Brevet FR2716725A2 — publié le 19950901

FR 2716725 A2 19950901 FR 8419998 A 19841228 PROCEDE D'EMISSION RECEPTION RADAR POUR LA LEVEE D'AMBIGUITE DISTANCE, EMETTEUR-RECEPTEUR METTANT EN OEUVRE UN TEL PROCEDE La présente invention est une première addition se rattachant à la demande de brevet français N" 84 09031 déposée le 08.06.84. L'invention décrite dans cette demande consistait en un procédé d'émission-réception radar pour la levée d'ambigulté distance dans lequel on émet des impulsions par rafale, ayant pour chaque rafale une fréquence de récurrence fR et une fréquence d'émission f, données, dans lequel à l'émission on applique une loi de phase de sorte que chaque rafale comprend une première partie pour laquelle la phase est égale à une constante, et k-l parties (k étant un entier) pour lesquelles la phase est un multiple quadratique du rang de l'impulsion de la partie considérée et en ce que à la réception, on applique la loi de phase inverse puis on effectue un traitement Doppler pour extraire lors de la détection d'une cible de trace p les fréquences Doppler résultant des lois de phases distinctes à l'émission qui provoquent l'apparition de fréquences Doppler apparentes correspondant à une translation proportionnelle au numéro de la trace de la cible, de la fréquence Doppler de cette cible. Une des caractéristiques de l'invention décrite dans la demande principale consiste également en ce que à l'émission les impulsions de la première partie de la rafale sont telles que le terme de phase e n est égal à 1, l'indication n variant de 0 à N+P-1, et en ce que les impulsions de la deuxième partie de la rafale sont telles j#n que le terme de phase e est égal à m étant un nombre entier prédéterminé et n variant de N+P à (2P+P)-1. Le perfectionnement selon la présente invention consiste, non pas à prendre un nombre de filtres N égal au nombre d'impulsions mais un nombre de filtres quelconque, mais souvent supérieur au nombre d'impulsions. Ceci peu par exemple augmenter la précision du filtrage. Généralement pour effectuer le traitement Doppler on effectue la transformée numérique de Fourier du signal à l'aide de filtres Doppler numériques. Dans les radars classiques on utilise pour cela un filtre par échantillons, donc N filtres pour N échantillons. Or pour obtenir un filtrage idéal il est nécessaire de tenir compte de la densité spectrale des parasites mélangé au signal, ces parasites sont du bruit avec du fouillis par exemple. Lorsqu'on fait un filtrage Doppler par transformée de Fourier discrète et même si on utilise la tranformée de Fourier rapide, le filtre qui aura pour transmittance cette transformée de Fourier ne réalisera pas le filtrage optimal. La présente invention a pour but un procédé de levée d'ambi gulté distance dans lequel on émet des impulsions par rafale, ayant pour chaque rafale une fréquence de récurrence R et une fréquence d'émission f, données, caractérisé en ce que à l'émission, on applique une loi de phase de sorte que chaque rafale comprend une première partie pour laquelle la phase est égale à une constante, et (k-l) parties (k étant un entier) pour lesquelles la phase est un multiple quadratique du rang de l'impulsion dans la partie considérée et en ce que à la réception on applique la loi de phase inverse, puis on effectue un traitement Doppler pour extraire lors de la détection d'une cible de trace 2 les fréquences Doppler résultant des lois de phase distinctes à l'émission qui provoquent l'apparition de fréquences Doppler apparentes correspondant à une translation proportionnelle au numéro de la trace de la cible de la fréquence Doppler de cette cible. L'invention a pour but d'améliorer le filtrage de manière à ce que la transmittance des filtres tienne compte de la densité spectrale du bruit mélangé au signal. On a représenté sur la figure 1, le schéma général de l'invention dans lequel le circuit de traitement 12 est conforme à l'amélioration apportée par la présente addition. Classiquement, le filtrage Doppler numérique est donc fait par le calcul en traitant directement le signal vidéo complexe et l'opération s'effectue sur les N échantillons du signal. La précision de mesure en Doppler étant de fR/N = AfD, on se contente de réaliser des filtres tous les AfD D centrés sur les valeurs fDi = ifR/N, i [0, N[. 