Brevet FR2727522A1 — publié le 19960531

Radar Doppler à impulsions, en particulier pour applications aéroportées. L'invention concerne les radars Doppler à impulsions, en particulier pour applications aéroportées. Des raisons techniques font que les radars aéroportés de ce genre ont le plus souvent une antenne unique d'émission/ réception. A cette antenne, munie d'un coupleur ou duplexeur, sont reliés d'une part les circuits d'émission, d'autre part les circuits de réception. La ou les hyperfréquences d'émission, la ou les fréquences intermédiaires ainsi que la ou les fréquences de répétition des impulsions sont engendrées à partir d'une source de fréquence unique, dite pilote de très haute qualité, que comporte le radar. Du fait de l'emploi d'une seule antenne pour l'émission et la réception, il est nécessaire de bloquer très énergiquement les circuits de réception pendant l'émission, donc à la fréquence de répétition des impulsions, que l'on appelle aussi fréquence ou signal de découpage. Les circuits utilisés à cet effet produisent inéluctablement un train d'harmoniques de la fréquence de découpage. Ces harmoniques peuvent monter très haut en fréquence, jusqu'à atteindre les valeurs de fréquence intermédiaire, d'autant plus que la rapidité de réponse des circuits augmente avec les progrès de la technologie. Par ailleurs, les radars dont il s'agit sont à moyenne fréquence de répé tition (MFR) ou à haute fréquence de répétition (EFR). - Il est difficile ou impossible de détecter des échos possédant des vitesses relatives correspondant à ces harmoniques, et à des zones de vitesse étroites qui les entourent. Les raies parasites ainsi créées sont souvent appelées "birdies" dans les documents techniques en langue anglaise. Comme la fréquence de répétition est commutable, les raies parasites vont naturellement varier avec elle. Cette commutation de la fréquence de répétition, nécessaire pour lever l'ambiguité, vient donc compliquer le problème. Un autre problème est bien connu dans les radars aéroportés les échos de sol, en particulier lorsqu'ils rentrent dans le lobe principal de l'antenne, sont eux aussi des signaux quasi-périodiques, puisqu'ils sont découpés à des fréquences de répétition discrètes (donc stationnaires pendant une durée de traitement cohérent, comme le comprendra l'homme de l'art). Il existe ainsi deux spectres de raies parasites : celui dû à la rétrodiffusion des échos de sol, et celui dû aux harmoniques de la fréquence de découpage. Dans le Brevet français No 81 04569, la Demanderesse a proposé de superposer ces deux spectres de raies, en décalant la fréquence d'émission du radar d'une quantité égale à la fréquence Doppler des échos de sol. Les autres fréquences du radar ne sont pas modifiées; en particulier, la fréquence de répétition des impulsions est un sous-multiple de la ou des fréquences intermédiaires. Ainsi, le spectre des raies parasites d'échos de sol est ramené en superposition sur le spectre des raies parasites dues aux harmoniques de la fréquence de découpage. Cette disposition a donné de bons résultats. Toutefois, on a constaté l'apparition intempestive de couplages entre les aériens de radars portés par des aéronefs volant en formation, munis de pilotes de fréquence identiques, et se trouvant opérer sur la même fréquence de répétition au même moment. La Demanderesse s'est maintenant posé le problème de modifier un tel radar, de façon à éviter ce genre de couplages intel- pestifs. Ce problème est résolu par la présente invention Le radar dont il s'agit est un radar Doppler à impulsions opérant à une fréquence de répétition moyenne ou haute, en particulier pour applications aéroportées. I1- est muni d'une antenne commune d'émission/réception, et d'une inhibition des circuits de réception pendant les impulsions d'émission. Selon l'invention, ce radar comporte - des moyens pour modifier la fréquence de répétition afin d'amener le spectre des raies parasites, dues aux harmoniques créées par ladite inhibition des circuits de réception, en superposition avec le spectre de signaux