Brevet FR2746507A1 — publié le 19970926

PROCEDE ET DISPOSITIF D'EXTRACTION DE GISEMENT DE CIBLE POUR UN RADAR DE SURVEILLANCE A IMPULSIONS La présente invention se rapporte à un procédé et un dispositif d'extraction de gisement de cible pour un radar de surveillance à impulsions fournissant des informations de position instantanée en gisement de l'axe radioélectrique de l'antenne du radar et d'amplitude du signal reçu d'une cible donnée. Un radar de surveillance est un radar qui permet de détecter des cibles dans un espace surveillé relativement important balayé par le faisceau d'antenne mais qui ne possède pas normalement de dispositifs de mesure précis du gisement de ces cibles, contrairement aux systèmes radar de poursuite. On ne peut donc pas obtenir une mesure suffisamment précise du gisement d'une cible détectée simplement par exemple en essayant de saisir la valeur de la position angulaire de l'axe radioélectrique de l'antenne du radar au moment où le signal reçu de la cible est maximum. La valeur de la position angulaire instantanée en gisement de l'antenne peut certes être connue avec précision grâce à un codeur de position angulaire mais la détection du maximum de signal reçu est beaucoup trop imprécise. Le problème est encore plus difficile à résoudre avec les radars modernes de surveillance fonctionnant en évasion de fréquence. Ces radars n'émettent à une fréquence porteuse donnée que pendant un court instant puis changent de fréquence d'émission pour rendre leur détection plus difficile. Or les amplitudes des échos reçus d'une cible à une fréquence d'émission donnée F1 sont totalement décorrelées de celles reçues à une fréquence F2 pour peu que l'écart de ces fréquences soit supérieur à une valeur donnée fonction des dimensions de la cible. On ne dispose donc des amplitudes de signaux reçus de la cible à une fréquence donnée que sur un court instant pendant lequel l'axe radioélectrique de l'antenne ne passe pas nécessairement par la direction de la cible. Certains de ces radars modernes fonctionnent par exemple en émettant plusieurs rafales d'impulsions à la même fréquence d'émission, chaque rafale d'impulsions utilisant une fréquence de répétition différente, puis changent de fréquence d'émission. L'invention a pour objet un procédé et un dispositif pour calculer une valeur de gisement de la cible à partir des amplitudes reçues, grâce à l'utilisation d'une loi de modélisation prédéterminée du diagramme de rayonnement de l'antenne à la fréquence d'émission considérée. Un autre objet de l'invention est un procédé et un dispositif pour extraire le gisement d'une cible à partir de seulement deux mesures de l'amplitude du signal reçu de la cible pour deux positions en gisement différentes de l'axe radioélectrique de l'antenne. Selon l'invention, il est donc prévu un procédé d'extraction de gisement de cible pour un radar de surveillance à impulsions fournissant des informations de position instantanée (G) en gisement de l'axe radioélectrique de l'antenne du radar et d'amplitude (A) du signal reçu d'une cible donnée, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de - mesurer l'amplitude (Al, A2) du signal reçu de ladite cible pour au moins deux positions en gisement (G1, G2) de ladite antenne - calculer le rapport desdites amplitudes mesurées - déterminer l'écart de gisement (x1) entre la direction de la cible et l'une desdites positions en gisement de l'antenne à partir d'une loi de modélisation prédéterminée du diagramme de rayonnement de ladite antenne et dudit rapport ; et - extraire le gisement de ladite cible à partir dudit écart en gisement (xl) et de ladite position en gisement correspondante (Gi) de ladite antenne. 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 - la figure 1 représente des courbes explicatives du principe de l'invention; - la figure 2 est un schéma général d'un radar utilisant un dispositif selon l'invention ; et - la figure 3 montre le schéma d'un dispositif d'extraction de gisement selon l'invention. Dans le cours de la description ci-dessous, on se référencera à certaines occasions à un radar de surveillance à impulsions du type émettant plusieurs rafales successives d'impulsions à la même fréquence porteuse d'émission, chaque rafale utilisant une fréquence de répétition différente, sans que cela soit en rien limitatif de l'invention. On va se placer d'abord dans le cas d'un radar fournissant, pour deux valeurs successives G1, G2 de la position en gisement de l'axe radioélectrique de son antenne éclairant une cible de gisement C, l'amplitude Al, A2 du signal reçu de ladite cible. Dans le cas d'un radar à rafales successives, G1 et G2 seront les positions moyennes en