2 Dans la demande principale le déphasage ç n est égal à 27r N pour les impulsions constituant la deuxième partie de la rafale, ce qui permet de faire apparaître une translation de la fréquence Doppler apparente en fonction de trace de la cible et ainsi de lever l'ambiguité distance. Dans l'hypothèse retenue pour le perfectionnement on prend un nombre de filtre Q, Q est quelconque (Q = 2N par exemple). La précision de la mesure en Doppler est de fR/Q. Les filtres sont alors centrés sur les valeurs f i = ifR/Q, is [ Q[. Dans la deuxième 2mm partie de la rafale, on utilise comme déphasage # n égal à Q . Le schéma général de ltémetteur-récepteur selon l'invention est inchangé par rapport à la demande principale. On a malgré tout représenté ce schéma sur une figure unique pour éclaicir la description. L'invention a donc pour but un procédé correspondant aux caractéristiques du procédé décrit dans la demande principale et qui consiste à choisir pour ce radar un facteur d'ambigulté distance P répondant au critère recherché qui se définit par le rapport entre la D portée du traitement désiré D et la portée ambiguë DA, (P = DA est un nombre entier). En prenant un temps d'éclairement d'une cible ponctuelle de Te, on obtient pour un fonctionnement classique, c'est-à-dire sans ambigulté distance, un nombre de coups au but pour ce radar B1 tel que: Te (avec T Bl=T TTe R R c En choisissant un facteur d'ambigulté P, c'est-à-dire en choisissant de travailler sur P récurrences, le nombre de coups au but devient : B2= P.Bl. Le procédé consiste ensuite à l'émission - à choisir un nombre I d'impulsions par rafale égal à N augmenté du facteur d'ambigulté et multiplié par k, k étant un entier I = k (N+P). Le nombre k permet de former k parties de N+P impulsions. Chaque rafale comporte une première partie constituée de N+P impulsions pour lesquelles la phase origine est égale à une constante, et (k-l) parties constituées chacune de N+P rafales pour lesquelles la phase origine est un multiple quadratique du rang de l'impulsion dans la partie considérée. Dans une première réalisation on prendra k = 2. On applique une loi de phase distincte aux deux parties de la rafale. Chaque impulsion est émise avec une phase origine différente. On désigne par e n le terme de phase d'une impulsion indicée n, l'indice n représentant le rang d'une impulsion dans une de ces deux parties de la rafale. Une première partie de la rafale comporte les impulsions dont l'indice est tel que n = 0,1..., (N+P-1). Ces impulsions sont émises avec une phase nulle, le terme de phase s'écrit donc j#n e = 1. Une deuxième partie de la rafale comporte les impulsions dont l'indice n est tel que n = N + P, N + P + 1, , 2 (N + P) - 1. Ces impulsions sont émises avec une phase égale à 2#m n, m Q étant un nombre entier, et Q le nombre de filtres le terme de phase s'écrit donc La phase de chacune des impulsions est conservée pendant toute la durée de l'émission. Le signal émis en bande de base peut donc s'écrire : e n (t) = x(t) . e où x(t) est le signal en bande de base, que l'on appelle également impulsion longue dans le cas d'un radar à compression d'impulsion. Ce signal est ensuite transposé après plusieurs étapes à la fréquence d'émission f. A la réception Le retard d'une cible de trace p, la cible est donc apparue lors de la (pleme+l) récurrence par rapport à une cible de trace 0, est égal à tp, tel que tp = to + p . TR. iène Le signal reçu au cours de la n'eue récurrence d'une partie de la rafale, d'une cible unique et ponctuelle de trace p, s'exprime par l'équation (1) Sn (t) = ao x (t - to) . ej#o . ej# n-p . ej2#nfD f D est la fréquence Doppler normalisée, on entend par fréquence Doppler normalisée la fréquence égale au rapport de la fréquence Doppler réelle par la fréquence de récurrence. Le terme aO x (t - to) représente l'amplitude du signal reçu, aO correspond à l'affaiblissement et t au retard pur lié à la distance o cible/radar. Le terme ej#o représente le terme de déphasage constant quelle que soit la récurrence. Le terme e n-p représente le terme de phase de la cible de trace p. Ce terme est lié à la loi de phase de l'émission. j2ern fD Le terme e représente le terme de phase lié à la fréquence Doppler (on néglige le Doppler dans l'impulsion). Le procédé à la réception consiste à appliquer le même terme correcteur à la phase du signal reçu quelle que soit sa trace. Cette correction s'effectue en appliquant la phase inverse du signal émis soit e-j#n si ej#n est la phase du signal émis. Ainsi l'équation du signal reçu de la cible de trace p devient: Pour les impulsions dont la phase à l'émission a été fixée à 0 (n # [0 ; N + P]), la fréquence Doppler fDest inchangée quel que soit le numéro de trace de la cible. Pour les impulsions dont la phase à l'émission a été fixée