reçus indésirés possédant une vitesse relative connue, et - des moyens pour éliminer ensuite les deux spectres ainsi superposés. Très avantageusement, la fréquence d'émission n'est produite que pendant les impulsions d'émission. On évite ainsi des difficultés liées à des couplages hyperfréquences entre l'émission et la réception, qui gêneraient le traitement des échos provenant de cibles animées de vitesses très faibles relativement au radar. En pratique, la fréquence de répétition est un sous-multiple de la fréquence intermédiaire de réception, corrigée de l'effet Doppler desdits signaux reçus indésirés possédant une vitesse relative connue. Dans la plupart des applications, lesdits signaux reçus indésirés correspondent au fouillis de sol, dont la vitesse est connue d'après le mouvement du radar. Dans un mode de réalisation particulier, le radar est du type comprenant un pilote de haute qualité pour produire la fréquence d'émission et celles associées aux signaux locaux, un amplificateur d'émission et un amplificateur de réception, couplés tous deux par un duplexeur à l'antenne commune, un circuit mélangeur, relié à la sortie de l'amplificateur de réception, le pilote fournissant la fréquence d'émission à l'amplificateur d'émission, et un signal local au circuit mélangeur, lequel signal local est égal à la somme ou la différence de la fréquence d'émission et de la fréquence intermédiaire à laquelle opère le mélangeur; selon l'invention, le pilote fournit également la fréquence intermédiaire à un circuit combinateur de fréquence propre à engendrer la différence ou la somme, respectivement, entre la fréquence intermédiaire et la fréquence Doppler desdits signaux indésirés, ainsi qu'à établir un sous-multiple de cette différence ou somme, en tant que fréquence de répétition appliquée à l'amplificateur d'émission, et à l'inhibition de la réception, au moins. Pour sa part, l'inhibition de réception assurée à haut niveau à l'entrée du récepteur hyperfréquence doit être complétée par un circuit de découpage prévu en aval du circuit mélangeur. Le radar peut alors comporter un circuit démodulateur en aval du circuit d'inhibition de réception, lequel, en certaines applications, reçoit pour signal local ladite différence ou somme. Plus particulièrement encore, le circuit combinateur comprend un oscillateur commandé en tension, suivi d'un diviseur de fréquence, de préférence programmable. L'invention s'applique préférentiellement pour des longueurs d'onde d'émission centimétriques couramment utilisées dans les radars aéroportés. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à l'examen de la description détaillée ci-après, ainsi que des dessins annexés, dont la figure unique illustre un radar propre à la mise en oeuvre de l'invention. Dans le cadre de la présente description détaillée, on admettra que le radar opère sur une longueur d'onde d'émission centimétrique, pour une fréquence de répétition moyenne ou haute, c'est-à-dire supérieure à 10 kHz. On admet également que le radar est porté par un aéronef. On considérera également plus loin le cas de plusieurs aéronefs volant en formation et portant des radars identiques. Un radar selon l'invention comporte une antenne commune d'émission/réception 10, reliée par un duplexeur ou circulateur 12, d'une part à une voie d'émission, d'autre part à une voie de réception. Le radar est également équipé d'une source de fréquence de référence constituée d'un pilote de haute qualité et à faible bruit, désigné par 20. Ce pilote fournit une fréquence d'émission F e à l'amplificateur d'émission 14, qui peut être constitué d'un tube à ondes progressives. Cet amplificateur 14 est relié à une entrée du duplexeur 12. verra ci-après que la production de la fréquence d'émission F e par le pilots 20 est inhibée en dehors des impulsions d'émission, sous l'effet d'un signal FR appliqué au pilote 20, et représentant la fréquence de répétition. De même, l'amplificateur d'émission 14 lui-même est également inhibé à la fréquence de répétition en dehors des impulsions d'émission. La dernière