Brevet FR2738351A1 — publié le 19970307

PROCEDE ET DISPOSITIF DE RECONNAISSANCE AUTOMATIQUE DE8 VEHICULES A CHENILLES POUR RADAR DOPPLER DE 8URVEILLANCE DU 80L La présente invention se rapporte à un procédé et un dispositif de reconnaissance automatique des véhicules à chenilles pour radar Doppler de surveillance du sol du type comportant à la réception des moyens de filtrage du fouillis dans les signaux reçus, des moyens de détection et de localisation de cible et des moyens de visualisation. Dans le cadre de la surveillance du sol par radar, il est très intéressant de pouvoir reconnaître les véhicules à chenilles parmi les diverses cibles détectées. Habituellement, ce rôle de reconnaissance est tenu par l'opérateur radar qui, lorsqu'il est bien entraîné, peut reconnaître ces véhicules à chenilles à partir des informations fournies par un radar Doppler classique. Cependant, la probabilité de reconnaissance par un opérateur est relativement faible et la durée d'observation nécessaire à la prise de décision est longue (par exemple de l'ordre de plusieurs secondes). L'invention a pour objet un dispositif de reconnaissance de véhicules à chenilles qui soit capable de reconnaître un véhicule à chenilles en temps réel pendant le temps de passage du lobe d'antenne, c'est-à-dire en un temps de l'ordre de 0,15 seconde par exemple. Un autre objet de l'invention est un tel dispositif de reconnaissance d'encombrement et de coût relatif réduits par rapport au radar utilisé qui soit entièrement compatible avec le mode de surveillance normal du radar et qui ait une efficacité très supérieure à celle d'un opérateur notamment en termes de probabilité de reconnaissance. Selon l'invention, il est donc prévu un procédé de reconnaissance automatique des véhicules à chenilles pour radar Doppler de surveillance du sol du type comportant à la réception des moyens de filtrage du fouillis dans les signaux reçus, des moyens de détection et de localisation de cible et des moyens de visualisation, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à - stocker ledit signal reçu, après élimination du fouillis, sur une durée prédéterminée supérieure au temps de passage du faisceau d'antenne dudit radar - déterminer le rapport signal à bruit pour lesdits signaux stockés correspondant à une porte en distance du radar où une cible est détectée par lesdits moyens de détection et de localisation - calculer le spectre de puissance des signaux reçus stockés pour les portes en distance où une cible est détectée - déterminer une première quantité C1 correspondant à la puissance rétrodiffusée par ladite cible en dehors de la raie centrale dudit spectre correspondant à l'écho de corps de la cible - déterminer une seconde quantité C2 égale au rapport des puissances de l'écho de corps de la cible et de la raie maximum dudit spectre en dehors dudit écho de corps ; et - comparer lesdites première et seconde quantités à des valeurs prédéterminées en fonction dudit rapport signal à bruit, pour décider si ladite cible est un véhicule à chenilles. Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu un dispositif de reconnaissance automatique de véhicules à chenilles mettant en oeuvre ce procédé. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints où - les figures 1 et 2 représentent les allures de spectres de véhicules sans ou avec chenilles respectivement - la figure 3 schématise l'opération de centrage appliqué au spectre des signaux reçus d'une cible - la figure 4 est un diagramme explicatif du principe du procédé selon l'invention - la figure 5 est un schéma de principe d'un radar utilisant le dispositif selon l'invention - la figure 6 est un schéma plus détaillé du dispositif selon l'invention ; - la figure 7 montre le schéma d'un processeur élémentaire utilisé dans le dispositif selon l'invention ; et - la figure 8 est un organigramme du traitement assuré par le dispositif selon l'invention. La reconnaissance des véhicules à chenilles est obtenue par analyse spectrale fine du signal reçu pendant un temps inférieur ou égal au temps de passage du lobe d'antenne dans les portes en distance d'un radar Doppler de surveillance du sol où une détection a eu lieu. Le principe du procédé selon l'invention est basé sur les remarques suivantes. Les engins à chenilles vus de côté par un radar Doppler rétrodiffusent des