Brevet FR2714484A1 — publié le 19950630

SYSTEME INTERROGATEUR ASSOCIE A UN RADAR AEROPORTE La présente invention se rapporte au domaine des radars aéroportés comportant un système interrogateur du type IFF, permettant d'identifier les mobiles détectés comme étant des amis ou des ennemis. Un système interrogation IFF (des initiales de l'expression anglo-saxonne "Identification Friend or Foe") est un système radar, souvent appelé radar secondaire par opposition au radar principal de veille et de poursuite embarqué sur l'avion, appelé lui radar primaire; l'IFF émet un train d'impulsions, à une fréquence différente de celle du radar primaire, et analyse les réponses qu'il reçoit afin de permettre l'identification (ami ou ennemi) des mobiles détectés par le radar primaire. Il apparaît qu'un système IFF nécessite donc l'implantation dans l'avion d'une deuxième antenne, à côté de celle du radar primaire, qui soit susceptible d'émettre (et de recevoir) un faisceau d'énergie hyperfréquence sensiblement dans la même direction que l'antenne primaire, et cela sans provoquer de perturbation réciproque entre les deux systèmes radar, primaire et secondaire. Pour résoudre ce problème, différents dispositifs sont connus parmi lesquels on peut citer une antenne primaire (antenne plate à fentes, antenne à réflecteur) disposée dans le nez de l'avion porteur, L'antenne secondaire étant constituée de dipôles, par exemple au nombre de quatre, placés devant l'antenne primaire; les deux antennes sont alors solidaires et mobiles ensemble. Ces systèmes ont notamment pour inconvénients, d'une part, d'être spécifiques à l'antenne primaire considérée et, d'autre part, d'avoir pour résultat une trop grande perturbation réciproque des deux systèmes radar primaire et secondaire. La présente invention a pour objet un système interrogateur utilisable avec tout type d'antenne primaire, et dont l'antenne est disposée de sorte que la perturbation réciproque radar primaireinterrogateur soit minimisée. A cet effet, l'antenne du radar primaire est indépendante de l'antenne du radar secondaire; elle est disposée dans le nez de l'avion, à une certaine distance de l'extrémité de l'avion, et l'antenne de l'interrogateur y est aussi disposée, aussi près que possible de cette extrémité ; en outre, l'antenne secondaire, qui balaye l'espace électroniquement, est réalisée de sorte qu'elle soit transparente aux rayons primaires et n'émette pas vers l'antenne primaire; de la sorte, les deux antennes émettent dans la même direction sans perturbation mutuelle. D'autres objets, particularités et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les dessins annexés sur lesquels - la figure I représente une vue en perspective de la disposition des antennes primaire et secondaire dans le nez de l'avion porteur; les figures 2, a et b, représentent un mode de réalisation de l'antenne du système interrogateur selon l'invention - la figure 3 est le schéma synoptique d'un mode de réalisation du système interrogateur et de ses relations avec les principaux organes du radar primaire - la figure 4 représente le diagramme d'émission du système interrogateur, et - la figure 5 est un schéma synoptique plus détaillé d'une partie de la figure 3. Sur ces différentes figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments. Sur la figure 1, on a représenté un radôme I recouvrant le nez de l'avion porteur, d'axe longitudinal XX, se terminant sur une perchette anémométrique 11 et venant se fixer à son autre extré mité sur la virole 12 de l'avion, dont on rappelle qu'il s'agit d'une pièce métallique formant interface entre le radôme 1 et l'avion. Le radôme 1, ainsi qu'il est connu, doit être le plus transparent possible aux rayonnements électromagnétiques susceptibles d'être émis ou reçus par les systèmes radars qu'il contient. A titre d'exemple, il peut être constitué par de la fibre de verre imprégnée d'une résine. A l'intérieur du radôme 1 est