Brevet FR2714975A1 — publié le 19950713

La présente invention concerne les radars, et en particulier la création d'un champ d'information de radar qui est utilisé pour le guidage d'un objet qui est sensible à ce champ. L'invention s'applique essentiellement au guidage d'un engin vers une cible, mais elle peut aussi être utilisée dans d'autres applications telles qu'un système d'atterrissage destiné à guider un aéronef sur un aérodrome ou le guidage d'un chariot robotisé dans un entrepôt. Le problème du guidage d'un engin vers une cible est bien connu. Un procédé courant est la poursuite de la cible avec un premier système à radar et la poursuite de l'engin avec un second système à radar, l'engin recevant des instructions de commande par l'intermédiaire d'une liaison de communication à haute fréquence assurant le guidage de l'engin vers la cible. Cette disposition est manifestement coûteuse en matériel nécessaire, et un autre procédé bien connu qui a été mis au point est appelé "chevauchement de faisceau". Dans cette disposition, un seul faisceau de radar est formé afin qu'il suive la cible. Ce faisceau a une forme étroite et bien délimitée comme représenté sur la figure 1 ; la figure 1 représente une antenne creuse 2 de radar qui crée un faisceau 4 qui suit une cible 6 et un engin 8 qui doit être guidé. L'engin 8 n'est pas directement commandé à partir de la station de base mais il contient une antenne et un,récepteur destinés à detecter la présence du faisceau radar. Lorsque l'engin se rapproche du bord du faisceau, il détecte une décroissance nette de l'intensité du champ et le système de guidage de l'engin reçoit ainsi une instruction de changement de direction afin qu'il se rapproche du centre du faisceau. L'engin a ainsi tendance à suivre un trajet sinueux comme indique par la référence 12, en oscillant entre les bords du faisceau. Lorsque l'engin se rapproche du voisinage de la cible, il détecte les signaux du radar, réfléchis par la cible, à l'aide d'une antenne supplémentaire, si bien que l'engin peut venir frapper la cible. De tels systèmes sont par exemple décrits dans l'ouvrage "Guidance" de Arthur S. Locke, D. Van Nostrand Co. Inc., 1958, page 446 et suivantes. Un problème important posé par cette disposition est que, lorsque l'engin se rapproche de la cible, l'intensite du faisceau diminue considérablement et l'engin a des difficultés pour détecter le bord du faisceau. Pour que les distances auxquelles un engin rate sa cible puissent être accrues, les techniques de poursuite et de guidage par radar (RTG) doivent être améliorées, au-delà des possibilités données par le chevauchement de faisceau ou par la commande des systèmes ayant une ligne de visée. En outre, le coût des engins ou des munitions doit être réduit pour que de plus grandes fréquences de tir puissent être utilisées lorsque la cible est un engin qui se rapproche. On a proposé d'utiliser un aérien en phase, assurant un balayage de la fréquence du radar afin qu'un faisceau étroit balaie le champ d'information radar. Le système contrôle le retard par rapport à une référence afin qu'il donne des références de position. On considère que cette proposition pose des problèmes dans les domaines suivants (a) la réalisation d'un aérien assurant un balayage à une fréquence convenable, aux fréquences millimétriques nécessaires, (b) la multiplicité des trajets due à l'angle relativement grand dans lequel existe la fréquence intermediaire du radar, provoquant des réflexions par les surfaces de la terre et de la mer, (c) la précision élevée que doit avoir la munition pour mesurer la configuration du faisceau de l'antenne et pour déterminer les positions de faisceaux auxiliaires. Une poursuite optimale n'est pas réalisée puisqu'il faut suivre avec précision une mesure de variation de signaux de 0,1 dB, ceci étant un problème difficile puisque les recepteurs simples des engins sont sensibles par exemple à des variations d'intensités des signaux de 3 dB. L'invention a pour objet une augmentation de la precision de guidage d'un engin ou d'un autre objet vers une cible, à l'aide d'un système relativement simple et peu coûteux. L'invention reconnaît le fait que les faisceaux radars sont souvent créés par un système à une seule impulsion dans lequel quatre canaux séparés habituellement d'énergie radar sont créés dans un système à quatre cornets. Cette disposition est schématiquement indiquée sur la figure 3. La création d'énergie radar dans chacun des cornets ou canaux (a, b, c, d) simultanément donne le faisceau étroit nécessaire de poursuite (T). Cependant, si deux paires de cornets adjacents sont excitées en opposition de phase, les deux faisceaux créés s'ajoutent vectoriellement et donnent les faisceaux dits de "différence" (A, B, C, D) placés chacun d'un côté du faisceau principal et occupant sensiblement un quadrant du faisceau principal comme indiqué sur la figure 3. Le tableau accompagnant la figure 3 représente la combinaison des cornets excités qui forment les faisceaux indiqués. La création des faisceaux différences est une technique connue pour que l'engin permette