Brevet FR2743895A1 — publié le 19970725

La présente invention concerne un système télémétrique hyperfréquence et, plus particuLièrement, bien que de façon non exclusive, un système d'altimètre radar pour aéronef. Les systèmes télémétriques hyperfréquence comprennent typiquement un moyen d'émission de micro-ondes modulées sur lesquelLes une certaine forme de codage a été appliquée, une antenne servant à recevoir des signaux de retour et un moyen permettant de déterminer le retard et L'énergie des signaux de retour et, par conséquent, La distance à La cible. Les systèmes antérieurement proposés ont toutefois rencontré des problèmes en ce qu'il n'est pas possible de différencier les signaux venant de deux objets situés à des distances différentes, mais analogues, par exemple les arbres, ou d'autres particularités, et le terrain sous-jacent. De plus, il existe souvent un signal non voulu d'un niveau relativemnet haut qui résulte d'un couplage diaphonique entre L'émetteur et L'antenne réceptrice ou est réfléchi par des structures se trouvant autour de l'antenne. Ces signaux non voulus sont typiquement à 60 dB du signal émis, tandis que le signal voulu est typiquement à 120 dB du signal émis. L'invention a été conçue pour tenter de produire un systhème télémétrique qui peut distinguer entre elles Les distances de cibles voisines et dans lequel le problème Lié aux signaux non voulus est réduit. Selon l'invention, il est produit un système télémétrique hyperfréquence du type décrit, comprenant un moyen permettant de traiter les signaux de retour afin de distinguer entre des réflexions dues au terrain et des réflexions dues à une particularité ; un moyen permettant d'appliquer une modulation supplémentaire au signal émis ; et un moyen servant à contrôler la puissance des signaux de retour dans une bande latérale de Ladite modulation supplémentaire. Le moyen d'émission de micro-ondes comprend de façon appropriée un moyen permettant de produire une onde porteuse qui est d'abord modulée par un code, typiquement un code à nombre pseudo-aléatoire, et est ensuite modulée, suivant une autre modula tion, typiquement une modulation de fréquence, à L'aide d'une fréquence prédéterminée, avant d'être émise par une antenne. Le moyen servant à recevoir les signaux de retour comDrend de façon appropriée une antenne réceptrice qui alimente un mélangeur permettant de mélanger Ladite autre modulation avec le signal de retour, qui est ensuite fournie à un corrélateur qui compare le signal reçu avec une version retardée du code modulé et détermine L'énergie de signaux reçus pour des retards donnés correspondant à des distances différentes. Le moyen de réception est utilisé pour contrôler l'énergie des signaux de retour dans une bande latérale de L'autre modulation et, ainsi, tout signal de brouillage venant de L'émetteur sera ignoré, car il n'a été soumis ni à l'autre modulation, ni à un déplacement Doppler et, par conséquent, se produit dans la bande de base. La donnée du signal reçu est également fournie à un analyseur de distance, qui permet de déterminer Les distances de la cible et de particularités. L'analyseur fonctionne de préférence en fixant un seuil tel que les signaux venant des particularités se trouve immédiatement au-dessus du seuil. La distance à la cible est typiquement déterminée par analyse des signaux de retour au-dessus et audessous de La valeur renvoyée de crête. La bande Latérale contrôlée est d'ordinairement la première bande latérale, bien qu'on puisse choisir toute bande ayant une énergie appropriée. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages ; elle s'appuie sur Les dessins annexés, parmi lesquels - La figure 1 représente une vue simplifiée d'un altimètre radar selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 montre La variation, en fonction du retard, de l'indice de modulation de ladite autre modulation ; - la figure 3 montre la variation, en fonction du retard, de La puissance contenue dans la première bande de l'autre modulation ; - la figure 4 est une vue Latérale simplifiée montrant une situation dans laquelle le système est nécessaire ; - la figure 5 montre les amplitudes typiques de signaux de retour correspondant à la situation de la figure 4 ; - la figure 6 représente un système permettant de déterminer des distances ; et - la figure 7 montre la distribution de l'énergie reçue contrôlée. On se reporte maintenant à la figure 1, qui représente une vue simplifiée d'un mode de réalisation de l'invention, se présentant sous la forme d'un altimètre radar pour aéronef. Le système comprend trois sous-unités principales : une section émettrice A, une section réceptrice B, et une section de traitement C. La section émettrice A comprend un générateur de signal 10 qui produit une fréquence FA typiquement située aux environs de 600 MHz. La fréquence FA est fournie à un modulateur 12, dans Lequel le signal est modulé par un code à nombre pseudo-aléatoire venant d'un générateur de décalage 13. La longueur du code est typiquement de 2 047 chiffres, et le signal de sortie du modulateur 12 est constitué d'un signal à spectre élargi de l'ordre de + 100 MHz, centré sur 600 MHz, comprenant des Lignes séparées suivant le taux de répétition du code, Lequel est d'environ 50 kHz pour la longueur de code préféré. Le signal est ensuite amplifié dans un amplificateur 14, le signal amplifié étant délivré à un mélangeur 15, dans lequel il est déplacé Latéralement jusqu'à une fréquence d'émission valant typiquement 4 300 MHz, par mélange avec une fréquence venant d'une source 16 qui est elle-même modulée par une fréquence FB grâce à une autre source 16'. On choisit La fréquence FB de façon qu'elle soit relativement basse par rapport à La fréquence de répétition du code, afin qu'un filtrage simple puisse être effectué. Une fréquence appropriée est de 1,5 kHz. Le signal venant du mélangeur 15 est amplifié de nouveau en 17 et est émis par une antenne 18. La section réceptrice B comprend une antenne réceptrice 20 qui alimente un amplificateur de réception 21. Après amplification, les signaux sont mélangés, dans un mélangeur 22, qui est également alimenté par la source 16 afin d'effectuer le mélange avec L'autre modulation FB. Le signal de sortie du mélangeur 22 est en outre amplifié en 23, puis est fourni à un corrélateur 24, lequel reçoit également, de la part de la source de code 13, une version retardée du code à nombre pseudo-aléatoire, ou code PN, correspondant au retard relatif à la distance analysée. Le signal de sortie du corrélateur est filtré dans un filtre passe-bande 25 qui est centré sur la fréquence FA et qui posséde une Largeur de bande laissant passer les bandes latérales FB, puis il est fourni à la section de traitement C. Dans la section de traitement C, Le signal filtré est mélangé aux voies I et Q de La bande de base dans des mélangeurs 26 et 27, et filtré dans des filtres passe-bas 28 et 29 qui laissent toujours passer les bandes latérales FB, et est mis sous une forme numérique dans des convertisseurs analogique-numérique (A/D) 30, 31. Les signaux numériques sont soumis à une analyse par transformation de Fourier rapide (FFT) 32 afin de produire des sous-bandes audio, qui sont typiquement centrées sur les fréquences 0, 1,5 kHz, 3 kHz et 4,5 kHz (c'est-å-dire la fréquence FB et ses harmoniques), ce qui permet de sélectionner les signaux qui ont subi un déplacement Doppler par suite du mouvement de L'aéronef par rapport au sol, à l'aide de filtres de voie 33, 34, 35 et 36. Le signal de sortie de chaque filtre est délivré à un réseau 37 pour y être analysé, la voie correspondant à un déplacement de fréquence nul étant dotée d'un interrupteur afin d'empêcher les signaux de brouillage d'atteindre le réseau 37. La donnée présente dans le réseau est fournie à un processeur 38 servant à produire une analyse des distances du terrain et des particularités. En imposant une autre modulation FB au signal émis, il en résulte qu'une partie de l'énergie des signaux de retour apparait dans Les bandes latérales et non pas dans la bande de base, du fait du retard et du déplacement Doppler (voir les figures 2 et 3), qui ne se trouvent pas dans Les signaux de brouillage. Par conséquent, une partie du signal