disposé le radar primaire 2, figuré par son antenne 21 et un volume 22 dans lequel sont par exemple placés tous les circuits électroniques du radar primaire ; un connecteur 20 termine le bloc 2. L'antenne 21 est placée à une certaine distance repérée Dp de l'extrémité de l'avion, la distance Dp étant prise par exemple entre le plan de sortie de l'antenne 21 et l'extrémité de la perchette 11. Le radar primaire 2 émet (et reçoit) une onde électromagnétique avec une certaine couverture en site et en gisement autour de l'axe XX, obtenue par exemple par balayage mécanique de l'antenne, et dont la fréquence est choisie différente de celle du dispositif interrogateur. Dans le radôme 1 est également disposée, entre le radar primaire 2 et la perchette 11, L'antenne 3 du dispositif interrogateur. Celle-ci est indépendante de l'antenne primaire; elle se décompose en une partie émettrice (ou réceptrice) constituée d'éléments rayonnants globalement repérés 32, placés dans un plan de préférence perpendiculaire à l'axe XX et situé à une distance D5 de l'extrémité de la perchette 11, et une partie réflectrice 31, placée dans un plan parallèle au plan 32, entre les éléments rayonnants et le radar primaire 2. Les éléments rayonnants 32 sont reliés aux circuits d'antenne du système d'interrogation, placés dans un coffret 4 par exemple au niveau de la virole 12, en dehors du volume 22. Les circuits 4 se terminent également par un connecteur, répéré 40. Les connecteurs 20 et 40 sont reliés entre eux et reliés au reste du dispositif comme représenté sur le schéma synoptique de la figure 3. Les éléments rayonnants 32 et le réflecteur 31 sont disposés et dessinés de sorte à émettre (et recevoir) autour de l'axe XX, par balayage électronique, avec une couverture prédéfinie en site et en gisement correspondant sensiblement à celle de l'antenne primaire, un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde correspond à la longueur d'onde normalisée (norme STANAG de 1'TAN) pour ce type de système interrogateur, comme décrit ci-après figure 4. Le réflecteur 31 a pour fonction de réfléchir vers l'avant le rayonnement émis par les éléments rayonnants 32, évitant ainsi un rayonnement arrière vers le radar primaire 2 ; en outre, il est conçu de sorte à être transparent au rayonnement émis par le radar primaire, de sorte à ne pas perturber le fonctionnement de ce dernier. Par ailleurs, ainsi qu'il est connu, la perchette 11 contient un certain nombre de dispositifs métalliques, de mesure notamment, susceptibles de perturber les émissions radar ; selon l'invention, on dispose les éléments rayonnants secondaires (32) aussi près que possible de la perchette Il (distance DS minimum) et donc au plus loin de l'antenne primaire (21) (distance Dp maximum) ; en effet, la longueur d'onde utilisée pour l'interrogateur IFF (bande de fréquence L) est telle que l'émission secondaire n'est pas sensiblement perturbée par la perchette alors que l'émission primaire est susceptible de l'être, ce qui est notamment le cas lorsqu'elle s'effectue en bande X: on éloigne donc ainsi l'antenne primaire à la fois des deux obstacles que constituent l'antenne secondaire et la perchette. La figure 2a représente un mode de réalisation des éléments rayonnants de l'antenne secondaire. Dans ce mode de réalisation, les éléments rayonnants sont constitués par deux dipôles 33 et 34, disposés en vis-à-vis et réalisés par le dépôt d'un matériau conducteur (cuivre par exemple) sur un substrat isolant 35, de préférence sensiblement en forme de disque pour être adapté à la forme du radôme 1. Le dipôle 33 est constitué par deux brins en forme de L, respectivement 331 et 332 ; la petite branche du L est repérée 333 pour le brin 331; elle est dédoublée et repérée 334 et 335 pour le brin 332. L'alimentation du dipôle 33 se fait par exemple par une prise coaxiale 36, la branche centrale 334 étant réunie au conducteur central du coaxial et les branches