la poursuite dans des ensembles dans lesquels l'engin ne chevauche pas le faisceau principal. Le principe mis en oeuvre par l'invention est la création d'un faisceau différence de manière multiplexée temporellement avec le faisceau principal. L'engin ou autre objet est destiné à "chevaucher" la racine centrale (ou une position programmée ou définie par rapport à la racine) des faisceaux différences, qui coïncide avec le centre du faisceau principal. Cette disposition présente l'avantage de donner des intensites relatives de signaux, entre les limites des faisceaux différences et la racine, qui sont bien supérieures aux différences d'intensités des signaux au bord du faisceau principal. La réalisation du système de commande de l'engin de manière que son récepteur soit sensible à des différences d'intensités de signaux des faisceaux différences permet le chevauchement de la racine par l'engin entre les faisceaux différences ou des positions définies par rapport à la racine, jusqu'à ce qu'il atteigne la cible. L'invention concerne donc un procédé de guidage d'un objet à l'aide d'un champ d'information radar, dans lequel le champ est créé par un système à une seule impulsion, comprenant une système d'alimentation à plusieurs cornets dans lequel des paires de cornets sont excitées afin qu'elles créent plusieurs lobes placés très près autour d'une racine centrale dans le champ, le procédé comprenant le réglage du faisceau afin que la racine soit dirigée vers une destination ou une cible, et le positionnement de l'objet dans la racine, l'objet comprenant une antenne et un récepteur sensibles à la différence d'intensités des signaux entre les lobes du champ d'information et la racine afin que l'objet soit guidé sur la destination ou la cible. De préference, un faisceau radar séparé de poursuite est créé afin qu'il suive la destination ou la cible, et le champ d'information radar est destiné à suivre la direction du faisceau de poursuite. Le système de guidage à une impulsion est de préférence un système à alimentation à quatre cornets dans lequel des canaux séparés d'énergie ondulatoire radar sont transmis à un réflecteur radar de forme creuse. Lorsque les impulsions du radar de chaque canal sont en phase, le faisceau étroit de la cible est créé pour la détection de la cible. Cependant, lorsque deux canaux adjacents sont excités en opposition de phase avec une paire adjacente, les lobes latéraux sont créés avec une racine entre eux. L'excitation de toutes les paires adjacentes en opposition de phase de manière multiplexée temporellement permet la formation de plusieurs lobes latéraux ayant une configuration de forme annulaire avec une position de racine centrale coaxiale au faisceau de poursuite. Le positionnement de l'engin ou de l'autre objet sur la racine et la réalisation de l'engin afin qu'il détecte la différence d'intensités des signaux entre les lobes latéraux et la racine permettent à l'engin de chevaucher la racine jusqu'à ce qu'il soit proche de l'objet. La description qui suit concerne un mode de réalisation préféré de l'invention et est faite en référence aux dessins annexes sur lesquels la figure 1 est un schéma représentant un engin classique guidé par chevauchement d'un faisceau la figure 2 est un schéma d'un système selon l'invention ; les figures 3a, 3b et 3c sont respectivement un diagramme, un schéma et un tableau montrant comment les divers faisceaux sont créés selon l'invention ; la figure 4 est un schéma de circuit en hyperfréquences permettant l'obtention des configurations des faisceaux radars de la figure 3a ; et les figures 5 et 6 sont des vues schématiques des systèmes de réception à haute fréquence placés dans un engin guidé selon l'invention. On se réfère maintenant à la figure 2 qui représente un système à radar selon 1 invention qui comporte un système générateur radar à une seule impulsion ayant un réflecteur parabolique principal 22 qui peut être dirigé afin qu'il suive une cible 26, et ayant, en son centre, un système 24 d'alimentation à quatre cornets qui crée quatre canaux séparés d'énergie ondulatoire radar et donne un diagramme de faisceaux tel que représenté sur les figures 2 et 3a. Le faisceau principal T de poursuite est destiné à suivre la cible 26 alors que les faisceaux latéraux (A, B, C, D) sont destinés à guider l'engin 28 de la manière décrite plus précisément dans la suite. On se réfère à la figure 4 ; une source d'énergie en hyperfréquences 40, qui peut être par exemple un oscillateur à effet Gun, est connectée à un tube amplificateur à ondes progressives 42 afin qu'un signal de sortie en hyperfréquences de grande amplitude soit transmis dans le guide d'onde 44. Un arrangement 46 de commutation d'hyperfréquences est placé sélectivement afin qu'il commute l'énergie des hyperfréquences dans des canaux azimutaux 48 et/ou des canaux 50 de hauteur. Sur la figure 3b, les canaux azimutaux sont déterminés par les paires de canaux d'alimentation (a, c) et (b, d) par excitation convenable des paires de canaux qui donnent les faisceaux latéraux A, C comme l'indique le tableau de la figure 3c. Ainsi, la