signaux dont le spectre, si le haut de la chenille est visible, présente un pic à la fréquence 2Fd, Fd étant la fréquence Doppler de l'écho de corps de l'engin, dû à la partie supérieure de la chenille et un pic moins élevé proche de la fréquence zéro et correspondant aux chaînons montants ou descendants du sol. Si l'engin est vu de l'avant ou de l'arrière ou si le haut de la chenille est masqué (par exemple par une jupe), le spectre ne présente que le pic vers la fréquence nulle et un plancher autour de la fréquence Fd. Par contre, pour un engin sans chenilles, seuls les boulons de roue, jantes, crampons de pneus etc ... donnent un bruit à toutes les fréquences intermédiaires entre zéro et 2Fd mais leur surface équivalente radar est bien plus faible que celle des chaînons d'une chenille et le niveau obtenu pour le spectre, en dehors de la raie à la fréquence Fd de l'écho de corps, est notablement plus faible. A titre d'exemple, la figure 1 représente l'allure du spectre d'un véhicule sans chenilles et la figure 2 celle du spectre d'un véhicule à chenilles. Le principe de la reconnaissance des véhicules à chenilles est basé sur la mise en évidence de cette différence. Pour cela, d'une part on mesure la puissance rétrodiffusée C1 due à ces éléments tournants du véhicule. D'autre part, on évalue le rapport C2 des puissances rétrodiffusées respectivement dues au corps du véhicule et à l'élément tournant le plus réfléchissant. Pour calculer plus facilement la quantité C1, on peut procéder d'abord à un recentrage du spectre, représentation de la densité spectrale de puissance en fonction de la fréquence, autour de la raie centrale de fréquence Fd, par une transposition de fréquence Fd, comme le représentent les courbes a) (spectre initial) b) (spectre reconstitué) et c) (spectre recentré) de la figure 3. La quantité C1 peut alors être calculée selon la relation Fd/2 Fd Cl = a r g(x)d Ixl + ss r g(x) dlxl Fm Fd/2 où g(x) représente la densité spectrale de puissance du signal reçu de la cible à la fréquence x, Fm est une borne de fréquence minimale choisie de manière à éliminer sensiblement la contribution de la raie centrale du spectre et a et ss sont des constantes de pondération. a est choisie inférieure à p de manière à accorder un poids plus fort aux portions de spectre proches de + Fd, c'est-à-dire proches de O et 2Fd dans le spectre initial, ce qui a pour effet d'accentuer le contraste entre les engins à chenilles et les autres. La quantité C2 est égale à g(0)/gm où g(O) est la densité spectrale de puissance à la fréquence zéro du spectre recentré (écho de corps de la cible) et gm est la valeur maximale de la densité spectrale de puissance g(x) pour x appartenant à [-Fd, ~Fm] U[Fm, Fd] Avec ces valeurs de C1 et C2, on a représenté sur la figure 4 les résultats d'observations réelles sur piste et sur terrain de véhicules à chenilles de différents types (symboles + sur la figure 4) et de véhicules à roues de différents types (symboles . sur la figure 4). On voit que les points (C1, C2) se positionnent en deux "nuages" de points relativement disjoints pour un rapport signal à bruit donné (10 dB sur l'impulsion pour la figure 4). Ainsi une zone du plan de la figure 4 peut être définie comme contenant sensiblement uniquement des véhicules à chenilles par les relations C1 > Sl.a S20 Les seuils S1, S20 et S21 sont déterminés et sont différents pour chaque valeur de rapport signal à bruit. Le seuil S1 est pondéré par une référence de bruit a qui peut être calculée de deux façons - ou bien elle est déterminée dans la même cellule de résolution distance que la cible considérée, sur la densité spectrale de puissance en dehors de la bande [-Fd, +Fd] ; cependant ceci n'est possible que si la fréquence de répétition du radar Fr est suffisamment supérieure à la fréquence Doppler Fd ; cette méthode a l'avantage de refuser la reconnaissance en présence de cibles multiples à des vitesses différentes (a devient très élevé par rapport au bruit) - ou bien elle est déterminée sur des bandes de fréquence choisies dans des portes en distance voisines de celle de la cible, les bandes étant choisies de part et d'autre de la fréquence Fd dans le spectre initial ; en évitant la bande contenant Fd, on évite d'une part le risque de retrouver d'autres cibles à la même vitesse dans des portes voisines (cas de convoi de véhicules) et d'autre part le risque, en cas de détection par corrélation, de trouver des pics secondaires de corrélation en distance dans les portes voisines, ce qui fausserait la référence de bruit. Par ailleurs il faut noter qu'il est préférable de prévoir en outre un test sur la vitesse Doppler des cibles détectées pour éliminer du traitement toutes celles dont la vitesse est supérieure à une valeur seuil (Fd L'utilisation de deux critères simultanés sur les quantités C1 et C2 respectivement est nécessaire pour la raison suivante : en cas de faible rapport signal à bruit, les pics du spectre correspondant aux chenilles sont partiellement noyés dans le bruit et ne peuvent donc servir à discriminer utilement entre véhicules à chenilles et autres véhicules. Par contre l'écart entre écho de corps et pic de chenille reste faible pour un véhicule à chenilles, d'où l'utilisation du critère sur C2. De façon plus générale, la zone du plan (C1, C2) correspondant à des véhicules à chenilles peut être définie en déterminant si la quantité C2 obtenue est supérieure à une valeur frontière C2f C2f = f(C1) où f est une fonction obtenue également par apprentissage, la condition C2 Une courbe C2f = f(Cl) est représentée sur la figure 4. Cette courbe peut par exemple être représentée par une équation de la forme C2f = a + b (C1-Co)q où CO et b sont des constantes déterminant la position des asymptotes de la courbe et où a et q sont des paramètres permettant de définir la convexité de la courbe et sa position. Cela étant, la figure 5 représente un schéma bloc de principe pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le radar de surveillance du sol comprend de manière classique une antenne 1, un émetteur-récepteur 2, un dispositif de filtrage du fouillis 3, un ensemble de détection et de localisation des cibles 4 et un dispositif de visualisation 5. Le dispositif de reconnaissance automatique 6 selon l'invention, mettant en oeuvre le procédé décrit ci-dessus, se connecte à la sortie du dispositif de filtrage de fouillis 3. I1 reçoit de plus les signaux de détection de cible fournis par l'ensemble 4. Le dispositif de reconnaissance 6 est composé d'un module d'acquisition 7 permettant de stocker les signaux reçus filtrés et démodulés (en phase et en quadrature) sur une durée correspondant au temps de passage du lobe d'antenne augmenté du temps de traitement depuis le dispositif de filtrage 3 jusqu'à la détection de cible par l'ensemble 4.Sous la commande du message de détection et de localisation en distance venant de l'ensemble 4, les signaux correspondant aux portes en distance où une détection a eu lieu sont redistribués à un module de reconnaissance 8 qui effectue le traitement selon le procédé de l'invention. Les décisions et résultats obtenus sont transmis par un module de sortie 9 pour affichage au dispositif de visualisation 5. La figure 6 représente schématiquement la structure du module de reconnaissance 8 qui est formé d'une pluralité de processeurs élémentaires identiques 8.1 à 8.n, connectés en parallèle. Ainsi les signaux correspondant aux portes en distance où une cible a été détectée sont distribués et stockés dans les mémoires privées des différents processeurs élémentaires. Chaque processeur traite les signaux reçus relatifs à une porte en distance. Chaque processeur élémentaire peut traiter plusieurs portes en distance pendant la durée d'observation et le nombre de processeurs dépend donc du nombre maximal de reconnaissances éventuelles souhaitées pendant cette durée. La figure 7 montre le schéma d'un processeur élémentaire. Celui-ci comprend essentiellement un processeur de signal 80, par exemple un processeur du type ADSP 2100. Ce dernier est associé à une mémoire privée RAM 85 et à une mémoire de programme 84 par exemple de type EPROM qui lui sont reliées par un bus interne. Des bus relient également le processeur 80 à une mémoire de données RAM 83, à une logique de contrôle et de commande 86 et à des tampons d'entrée/sortie 81 et 82 permettant de communiquer, par l'intermédiaire des bus A et B, avec l'extérieur. La figure 8 est un organigramme résumant l'architecture fonctionnelle du dispositif de reconnaissance selon l'invention. Le module d'acquisition 7 réalise l'opération 70 d'acquisition et de redistribution des signaux reçus filtrés. Dans