extérieures 333 et 335 au conducteur extérieur du coaxial (à la masse). Le dipôle 34 avantageusement constitué et alimenté de la même façon que le dipôle 33, avec une prise coaxiale 37. Le substrat isolant 35 est par exemple constitué par un sandwich verre époxy structure en nids d'abeilles - verre époxy. I1 doit être le plus transparent possible aux rayonnements électromagnétiques émis ou reçus par le radar primaire 2. I1 est à noter qu'avec des éléments rayonnants 32 formés de deux dipôles, on ne peut obtenir de balayage que dans un plan, le plan gisement par exemple. La figure 2b représente un mode de réalisation du réflecteur de l'antenne secondaire. Dans le mode de réalisation de la figure 2b, le réflecteur 31 se compose d'un substrat isolant 39, préférablement de forme sensiblement circulaire et réalisé comme le substrat 35, sur lequel sont disposés des dépôts d'éléments conducteurs en forme de réseau de droites 38 parallèles entre elles, le disque 31 étant disposé par rapport au disque 32 de sorte que les fils 38 soient parallèles aux brins 331-332 des dipôles 33 et 34. L'écartement des fils 38, la longueur des fils, la distance d entre les disques 31 et 32, les matériaux constituant les disques 31 et 32 et leurs épaisseurs sont en outre choisis pour que le disque 31 remplisse sa fonction de réflecteur pour le rayonnement secondaire, qu'il soit le plus transparent possible au rayonnement primaire et que l'ensemble 31-32 soit le plus adapté possible au rayonnement primaire. Dans une autre variante de réalisation, la structure du radôme 1 est adaptée au rayonnement du radar primaire puis on réalise son adaptation au rayonnement du radar secondaire par exemple par l'ajout de fils ou dépôts conducteurs sur le radôme, entre le radar secondaire et la perchette 11 ; les fils sont par exemple des cercles situés dans des plans perpendiculaires à l'axe XX. La figure 3 est le schéma synoptique du système interrogateur selon l'invention et de ses relations avec les principaux organes du radar primaire. Sur ce synoptique, on retrouve le système d'antenne secondaire schématisé par un bloc 3 et les circuits d'antenne (bloc 4). Ceux-ci sont commandés par des circuits d'interrogation, schématisés par un bloc 5 et décrits plus en détail sur la figure 5, sous la commande d'un circuit de contrôle 50, lui-même actionné par une commande extérieure 500 (par exemple le pilote de l'avion). Le fonctionnement du sytème interrogateur est globalement le suivant. Le pilote de l'avion forme une demande d'interrogation DI (commande 600) qui est reçue sur le bus de donnée de l'avion, repéré 60; en même temps, il choisit le mode de fonctionnement du système d'interrogation par action (commande 500) sur le circuit de contrôle 50. La demande d'interrogation Dl est ensuite adressée d'une part aux circuits d'interrogation 5, afin d'assurer (électroniquement) le pointage du faisceau du dispositif d'interrogation et lui conférer la forme requise selon un mécanisme décrit plus loin, et d'autre part au radar primaire 61, afin que celui-ci puisse fournir aux circuits 5 la position P (site et gisement) du mobile qu'il a détecté et que le pilote souhaite identifier. Le faisceau secondaire ainsi formé est émis par l'intermédiaire des antennes 3. Si la cible interrogée est équipée d'un répondeur, le message reçu par celui-ci est décodé et provoque une réponse qui est émise à l'intention de l'avion interrogateur. Cette réponse est reçue sur les antennes 3 et transmise, par l'intermédiaire du bloc 4, aux circuits d'interrogation 5. Ceux-ci détectent le signal de réponse et le traitent en fournissant notamment la position de la cible interrogée et son identification en tant que ami ou ennemi. Ces données sont fournies par l'intermédiaire de la liaison 501 au bus 60 de l'avion ; le bus transmet alors l'information d'identification (I) à un circuit 62, interface de visualisation, placé entre l'unité arithmétique programmable (UAP) du radar primaire 61 et le dispositif de visualisation 63 de l'avion ; ce circuit 62 reçoit donc également les mobiles, ou plots, détectés par le radar primaire (connexion 610). 