borne du circulateur 12 est connectée par l'inter- médiaire d'un circuit 13 de blocage des fuites d'émission à des étages de réception hyperfréquence 16, suivis d'un mélaageur 18. Le mélangeur 18 reçoit comme signal local une fréquence Fe + Fio , qui provient du pilote 20. Le signe + ou - est choisi suivant que le mélange est supradyne ou infradyne. La sortie du mélangeur 18 est donc une fréquence intermédiaire F. , modifiée en fonction des caractéristiques de mouvement 'o des cibles qui produisent des échos. Ce signal de sortie du mélangeur 18 est appliqué à un circuit 52 qui réalise un découpage de la réception, pour éliminer de celle-ci les temps correspondant à l'émission. A cet effet, le circuit 52 reçoit lui aussi la fréquence de répétition FR. La sortie du circuit 52 est appliquée à un amplificateur 54, suivi d'un étage 56 de démodulation en amplitude et en phase. Enfin, un circuit 60 réalise le filtrage de raies parasites, d'une manière que l'on décrira plus loin en détail, puis le traitement du spectre vidéo des échos reçus, de manière connue. La nouveauté principale de l'invention réside dans l'élaboration de la fréquence de répétition FR. Pour cela, le pilote 20 fournit également un signal local à la fréquence intermédiaire Fio , qui est appliquée à l'ensemble de circuit référencé 3. Pour des raisons techniques, la valeur nominale habituelle de la fréquence de répétition est un sous-multiple de la fréquence intermédiaire de réception F. 10 Selon l'invention, les moyens 3 vott avoir pour effet de modifier cette valeur nominale de la fréquence de répétition FR, afin d'amener le spectre de raies parasites dues aux harmoniques créées par l'inhibition des circuits de réception, en superposition avec le spectre des signaux reçus indésirés possédant une vitesse relative connue. Dans le cadre de cette description détaillée, ces signaux reçus indésirés sont supposés correspondre au fouillis de sol. En d 'autres termes, la valeur de la fréquence de répétition va être modifiée pour qu'elle soit corrigée de l'effet Doppler des signaux reçus correspondant au fouillis de sol. La vitesse relative des signaux en provenance du sol peut être déterminée à partir de la centrale inertielle 40 que comporte l'aéronef. En effet, le vecteur vitesse de l'zéro nef étant également connu, il est aisé, à partir de la centrale inertielle 40 de produire un signal Vs représentant la vitesse du sol par rapport à l'antenne 10 du radar. Ce signal Vs est appliqué en même temps que la valeur de la fréquence intermédiaire F. à un oscillateur commandé en 10 tension ou VCO, noté 32. Le VCO 32 opère normalement à la fréquence Fio , mais cette fréquence est modifiée en fonction 10 de la tension Vs qui représente la vitesse du sol. On obtient ainsi en sortie de l'oscillateur 32 un signal Fio + Fds , OÙ Fds est la fréquence représentant la composante Doppler due au fouillis de sol. Le signe affecté à cette fréquence est - ou + suivant que celui du signal local appliqué au mélangeur 18 est + ou -. Après cela, un diviseur de fréquence 34 permet d'obtenir un sous-multiple de cette valeur F +F , sous-multiple qui io DS définit la fréquence de répétition FR. La plupart du temps, on fait varier la fréquence de répétition, notamment pour lever des ambiguités. Bien entendu, la valeur du diviseur k. que procure le dispositif 34 peut être rendue commutable sous l'effet d'un organe de commande de commutation 36 de la fréquence de répétition FR. Par ailleurs, le signal disponible en sortie du VCO 32 peut être utilisé comme signal local pour être appliqué à l'étage de démodulation 56, si l'on désire que le spectre des signaux vidéo à traiter ultérieurement dans les étages 60 possède pour zéro les vitesses correspondant aux objets immobiles par rapport au sol. On pourra bien sûr appliquer en variante d'autres fréquences à l'étage 56, notamment la fréquence Fio elle-même, le zéro 10 du spectre vidéo étant alors défini par rapport à l'aéronef. L'homme de l'art comprendra qu'en corrigeant la fréquence de répétition FR en fonction de la fréquence Doppler liée