voulu apparaitra dans les bandes Latérales et, par conséquent, dans Les filtres de voie 34, 35 et 36, tandis que La totalité du signal non voulu se retrouvera dans le filtre de voie 33 correspondant à la bande de base. En ignorant le signal de la bande de base et en contrôlant la bande latérale, on élimine l'effet des signaux de brouillage. Alors que n'importe quelle bande latérale qui possède une énergie suffisante peut être contrôlée, on choisit ordinairement la première bande latérale. Un interrupteur 39 est prévu de façon que le signal de la bande de base se trouvant dans le filtre 33 puisse être éliminé ou inclus lorsque cela est nécessaire, par exemple aux trés basses altitudes, où l'amplitude des divers signaux est suffisante pour que le brouillage puisse être identifié. Comme on L'aura compris en observant la figure 4, un aéronef qui vole au-dessus du sol rencontrera des signaux d'altitude venant à la fois du niveau de base du sol (terrain) et de particularités telles que des zones localisées hautes, des bois, etc., ou bien d'autres particularités se trouvant à une distance intermédiaire, et le système selon l'invention tend à établir une différence entre eux par analyse des signaux de retour. Les signaux correspondants aux distances R1 et R2 peuvent être vus sur la figure 5. Il faut utiliser, dans Le système ci-dessus présenté, une technique de balayage de distance, où le code du récepteur est de préférence présent pour un retard donné (distance) pendant une durée d'intégration fixe permettant de mesurer L'intensité du signal pendant chaque durée de retard. En retour, une image représentant L'intensité du signal en fonction de la distance est construite pour toute L'étendue de mesure du système dans le réseau 37. Cette image contiendra donc des données signal/distance pour toutes les cibles ainsi qu'une information relative au bruit ambiant, un résultat typique étant présenté sur la figure 5. A partir de cette image, on peut extraire, à L'aide du processeur 38, La distance de la cible prédominante (terrain) R2 et des cibles (particularité) placées à des plus courtes distances, qui sont moins dominantes, R1. Pour pouvoir formuler une technique robuste d'extraction de cible prédominante, il faut prendre en considération la dynamique des cibles. On peut voir qu'un algorithme d'aires partielles appliqué sur la distance de La cible prédominante peut permettre de distinguer de façon importante cette cible vis-á-vis de retours, correspondant à des distances plus courtes, qui se produisent à proximité de celle-ci. On va maintenant décrire, en relation avec Les figures 6 et 7, un procédé d'extraction de distances de particularités et de distances de terrain. Selon ce procédé, on lit le réseau d'amplitudes, ou d'intensités de signal, dans les diverses bandes de distance, ou cellules de distance, et on modifie les amplitudes de façon à compenser la loi de variation de l'intensité du signal en fonction de la distance, les signaux étant réduits à 9 dB/octave du fait de facteurs de propagation. La cellule qui présente la plus grande amplitude (après compensation) est notée (C) et La valeur de L'amplitude est mesurée (P). Le procédé de détermination de la distance d'une particularité est le suivant (voir côté gauche de la figure 6). Un seuil (T1) est fixé à une valeur donnée, en dessous de P. Il s'agit typiquement de 12 dB, et on contrôlera que T1 est audessus du niveau général du bruit. On effectue un balayage des cellules situées au-dessous de C en commençant à un nombre fixe de cellules au-dessous de C. Typiquement, le balayage doit commencer à l'équivalent de 91 m (300 pieds) au-dessous de C, bien qu'un balayage ne couvre normalement pas Les quelques premières cellules, qui correspondent à la distance située au-dessous de 4,6 m (15 pieds). On détermine la cellule possédant la plus courte distance qui a encore une énergie supérieure à T1, soit La cellule (C1). On effectue ensuite une interpolation reposant sur l'énergie contenue dans C1 et l'énergie contenue dans La cellule immédiatement au-dessous et, à partir de cette interpolation, on calcule R1 comme