le module de reconnaissance 8, on effectue d'abord en 800 le calcul de la puissance P. Si, à l'étape 801, on constate qu'il n'y a pas détection, on calcule alors la référence de bruit (étape 802). Si il y a eu détection, on calcule la puissance du signal (803) puis on estime le rapport signal à bruit (804). Simultanément on détermine la transformée de Fourier discrète à N points (étape 805). Si on dispose du temps suffisant, on calcule en fait M transformées de Fourier successives et on effectue (étape 806) un calcul du spectre de puissance moyen. On teste alors la vitesse de la cible considérée pour vérifier si sa vitesse n'est pas supérieure à un seuil (test 807, IFD( C2 remplissent les conditions indiquées. Si oui, la décision -reconnaissance d'un véhicule à chenilles- est prise (étape 810). Si non, ou si le test de vitesse a indiqué une fréquence IFd( supérieure au seuil FM (807), la décision -cible indéterminée- est prise (étape 811). Ces résultats sont collectés dans le module de sortie 9 dans l'étape 90 pour élaborer un message de reconnaissance et de localisation (en distance et gisement) vers le dispositif de visualisation. L'efficacité du dispositif a pu être vérifiée pour une durée d'observation de 0,15 seconde, la probabilité de reconnaissance devient supérieure à 0,7 dès que le rapport signal à bruit atteint 10 dB et ceci avec une probabilité de fausse reconnaissance inférieure ou égale à 0,05. Bien entendu, les exemples de réalisation décrits ne sont nullement limitatifs de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de reconnaissance automatique des véhicules à chenilles pour radar Doppler de surveillance du sol du type comportant à la réception des moyens de filtrage du fouillis dans les signaux reçus, des moyens de détection et de localisation de cible et des moyens de visualisation, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à - stocker ledit signal reçu, après élimination du fouillis, sur une durée prédéterminée supérieure au temps de passage du faisceau d'antenne dudit radar - déterminer le rapport signal à bruit pour lesdits signaux stockés correspondant à une porte en distance du radar où une cible est détectée par lesdits moyens de détection et de localisation - calculer le spectre de puissance des signaux reçus stockés pour les portes en distance où une cible est détectée - déterminer une première quantité C1 correspondant à la puissance rétrodiffusée par ladite cible en dehors de la raie centrale dudit spectre correspondant à l'écho de corps de la cible - déterminer une seconde quantité C2 égale au rapport des puissances de l'écho de corps de la cible et de la raie maximum dudit spectre en dehors dudit écho de corps ; et - comparer lesdites première et seconde quantités à des valeurs prédéterminées en fonction dudit rapport signal à bruit, pour décider si ladite cible est un véhicule à chenilles. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites valeurs prédéterminées sont constituées par des valeurs d'un premier seuil, des valeurs d'un second seuil et des valeurs d'un troisième seuil déterminées expérimentalement pour différentes valeurs du rapport signal à bruit et en ce que l'étape de comparer comprend les opérations consistant à sélectionner une valeur de chacun desdits seuils en fonction du rapport signal à bruit obtenu pour la cible considérée et à comparer ladite première quantité audit premier seuil sélectionné et ladite seconde quantité auxdits second et troisième seuils sélectionnés, pour décider que ladite cible est un véhicule à chenilles si ladite première quantité est supérieure audit premier seuil sélectionné et si ladite seconde quantité est comprise entre lesdits second et troisième seuils sélectionnés. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit procédé comprend en outre une étape consistant à calculer une référence de bruit à partir desdits signaux reçus ne correspondant pas à une cible détectée, en ce que lesdites valeurs prédéterminées sont constituées par des valeurs d'un premier seuil, des valeurs d'un second seuil et des valeurs d'un troisième seuil déterminées expérimentalement pour différentes valeurs du rapport signal à bruit et en ce que l'étape de comparer comprend les opérations consistant à sélectionner une valeur de chacun desdits seuils en fonction du rapport signal à bruit obtenu pour la cible considérée et à comparer ladite première quantité à un seuil calculé en faisant le produit dudit premier seuil sélectionné par ladite référence de bruit et ladite seconde quantité auxdits second et troisième seuils sélectionnés, pour décider que ladite cible est un véhicule à chenilles si ladite première quantité est supérieure audit seuil calculé et si ladite seconde quantité est comprise entre lesdits second et troisième seuils sélectionnés. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de comparer comprend les opérations de - stocker, pour différentes valeurs dudit rapport signal à bruit, des valeurs frontières de ladite seconde quantité déterminées expérimentalement en fonction de celles de ladite première quantité et qui délimitent la séparation entre une zone de valeurs de la seconde quantité où la cible est probablement un véhicule à chenilles et une zone où la cible n'est probablement pas un véhicule à chenilles ainsi que des valeurs d'un seuil supérieur - sélectionner, pour la cible considérée, ladite valeur frontière correspondant au rapport signal à bruit et à ladite première quantité obtenue et ladite valeur d'un seuil supérieur correspondant audit rapport signal à bruit ; et - comparer ladite seconde quantité obtenue pour la cible considérée à ladite valeur frontière sélectionnée pour décider que la cible est un véhicule à chenilles si ladite seconde quantité est supérieure à ladite valeur frontière sélectionnée et si ladite seconde quantité est inférieure audit seuil supérieur sélectionné. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites valeurs frontières C2 à stocker sont déterminées selon la relation C2f = a + b (C1-co)q où a, b, CO et q sont des paramètres déterminables expérimentalement et où C1 est ladite première quantité. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, préalablement aux étapes de déterminer lesdites première et seconde quantités, ledit procédé comporte une étape consistant, à partir du spectre calculé, à comparer la fréquence de la raie centrale correspondant à l'écho de corps de la cible à une valeur seuil FM pour décider que ladite cible ne peut pas être un véhicule à chenilles si ladite fréquence est supérieure à ladite valeur seuil. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite étape de déterminer une première quantité C1 consiste, après avoir transposé le spectre calculé d'une valeur Fd égale à la fréquence Doppler de l'écho de corps de la cible considérée, à calculer ladite première quantité selon la relation Fd/2 Fd Cl = a r g(x)d Ix + p r g(x) dlx Fm Fd/2 où g(x) est la densité spectrale de puissance du signal reçu à la fréquence x, Fm est une borne de fréquence minimale déterminée pour éliminer sensiblement la raie centrale du spectre et a et ss sont des constantes de pondération telles que a 8. Dispositif de reconnaissance automatique des véhicules à chenilles pour radar Doppler de surveillance du sol du type comportant à la réception des moyens de filtrage du fouillis dans les signaux reçus, des moyens de détection et de localisation de cible et des moyens de visualisation, ledit dispositif étant destiné à mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 et étant caractérisé en ce qu'il comprend - un module d'acquisition (7) pour stocker les signaux reçus, après filtrage par lesdits moyens de filtrage du fouillis (3), sur une durée correspondant au temps de passage du lobe d'antenne augmenté du temps de traitement depuis lesdits moyens de filtrage jusqu'à la détection par lesdits moyens de détection et de localisation (4) et les distribuer en fonction de la détection ou non d'une cible par lesdits moyens de détection (4) dans chaque porte en distance dudit radar - un module de reconnaissance (8) pour effectuer le traitement des signaux reçus stockés distribués par ledit module d'acquisition selon ledit procédé ; et - un module de sortie (9) pour fournir les résultats dudit traitement par le module de reconnaissance (8) auxdits moyens de visualisation. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit module de reconnaissance (8) comprend une pluralité de processeurs élémentaires identiques (8.1 à 8.n) connectés en parallèle et traitant en parallèle les signaux des différentes portes en distance comportant une cible détectée, distribués par ledit module d'acquisition (7).