aux signaux du fouillis de sol (ou à d'autres signaux reçus indésirés possédant une vitesse relative connue par rapport à l'aéronef), on obtient ceci : les harmoniques créées par le circuit 52 qui réalisent le découpage de la réception pour éliminer ce qui est contemporain de l'émission, se trouvent coincider avec les raies parasites dues à la rétrodiffusion des échos de sol (lorsque ceux-ci sont indésirés > . Il est alors possible, de manière connue, de réaliser dans le ou les étages 60, préalablement au traitement proprement dit, un filtrage de toutes ces raies parasites, dont la fréquence est fixe et connue. Cette fréquence ne dépend que de la valeur du signal local appliquée aux étages de démodulation 56. Jusqu'à présent, on obtient, par des moyens différents, le même résultat qui avait déjà été obtenu par les moyens décrits par le Brevet français antérieur No 81 04569. La pré sente invention offre toutefois un premier avantage, qui est de ne pas procéder à de délicates modifications de la fréquence d'émission, qui étaient nécessaires dans la proposition antérieure. En effet, dans celle-ci, on mod'lfiait la fréquence d'émission pour tenir compte de l'effettDoppler lié au fouillis de sol par exemple. Du fait, de plus, que la fréquence d'émission n'est pas modifiée, il est plus facile de ne produire cette fréquence d'émission qu'au moment où on en a besoin, c'est-d-dire pendant les impulsions d'émission. Or, cela a aussi une importance, compte tenu des couplages entre les voies d'émission et les voies de réception, déjà relevés, et tenant à l'usage d'une antenne unique d 'émis s ionlréception. Mais l'invention offre aussi un second avantage essentiel : la fréquence de répétition utilisée par le radar n'est pas liée de manière stricte à la valeur de son pilote 20, puisqu'elle est modulée en fonction de la fréquence Doppler liée au fouillis de sol, c'est-à-dire d'une manière qui dépend essentiellement du mouvement de l'aéronef. Or, dans le cas d'aéronefs volant en formation et possédant les mêmes radars, il peut se produire une interaction, notamment par les lobes secondaires, entre les radars de deux de ces aéronefs. Il apparatt par conséquent un risque non négligeable que l'un des radars prenne pour un écho utile ce qui en fait ne tient qu'd un problème de couplage avec le radar de l'aéronef voisin. Lorsque, dans la technique antérieure, les fréquences de répétition des radars étaient identiques ou pouvaient l'être, puisque leurs pilotes 20 étaient les mêmes, il n'y avait pratiquement pas de moyens simples de reconnattre et éliminer de faux échos utiles tenant à un tel couplage entre radars d'aéronefs volant près l'un de l'autre. Au contraire, la présente invention amène une petite modification permanente des fréquences de répétition en fonction du mouvement de chacun des aéronefs. Ceci rend très peu - probable que deux aéronefs volant ensemble se trouvent au même moment sur la même valeur de commutation de la fréquence de répétition, et avec exactement la même vitesse par rapport au sol. Ils auront donc nécessairement des fréquences de répétition légèrement différentes. Les observations menées par la Demanderesse ont montré que, dans ce cas, un radar qui recevrait dans son antenne le train d'impulsions émis par un autre radar ne pourrait plus être leurré par ce train d'im pulsions, car il se produirait un défilement complet des deux trames de répétition l'une par rapport à l'autre, à une vitesse très importante. Ceci sera mieux compris à l'aide d'un exemple. EXEMPLE Fréquence d'émission : 10 GHz Vitesse des aéronefs : 300 m/s Fréquence intermédiaire : Fio = 50 MHz Fréquence Doppler attachée au fouillis de sol Fds = 20 kHz On admet par exemple que l'un des radars des aéronefs volant en formation est pointé, tandis que l'autre est dépointé de 600 par rapport au vecteur vitesse de l'aéronef. il en résulte que le premier utilise bien la valeur Fds = 20 kHz, tandis que le second n'a une fréquence Doppler liée au sol que de 10 kHz. Si maintenant ces deux aéronefs se trouvent être sur la même valeur k d'ambiguité