11 a pour fonction d'une part de mémoriser les identifications (I) successives des mobiles fournies par le système d'interrogation et, d'autre part, d'affecter chacune de ces identifications au plot primaire correspondant, de façon que les mobiles visualisés sur l'élément 63 soient identifiés en tant qu'ami ou ennemi. Dans une variante de réalisation, le système interrogateur fonctionne non plus sur demande (Dl) mais en mode balayage permanent, ce qui ne modifie pas le fonctionnement décrit cidessus, à la demande d'interrogation près. La figure 4 est un diagramme représentant les faisceaux d'énergie hyperfréquence émis classiquement par un système interrogateur du type IFF. L'énergie émise par le système est formée de deux faisceaux distincts : un faisceau 71 dit faisceau d'interrogation et un faisceau 72 dit faisceau de contrôle. Le faisceau d'interrogation 71 se compose d'un lobe principal dont l'orientation (balayage) est commandée de manière électronique et de lobes latéraux. Le faisceau de contrôle 72 est un faisceau large, couvrant les lobes secondaires et diffus du faisceau d'interrogation 71 et présentant un minimum dans la direction du lobe principal du faisceau 71. Les niveaux des diagrammes 71 et 72 sont voisins. Le faisceau d'interrogation est émis à un niveau inférieur de 9 dB au niveau 71, comme représenté en 73. L'intersection 74 entre les diagrammes 72 et 73 est appelée arc d'interrogation. A partir de deux dipôles d'émission, le faisceau d'interrogation (71, 73) est obtenu en les alimentant en phase (voie somme) et le faisceau de contrôle (72) en les alimentant en opposition de phase (voie différence). Le fonctionnement de l'interrogateur IFF est le suivant: l'avion interrogateur émet un message d'interrogation formé d'un train d'impulsion à une fréquence de 1030 MHz selon un code connu, alternativement sur la voie d'interrogation et sur la voie de contrôle. Il existe une probabilité pour que l'avion interrogateur reçoive un message de réponse du répondeur de l'avion interrogé, sur une fréquence normalisée de 1090 MHz. Cette probabilité est fonction du niveau de la voie d'interrogation : la réponse est la plus sure pour une différence de niveau de 9dB (90% de réponse). Afin d'assurer le pointage du faisceau émis par les antennes 3, tel que décrit ci-dessus, dans une direction d'interrogation prédéfinie, les circuits d'antenne globalement repérés 4 sur la figure 4 comportent - des circuits déphaseurs 41, reliés aux antennes 3, aux circuits d'interrogation 5 et à un circuit logique 42 de commande des déphaseurs. Ces circuits déphaseurs 41 comportent classiquement des jonctions hybrides et des diodes ; ils assurent la distribution de L'énergie sur les éléments rayonnants provenant des circuits 5 et contrôlent le déphasage entre ces éléments comme commandé par le circuit 42 - le circuit logique 42 de commande des déphaseurs 41, qui comporte: des circuits mémoire, par exemple de type PROM, dans lesquels est stocké l'état des diodes constituant les déphaseurs pour chaque direction d'interrogation, recevant une commande (502) des circuits 5 ; des circuits d'amplification, destinés à permettre de passer des informations mémorisées aux signaux de contrôle des composants formant les circuits déphaseurs 41 (liaison 401), et enfin des circuits de tests des composants formant le déphaseur 41 (liaison 402). La figure 5 représente plus en détail la constitution des circuits d'interrogation 5 de la figure 2. Le bloc 5 comporte un commutateur hyperfréquence 51, un émetteur 52, un codeur 53, un récepteur 54, un décodeur 55, un dispositif de test 57, un circuit de pointage 58 et enfin un circuit 56 assurant l'interface entre le bus de l'avion 6 et les autres circuits du bloc 5. En fonctionnement, à