréquence (10) vers ledit premier réseau actif (5) et selon ladite première polarisation, et vers ledit second réseau actif (66) et selon ladite seconde 5 polarisation; de sorte que finalement l'énergie hyperfréquence (10) qui est appliquée à ce système est alternativement dirigée vers l'un (1) puis l'autre (2) desdits réflecteurs principaux pour être finalement rayonnée par ceux-ci vers la10 surface terrestre selon deux fauchées latérales distinctes et positionnées de part et d'autre du satellite.