commutation convenable de ces canaux est obtenue par utilisation d'un commutateur supplémentaire 52 destiné à coupler les entrées somme et différence 54, 56 d'un dispositif 58 de commutation de guide d'onde à "T magique" qui est un dispositif connu qui donne, à ses sorties, des signaux convenables en opposition de phase selon que c'est l'entrée de somme ou de différence du dispositif à T magique qui est excitée. Le système 50 des canaux de hauteur est analogue à celui des canaux d'azimut et des parties analogues portent les mêmes références numériques. Le système 50 est destiné à exciter des paires de canaux d'alimentation (a, b) et (c, d) en opposition de phase lorsque le commutateur 52 est connecté à l'entrée 56 si bien que les faisceaux B et D sont formés. Dans une variante à l'utilisation du dispositif à "T magique", un déphaseur électronique peut être utilisé comme l'indique la figure 5 pour la création de signaux déphasés convenables pour la paire des canaux d'alimentation. L'engin qui doit être guidé par le champ d'information de radar comporte une antenne et un système récepteur tel que représenté sur la figure 5. Sur cette figure, un engin 60 comporte, près de son extrémité arrière, une antenne 62 sous forme d'un aérien "Yagi" comprenant une ligne de conducteurs métalliques formés à la surface externe de l'engin. Une antenne réceptrice de faible largeur de faisceau de type convenable est ainsi réalisée pour la réception des impulsions radars de la station de base, ces signaux etant transmis au récepteur qui comporte un mélangeur 64 destiné à mélanger le signal d'entrée provenant de l'oscillateur local, un amplificateur à fréquence intermédiaire 66 et un détecteur à diode simple 68. Le signal détecte est échantillonné dans un convertisseur analogique-numérique 70 et les signaux numérisés sont traités dans un microprocesseur 72 afin qu'ils donnent les signaux convenables de sortie en 74 permettant la commande du système 76 de guidage d'engin. Dans une variante à la disposition représentée sur la figure 5, un simple détecteur à cristal peut être utilisé comme indiqué sur la figure 6, avec un filtre 80 accordé sur la fréquence du radar et suivi par un détecteur 82 à diode et un circuit intégrateur 84. Ainsi, lors du fonctionnement selon l'invention, la station de base peut créer un jeu de faisceaux radars. L'énergie à haute fréquence est transmise au système d'alimentation à quatre cornets à une haute fréquence, sous forme d'impulsions. Les impulsions sont traitées de façon multiplexée temporellement si bien que la première impulsion excite les quatre canaux du système à quatre cornets simultanément et crée un faisceau principal de poursuite. Comme l'indique la figure 4, les commutateurs 52 des canaux d'azimut et de hauteur 48, 50 sont commutés aux entrées de sommation 54 si bien que les signaux en phase sont créés dans les canaux gauche et droit et forment le faisceau central de poursuite comme l'indique le tableau de la figure 3c. Lors de l'impulsion suivante, il est nécessaire de créer les faisceaux latéraux A et C et, à cet effet, les cornets d'alimentation a et c doivent recevoir des impulsions en opposition de phase par rapport à celles des cornets b, d. Ainsi, le commutateur 52 du canal d'azimut est commuté vers l'entrée de différence 56 si bien que les signaux en opposition de phase sont créés dans les lignes de sortie gauche et droite. De cette manière, l'excitation nécessaire en opposition de phase est realisée. A l'impulsion suivante, il faut créer les faisceaux latéraux B et D et, à cet effet, la paire de canaux de hauteur (a, b) est excitée en opposition de phase avec la paire (c, d) ; l'opération est réalisée par commutation convenable dans le canal 50. A l'impulsion suivante du radar, les quatre canaux sont excités en phase simultanément et donnent le faisceau central de poursuite. Dans une variante de système, des courants d'impulsions peuvent etre utilisés, le premier courant d'impulsions radars créant le faisceau central de poursuite, et la seconde impulsion et les impulsions suivantes créant les faisceaux latéraux. Dans cette disposition, le faisceau central peut suivre la cible, selon les procédés connus, et le réflecteur radar 22 de la figure 2 est déplacé de façon convenable afin qu'il suive la cible. Simultanément, les faisceaux latéraux sont excités successivement afin qu'ils créent une racine profonde qui est coaxiale au faisceau de poursuite. Les intensités relatives des signaux dans la racine par rapport aux faisceaux latéraux, sur la plus grande partie de la racine, présentent une différence d'environ 30 dB et ceci est évidemment une très grande différence de signaux qui peut etre détectée simplement. Du côte de l'extrémité des faisceaux latéraux comme indiqué sur la figure 2, l'intensité relative des signaux dans la racine et dans le faisceau diminue jusqu'à 3 dB, mais ceci est suffisant pour permettre à un système récepteur simple incorporé à l'engin 8 de détecter les intensités relatives des signaux, lorsqu'il atteint la cible. Le système récepteur de l'engin destiné au guidage de celui-ci dans