étant la distance de croisement du seuil T1, puis, après filtrage, on délivre R1. Le procédé de détermination de La distance du terrain est le suivant (voir côté droit de la figure 6). On fixe un seuil (T2) à une valeur donnée au-dessous de P, qui ne doit pas nécessairement être égale à T1, mais qui est typiquement 12 dB lorsqu'on veut obtenir un bon rapport signalbruit. Dans des conditions correspondant à un rapport signal-bruit plus médiocre, on prendra un seuil plus proche de P. On effectue le balayage de paires de cellules, lesquelles comprennent une cellule au-dessus de C et l'autre au-dessous, toutes les deux de la même quantité. Lorsque l'énergie contenue dans l'une ou L'autre cellule de la paire balayée tombe au-dessous de T2, on arrête le balayage. On détermine La distance des paires de cellules (C2-C3) qui ont une énergie au-dessus de T2. (Dans L'exemple de La figure 7, seule la paire adjacente de cellules satisfait ce critère.) On calcule l'énergie contenue dans l'intervalle de cellules C2-C3, puis on calcule l'aire qui contient une fraction fixe K de L'énergie totale de C2-C3, sa Limite supérieure donnant la valeur de R2 (voir figure 4). Typiquement, une valeur de K est de 0,375. Après filtrage, on obtient R2 comme étant la distance au terrain. L'importance du filtrage appliqué au signal de sortie correspondant au terrain peut être supérieure à celle de la particularité, si cela est nécessaire. On choisit Les seuils T1 et T2 de façon que des particularités telles que des arbres soient acceptées et mesurées, tandis que Les retours des nuages et de la paille sont ignores. Bien entendu, L'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du système dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de L'invention. REVENDICATIONS 1. Système télémétrique à ondes continues, comportant un moyen (10, 12, 13, 14, 15, 17, 18) d'émission de micro-ondes modulées auxquelles un codage (PN) a été appliqué, une antenne (20) servant à recevoir des signaux réfléchis, et un moyen (38) servant à déterminer le retard et l'énergie relatifs aux signaux de retour, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (32 à 37) servant à traiter les signaux de retour afin de distinguer entre les réflexions qui sont dues à une cible et les réflexions qui sont dues à une particularité ; un moyen (15, 16, 16') servant à appliquer une autre modulation au signal émis ; et un moyen servant a contrôler la puissance des signaux de retour contenue dans une bande latérale de ladite autre modulation. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'émission de micro-ondes comprend un moyen servant å produire une onde porteuse, qui est d'abord modulée par un code, puis est ensuite soumise à une autre modulation, à l'aide d'une fréquence prédéterminée (FB), avant d'être émise par une antenne (18). 3. Système selon La revendication 2, caractérisé en ce que le code est un code à nombre pseudo-aléatoire (PN). 4. Système selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la modulation effectuée ensuite est une modulation de fréquence. 5. Système selon L'une quelconque des revendications précédentes, où Le moyen servant à recevoir les signaux de retour comprend une antenne réceptrice (20) qui alimente un mélangeur (22) afin de mélanger l'autre modulation venant du signal, qui est ensuite fourni à un corrélateur (24) qui compare Le signal reçu avec une version retardée du code modulé et détermine l'énergie des signaux reçus pour des retards donnés correspondant à des distances différentes. 6. Système selon L'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que La donnée du signal reçu est égale ment fournie à un analyseur de distance qui permet de déterminer les distances de La cible et de particularités. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que L'analyse agit en fixant un seuil tel que les signaux provenant des particularités se trouve immédiatement au-dessus du seuil. 8. Système selon la revendication 6 ou 7, où La distance de La cible est déterminée par une analyse des signaux de retour se trouvant au-dessus et au-dessous de la valeur renvoyée de crête.