l'émission, l'interface 56 reçoit du bus 6 une demande d'interrogation (Dl) et la transmet au codeur 53. Le codeur 53 fournit les impulsions de codage en fonction du mode de fonctionnement que lui a transmis le bloc de contrôle 50 (figure 2); il transmet ce codage à l'émetteur 52 qui comporte notamment un oscillateur hyperfréquence, un modulateur et un amplificateur. Le signal hyperfréquence fourni par l'émetteur 52 est adressé aux déphaseurs 41 du bloc 4 (figure 2) par l'intermédiaire du commutateur hyperfréquence 51. Le circuit de pointage 58 reçoit l'information de position P et la demande d'interrogation Di. Il recherche le déphasage des dipôles et l'écartométrie correspondants, et les transcrit en un code formant une adresse à destination de la mémoire du circuit 42 (commande 502) A la réception, le signal fourni par les circuits d'antenne 4 est dirigé par le commutateur 51 vers le récepteur 54. Celui-ci a pour fonction de fournir au décodeur 55 le signal vidéo radar. Le décodeur 55 détecte la réponse de la cible dans le signal vidéo reçu et fournit la position et l'identification de la cible au bus 6, par l'intermédiaire de l'interface 56. Le bloc > 5 comporte encore le dispositif de test 57 qui dialogue avec tous les circuits précédents afin de tester en permanence le bon fonctionnement du bloc. REVENDICATIONS 1. Système interrogateur associé à un radar aéroporté, dit radar primaire, comportant une antenne placée dans le nez de l'avion porteur, susceptible d'émettre et de recevoir un rayonnement électromagnétique, dit primaire, d'une première fréquence, le système interrogateur étant un système radar, dit secondaire, et étant caractérisé par le fait que son antenne, dite antenne secondaire, est indépendante de l'antenne primaire; qu'elle est disposée dans le nez de l'avion, aussi proche que possible de l'extrémité de ce dernier ; qu'elle comporte des éléments rayonnants susceptibles d'émettre et de recevoir un rayonnement électromagnétique dit secondaire d'une seconde fréquence susceptible de balayer électroniquement l'espace sensiblement dans la couverture de l'antenne primaire, et des moyens réflecteurs, placés entre les éléments rayonnants secondaires et l'antenne primaire, de sorte à éviter un rayonnement secondaire en direction de l'antenne primaire, les moyens réflecteurs étant en outre transparents au rayonnement primaire et le nez de l'avion étant transparent aux rayonnements électromagnétiques primaires et secondaires. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les éléments rayonnants de l'antenne secondaire comportent deux dipôles alimentés avec un déphasage relatif définissant la direction du rayonnement secondaire. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les dipôles sont constitués par le dépôt d'un matériau conducteur sur un substrat isolant sensiblement plan et normal à l'axe de l'antenne primaire. 4. Système selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que les moyens réflecteurs comportent un réseau d'éléments conducteurs parallèles entre eux et avec les dipôles. 5. Système selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les éléments conducteurs sont déposés sur un substrat isolant sensiblement plan et normal à l'axe de l'antenne primaire. 6. Système selon l'une des revendications 3 ou 5, caractérisé par le fait que le substrat isolant est formé d'une structure sandwich verre époxy -nids d'abeilles-verre époxy. 7. Système selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le substrat des dipôles est de structure telle qu'il soit transparent au rayonnement primaire. 8. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le substrat des moyens réflecteurs est tel qu'il soit transparent au rayonnement primaire. 9. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la distance entre les moyens réflecteurs et les éléments rayonnants et leur structure sont tels que l'antenne secondaire soit adaptée au rayonnement primaire.