la racine est représenté sur la figure 5 sous forme d'un récepteur superhétérodyne classique couplé à un détecteur à diode. Le signal de sortie du détecteur à diode est numérisé et les signaux numérisés sont traités en fonction de signaux convenables destinés au système de guidage d'engin. Comme le système de guidage d'engin a une très grande constante de temps par rapport aux impulsions du radar, le fait que les faisceaux latéraux sont créés de manière successive dans le temps n' apparaît pas dans le système de guidage de l'engin. Dans des variantes, le système de guidage de l'engin peut être programmé afin qu'il soit placé radialement par rapport à la racine centrale. Bien que, selon l'invention, l'engin puisse atteindre la cible le cas échéant, dans une variante, lorsque l'engin se rapproche de la cible 6 à l'extrémité des faisceaux latéraux, l'engin est suffisamment proche de la cible pour qu'il détecte les échos de la cible et qu'il puisse ainsi se rapprocher de la cible par utilisation d'un système convenable de réception et d'antenne. REVENDICATIONS 1. Procédé de guidage d'un objet à l'aide d'un champ d'information radar, le champ étant créé par un système à une seule impulsion comprenant un système d'alimentation à plusieurs cornets dans lequel des paires de cornets (a, b, c, d) sont excitées afin qu'elles créent plusieurs faisceaux latéraux (A, B, C, D) délimitant une racine centrale dans le champ, caractérisé en ce qu'il comprend le réglage du faisceau de manière que la racine soit dirigée vers une cible ou destination (26), et le positionnement de l'objet en position déterminée par rapport à la racine, l'objet comprenant une antenne et un récepteur (28) sensible à la différence d'intensités des signaux entre les faisceaux latéraux du champ d'information et la racine afin que l'objet soit guidé vers la cible ou destination. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend la formation de plusieurs canaux d'alimentation (a, b, c, d) pour les cornets respectifs du système d'alimentation à plusieurs cornets, l'excitation des canaux d'alimentation par multiplexage temporel afin que des impulsions successives ou des séquences d'impulsions de faisceaux latéraux soient formées et délimitent ensemble une racine centrale, et l'excitation de tous les canaux d'alimentation en phase afin qu'ils forment un faisceau central de poursuite. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend la formation de quatre canaux d'alimentation (a, b, c, d) ayant une disposition rectangulaire, et l'excitation de paires de canaux adjacents en opposition de phase afin que, suivant un programme multiplexé temporellement, deux faisceaux latéraux (A, B, C, D) soient créés en azimut et deux faisceaux latéraux soient créés en hauteur. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la différence d'intensités des signaux suffit pour que l'objet puisse atteindre la cible ou destination. 5. Procedé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, lorsque l'objet se rapproche de la cible, l'objet détecte les signaux de radar réfléchis par la cible afin que l'objet puisse atteindre la cible. 6. Appareil de guidage d'un objet à l'aide d'un champ d'information radar, caractérisé en ce qu'il comprend un émetteur (6) d'impulsions séparées, comprenant un système d'alimentation à plusieurs cornets destiné à créer un champ de radar ayant plusieurs faisceaux latéraux (A, B, C, D) qui déterminent une racine centrale, un dispositif de commande de l'émetteur afin qu'il dirige le faisceau radar et que la racine soit dirigée vers une cible ou destination, l'objet comprenant un dispositif (62-68) destiné à détecter l'intensité des signaux du faisceau et à guider l'objet d'après l'intensité détectée des signaux à un emplacement qui se trouve dans la racine centrale en position déterminée par rapport à la racine centrale, vers la cible ou destination. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'émetteur comporte plusieurs canaux d'alimentation (a, b, c, d) couples à des cornets respectifs du système d'alimentation à plusieurs cornets, et un dispositif de commutation (46) destiné à exciter les canaux par multiplexage temporel afin qu'il crée des faisceaux latéraux par des impulsions sequentielles ou des séquences d'impulsions, par excitation des canaux choisis en opposition de phase, assurant la formation d'une racine centrale, et la création d'un faisceau central de poursuite par excitation de tous les canaux en phase. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend quatre canaux d'alimentation (a, b, c, d) ayant une disposition rectangulaire, et un dispositif d'excitation des paires adjacentes de canaux en opposition de phase afin qu'ils créent des paires de faisceaux latéraux disposées en azimut et en hauteur. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de commutation (46) comprend un canal d'azimut (48) et un canal de hauteur (50), chaque canal ayant un dispositif de commutation destiné à exciter les paires de canaux d'alimentation en opposition de phase ou en phase suivant le signal reçu par le dispositif choisi de commutation.