à n 2#m Q ; n [ N + P ; 2 (N + P)[ , le signal après correction de phase pour une cible de trace p s'écrit : p Le terme ej2#m Q est un déphasage pur sans intérêt dans la 2mp suite du traitement, alors que le terme ej2#n(fD - Q ) fait apparaître un écart de fréquence, il s'agit d'une fréquence Doppler apparente fDA. Cette fréquence s'écrit fDA = (fD - Q modulo fr, fe étant la fréquence d'émission. La fréquence Doppler selon le procédé est donc translatée d'une fréquence proportionnelle au numéro de trace pour les impulsions constituant la deuxième partie d'une rafale. Pour extraire la fréquence Doppler apparente fDA et la fréquence Doppler f D on effectue un traitement Doppler identique pour les deux parties de la rafale. Ce traitement consiste tout d'abord - à éliminer les P impulsions d'initialisation pour chaque rafale - à effectuer un traitement Doppler ce traitement Doppler porte sur N impulsions pour la première et la deuxième partie de la rafale. On forme Q filtres, chaque filtre possède un maximum distinct i/Q fr. 2mp La translation de - Q de la fréquence Doppler fait que la fréquence Doppler apparente f DA se trouve dans un autre filtre que la fréquence D et, est un entier suffisamment grand pour provoquer un décalage de la fréquence fDA sur un nombre entier de filtres en dehors des filtres dans lesquels peut se trouver un signal provenant d'une cible et donnant lieu à une fréquence Doppler fD. Une information présente dans un filtre i, i allant de O à Q-1, se retrouve dans un filtre i' = (i-2mP) module Q. Chaque filtre a une transmittance H(f), telle que où X(f) est le module de la transformée de Fourier discrète du signal et (f) la densité spectrale des parasites (bruit, fouillis . . mélangés à ce signal. On désigne Xi 1 les filtres résultants du traitement Doppler du signal reçu sur les N impulsions de la première partie de la rafale considérée et X Xi 2 les filtres Doppler de la seconde partie de la rafale i # [0 ; Q[. Après filtrage, on effectue le calcul du module de chaque filtre et on désigne Yi,l le module de Xi,2 soit i,î IXi,1 I Y1,2 = |Xi,2 i# [ 0 ; Q[ Le procédé de levée d'ambiguïté distance consiste ensuite à effectuer pour chaque trace p, (p = 0,1 . . . P-1) une translation de 2mp filtres résultant du traitement Doppler des impulsions de la deuxième partie de la rafale, on désigne Zi,p le module du résultat du traitement Doppler après translation Y (i - 2mp) mod Q,2 = Z. i,p On effectue ensuite la somme i,p et la différence Ai,p en valeur absolue, filtre à filtre entre les deux traitements Doppler pour chaque trace p: #i,p = Yi,1 + Zi,p et: #i,p = Yi,l - Zi,p On se fixe un premier seuil de détection S assurant une probabilité de fausse alarme Pfa classique par rapport aux critères usuels et un deuxième seuil de détection Sb assurant une probabilité de fausse alarme élevée par rapport aux critères usuels. On dit dans un premier cas qu'il y a détection D#i,p d'après le premier seuil si #i,p > SE sinon il n'y a pas de détection. On dit dans un deuxième cas qu'il y a détection D#i,p d'après le deuxième seuil si #i,p > SA sinon il n'y a pas détection. Le critère d'extraction d'une cible est obtenu lorsque l'on a détection dans le premier cas et non détection dans le deuxième cas. On décrète donc qu'il y a une cible de trace p pour un filtre i si l'on a: D. = DE flDA. l,p i,p i,p Le procédé est conservé dans son principe général, il se distingue par le fait que le filtrage Doppler est plus précis si tp > N et optimisé si les filtres sont calculés pour tenir compte de la densité spectrale des signaux parasites (bruit, fouillis...). Tout comme dans la demande principale on peut diviser les rafales en trois parties pour éliminer les risques de masquage de l'écho utile par l'écho parasite. En effet, l'utilisation de trois parties dans la rafale permet en fait d'encadrer la fréquence Doppler D par deux fréquences Doppler apparentes fDA et fD,A, les fréquences fDA et f'DA étant issues d'une translation de la fréquence f D d'une valeur proportionnelle à la trace de la cible. Pour encadrer la fréquence Doppler on émet alors les impulsions de la première partie avec un terme de phase e n tel que: 2 e e Les impulsions de la deuxième partie avec un terme de phase e = I , et les impulsions de la troisième partie avec un terme de phase tel que n =e + j 2xrm La phase de chacune des impulsions est conservée pendant toute la durée de l'émission. Le signal reçu au cours de la niène récurrence d'une partie de la rafale, d'une cible unique et ponctuelle de trace p, s'exprime par