attachée à la fréquence de répétition, on peut admettre que la variation relative de la fréquence de répétition aFR/FR est très voisine du rapport de la variation de la fréquence Doppler liée à l'effet de sol à la fréquence intermédiaire, soit Fds/Fio 4 7 On a aFR = t04 pour F. = 5.10 . En multipliant le rapport 10 aFR/FR par la vitesse de la lumière, on aboutit finalement à une vitesse relative de défilement des trames de répétition des deux radars qui est de l'ordre de 60 km/s. L'homme de l'art comprendra que des échos défilant à cette vitesse sortent complètement du domaine de détection normal du radar. En d'autres termes, l'énergie du train d'impulsions perturbateur qui défile à grande vitesse par rapport au train d'impulsions du radar considéré va se trouver dispersée ce qui conduit d'une part à une diminution du niveau dtinter- action dans la domaine temps-fréquence et d'autre part à la possibilité de mise en oeuvre de traitements permettant l'élimination du signal perturbateur. Revendications 1.- Radar Doppler à impulsions, à fréquence de répétition moyenne ou haute, en particulier pour applications aéroportées avec antenne commune d'émission/réception (10) et inhibition (52) des circuits de réception pendant les impulsions d'émission, caractérisé en ce qu'il comporte - des moyens (3) pour modifier la fréquence de répétition (FR > afin d'amener le spectre des raies parasites, dues aux harmoniques créées par ladite inhibition des circuits de réception, en superposition avec le spectre de signaux reçus indésirés possédant une vitesse relative connue, et - des moyens (60) pour éliminer ensuite les deux spectres ainsi superposés. 2.- Radar selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence d'émission (Fe) n'est produite que pendant les impulsions d'émission. 3.- Radar selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la fréquence de répétition (FR) est un sousmultiple de la fréquence intermédiaire de réception (Fio) corrigée de l'effet Doppler (Fds) desdits signaux reçus indésirés possédant une vitesse relative connue. 4.- Radar selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits signaux reçus indésirés (Fds) correspondent au fouillis de sol, dont la vitesse est connue d'après le mouvement du radar. 5.- Radar selon l'une des revendications précédentes, du typé comprenant un amplificateur d'émission (14) et un amplificateur de réception (16), couplés tous deux par un duplexeur (12) à l'antenne commune, un circuit mélangeur (1). relié à la sortie de l'amplificateur de réception (16), un pilote de haute qualité (20) fournissant la fréquence d'émission (Fe) à l'amplificateur d'émission, et un signal local au circuit mélangeur, lequel signal local est égal à la somme ou la différence (Fe+Fio) de la fréquence d'émission et de la fréquence intermédiaire à laquelle opère le mélangeur, caractérisé en ce que le pilote (20) fournit également la fréquence intermédiaire (fiv) à un circuit combinateur de fréquence (3) propre à engendrer (32) la différence ou la somme, respectivement,(F0 +Fds) entre la fréquence intermédiaire et la fréquence Doppler desdits signaux indésirés, ainsi qu'à établir un sous-multiple (34) de cette différence ou somme, en tant que fréquence de répétition (FR) appliquée à l'amplificateur d'émission (14) et à I1 inhibition de la réception (52), au moins. 6. Radar selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'inhibition de réception est complétée par un circuit de découpage (52) prévu en aval du circuit mélangeur (18), c'est-à-dire à une fréquence intermédiaire. 7.- Radar selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit démodulateur amplitude/phase (56) en aval du circuit d'inhibition de réception (52). 8.- Radar selon la revendication 7, caractérisé en ce que le circuit démodulateur (56) reçoit pour signal local ladite différence ou somme (F. +F 9.- Radar selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le circuit combinateur (3) comprend un oscillateur commandé en tension (32), suivi d'un diviseur de fréquence (34), de préférence programmable.