l'équation (1). Le procédé de réception consiste à appliquer les mêmes termes correcteurs de phase quelle que soit la trace de la cible. On applique donc un terme correcteur e n à la première partie de chaque rafale, un terme e+j#n à la troisième partie de chaque rafale. La fréquence Doppler apparente pour une cible de trace 2 provenant des impulsions issues de la première partie de rafale fDA' = fD + 2mp Q La fréquence Doppler apparente pour une cible de trace 2 provenant des impulsions issues de la troisième partie de rafale fDA = fD - 2mp Q La fréquence Doppler est inchangée par la deuxième partie de la rafale. On effectue ensuite un traitement Doppler identique pour les trois parties de la rafale comme cela a été décrit pour une rafale en deux parties. Les translations de + 2mp de la fréquence Doppler font que les -Q fréquences f'DA et fDA se trouvent dans deux filtres de part et d'autre de celui dans lequel se trouve fD (décalage de 2mp filtres). On désigne par Xi, 1 X Xi,2 , Xi,3 respectivement les filtres résultant du traitement Doppler de la première partie, de la deuxième partie et de la troisième partie d'une rafale opérée par des filtres d'indice i. Après filtrage, on effectue le calcul du module des signaux issus de chaque filtre et on référence Yi 1 Yi,2 > Yi,3 respectivement le module de Xi 1, Xi 2 Xi 3. Le procédé de levée d'ambigulté distance consiste ensuite à effectuer une translation de (-2mp) sur le traitement Doppler de la première partie de la rafale et de (+2mp) sur le traitement Doppler de la troisième partie de la rafale. La suite du traitement est identique à ce qui a été décrit dans la demande principale. Sur la figure 1, on a représenté le schéma général d'un émetteur-récepteur selon l'invention. L'émetteur 1 comporte un générateur de signal vidéo x(t) représentée par le bloc 2. Un opérateur 1 de rotation complexe 3 permet d'appliquer la rotation de phase désirée à chaque impulsion. Le signal est ensuite transposé en fréquence et amplifié par les circuits classiques représentés par le bloc 4. Le signal est dirigé vers l'antenne 5 par un duplexeur 6. Selon une réalisation particulière, l'émetteur 1 est apte à émettre les impulsions par rafale, c'est-à-dire des trains d'impulsions de fréquence f donnée et de fréquence de récurrence donnée pour chaque train. Les N+P premières impulsions sont émises avec une phase origine constante et constituent ainsi la première dans le cas d'une rafale en deux parties. Les N+P autres impulsions 2 j21rm n sont émises avec la phase e Q et constituent la deuxième partie de la rafale. Le récepteur 7 comprend un ensemble de circuits d'amplification et de transposition de fréquence classiques, un détecteur amplitude phase 9 suivi d'un module de traitement de levée d'ambi gulté distance 10. Ce module de levée d'ambiguïté distance 10 comprend un opérateur de rotation 11 pour effectuer la rotation inverse de celle qui a été appliquée à l'émission suivi d'un circuit de traitement Doppler 12 pour extraire la fréquence Doppler. Ce circuit 12 est suivi de circuits de levée d'ambigulté distance de trace p = 0, 1 . .. P-l permettant d'appliquer les critères de décision de détection. Une horloge 14 permet de piloter l'émission et la réception. Le circuit 12 comporte des filtres Doppler dont la transmittance H(f) est égale à X étant le module de la transformée de Fourier du signal et (f) la densité spectrale des signaux parasites. REVENDICATIONS 1. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1à 3 de la demande principale, caractérisé en ce que à l'émission les impulsions de la première partie de la rafale sont telles que le terme jcP n de phase e n est égal à 1, l'indication n variant de O à N + P - 1 et en ce que les impulsions de la deuxième partie de la rafale sont 2 jW j21rm n - telles que le terme de phase e n est égal à e Q , m étant un nombre entier prédéterminé, n variant de N + P à 2(N + P) - 1, N étant le nombre d'impulsions traitées par traitement Doppler et Q le nombre de filtres Doppler pour effectuer ce traitement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de filtres Doppler Q est supérieur au nombre d'impulsions à traiter. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque filtre à un maximum de la formeQ fR, i pouvant être égal à 0, 1. . . Q~1. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1à 3, caractérisé en ce que à la réception, on effectue un traitement Doppler sur les N impulsions succédant les P impulsions pour chaque partie de la rafale pour déterminer la fréquence Doppler D de la cible de trace p et la fréquence apparente fDAX fDA étant égale à fD 2mp on calcule pour chaque trace le module des signaux issus Q du traitement Doppler et en ce qu'on effectue pour chaque trace une translation de - 2mp sur le module du signal de la deuxième partie Q de la rafale et en ce qu'on applique ensuite pour chaque trace les critères de décision de détection. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1à 4, caractérisé en ce que à la réception les critères de décision pour chaque trace consistent à effectuer d'une part une sommation et d'autre part une soustraction entre le module du signal issu du traitement Doppler de la première partie de la rafale et le module translaté du signal issu du traitement Doppler de la deuxième partie de la rafale ; à effectuer une comparaison du signal somme obtenu avec un premier seuil de détection prédéterminé, et à effectuer une comparaison du signal différence obtenu avec un deuxième seuil de détection prédéterminé, le critère d'extraction d'une cible étant obtenu lorsque lon a détection suivant le premier seuil et non détection suivant le deuxième seuil. 6. Procédé selon la revendication 1 ou 2 de la demande principale, caractérisé en ce que k = 3 et en ce que chaque partie d'une rafale comprend N + P impulsions. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 ou 7, caractérisé en ce que à l'émission les impulsions de la première partie de la rafale sont telles que le terme de phase e n est égal à m étant un nombre entier prédéterminé et n variant de 0 à N + P - 1, en ce que les impulsions de la deuxième partie de la cPn rafale sont telles que le terme de phase e est égal à 1, n variant de N + P à 2 (N + P) - 1, et en ce que les impulsions de la troisième n partie de la rafale sont telles que le terme de phase e n est égal à n variant à 2 (N + P) à 3 (N + P) - 1. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que à la réception, on effectue un traitement Doppler sur les N impulsions succédant les P impulsions pour chaque partie de la rafale pour déterminer la fréquence Doppler D de la cible de trace p et les fréquences apparentes f'DA et fDA f'DA étant égale à fD + 2mp et Q fDA étant égale à f D - 2QP, on calcule pour chaque trace le module des signaux issus du traitement Doppler et en ce qu'on effectue pour chaque trace une translation sur le module du signal de la première partie et de la troisième partie respectivement égales à - 2mp et + m et en ce qu'on applique ensuite pour chaque trace les artères Q de décision de détection. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que à la réception, les critères de décision de détection pour chaque trace consistent à effectuer d'une part une sommation et d'autre par une soustraction entre le module du signal du traitement Doppler des trois parties de la rafale; et à effectuer une comparaison du signal somme obtenu avec un premier seuil de détection prédéterminée ; et à effectuer une comparaison du signal différence obtenu avec un deuxième seuil de détection prédéterminé, le critère d'extraction d'une cible de trace p étant obtenu lorsque l'on a détection suivant le premier seuil et non détection suivant le deuxième seuil. 10. Emetteur permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1à 9, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de signal vidéo (2), suivi d'un opérateur de rotation de phase complexe (3) permettant d'appliquer la rotation ej #n désirée à chaque impulsion, suivi d'un circuit de transposition et d'amplification (4). 11. Emetteur selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il est apte à émettre N+P premières impulsions avec une phase ej #n égale à une constante, puis N+P autres impulsions avec une phase icph e egale à 12. Emetteur selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il est apte à émettre des rafales d'impulsions telles que les impulsions sont émises deux à deux, la première ayant une phase origine e n égale à 13. Récepteur permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1à 12, caractérisé en ce qu'il comporte un module de levée d'ambigulté distance (10) comprenant un opérateur de rotation de phase complexe (11) suivi d'un circuit de traitement Doppler (12) suivi de circuits de levée d'ambi gulté distance (13) de trace p. 14. Récepteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que le circuit de traitement Doppler (12) comporte des filtres Doppler dont la transmittance H(f) est égale à X(f) étant le module de la transformée de Fourier du signal et f (B) la densité spectrale des signaux parasites.