gisement de l'axe radioélectrique de l'antenne respectivement au cours des deux rafales considérées qui peuvent ne pas être consécutives. En effet, l'amplitude reçue au cours d'une rafale peut être nulle à cause du phénomène de vitesse aveugle dû à la fréquence de répétition utilisée. Les amplitudes Al et A2 seront égales à la moyenne des amplitudes reçues à chaque récurrence des rafales considérées respectives. La figure 1 représente les courbes D1 et D2 du diagramme de rayonnement de l'antenne du radar pour les deux gisements G1 et G2. La cible a une position angulaire en gisement C et un écart en gisement xl, x2 avec le gisement de l'axe de l'antenne lors des deux mesures. Le procédé selon l'invention se propose de calculer le gisement de la cible à l'aide seulement des amplitudes Al et A2 des signaux reçus et des valeurs G1 et G2. Ce calcul est théoriquement toujours possible dans la mesure où la dérivée de la fonction A = f(x), A étant l'amplitude reçue et x l'écart en gisement de la cible par rapport à l'axe radioélectrique de l'antenne, est monotone. Soit = = G1 - G2 Al = f(x1) A2 = f(x2) Comme x2 = AG + xl on obtient A2 = f(x1 + AG) A1 f(x1) d'où f(xi + aG) - AA2 f(x1) = 0 Cette équation permet de calculer x1 et donc le gisement de la cible C = G1 + x1. Le diagramme de rayonnement de l'antenne (courbes D1 ou D2) peut se modéliser sous la forme - &alpha;x y = yoe où y est l'amplitude rayonnée, &alpha; un paramètre caractéristique de l'antenne et yo l'amplitude dans la direction de l'axe radioélectrique de l'antenne, que l'on peut supposer égale à 1. Le paramètre a peut s'écrire où 03dB est la largeur à -3dB du lobe principal de l'antenne et Q est une constante variant très peu avec la fréquence d'émission du radar. L'amplitude du signal reçu d'une cible peut alors s écrire de manière approchée ce qui permet de calculer le rapport R tel que et d'en extraire la valeur de xi -Log R x1 = [2&alpha;#G - #G] en supposant que A est pratiquement constant. o Dans le cas d'un radar utilisant des rafales d'impulsions comme décrit ci-dessus, le récepteur de ce radar fournit à chaque rafale la moyenne des amplitudes reçues à chaque récurrence de la rafale n étant le nombre d'impulsions par rafale et K la valeur de l'amplitude du signal reçu de la cible lorsque celle-ci se trouve sur l'axe radioélectrique de l'antenne. A dépend donc du secteur angulaire en gisement Ex = xn - x1 balayé par l'antenne au cours de la rafale (x1l à xln pour la première rafale) et de la valeur de x. Dans un tel cas la fonction A = f (x) n'a pas d'expression mathématique simple (c'est une fonction ERF ou fonction erreur) mais on peut l'approcher par une expression de la forme où 8 est un paramètre donné par la relation ss = 2 a- a(Ex)b (2) a étant le paramètre caractéristique de l'antenne précédemment défini et a et b sont des coefficients variant très faiblement avec la largeur à -3dB du lobe de l'antenne. En prenant les mesures Al et A2 lors de deux rafales différentes à la même fréquence d'émission, on a -8i.x12 A1 = A01 e -ss2.x2 A2 = A02 e De même que précédemment, on calcule le rapport R Cette relation qui permet de calculer xl peut se simplifier à partir des remarques suivantes - en pratique les valeurs de ss sur les différentes rafales sont très proches et l'on prendra donc ss1 8 2 = '; - de même les valeurs A01 et A02 sont extrêmement voisines, et l'on prendra A 02 A01 Dans ces conditions, la relation (3) peut s'écrire : D'où la valeur de xi x1 # [-Log R - #G] (4) ss' #G A partir des valeurs de Al et A2 et de AG fournies par le radar et de la valeur 8' caractéristique de l'antenne et connue, on peut donc calculer xl et extraire le gisement C = xl + G1 de la cible. La figure 2 représente le schéma général d'un radar utilisant un dispositif d'extraction de gisement selon l'invention. Le radar comporte une antenne 1 dont la position angulaire en gisement est codée numériquement par un codeur de position 2. Cette antenne est reliée à un émetteur 3 et à un récepteur 5 par l'intermédiaire d'un circulateur 4. L'émetteur 3 fournit par exemple des rafales d'impulsions à différentes fréquences de répétition, la fréquence d'émission changeant toutes les N rafales. Le récepteur 5 effectue le traitement de signal classique sur ce type de radar et fournit en sortie, pour chaque cible détectée, l'amplitude A du signal reçu de la cible, moyenne des amplitudes reçues à chaque récurrence d'une rafale, et ceci pour chaque rafale. Il fournit également d'autres informations In sur chaque cible (distance, vitesse ...) vers des organes de visualisation non représentés. Les amplitudes A issues du récepteur 5 ainsi que les informations de position angulaire en gisement G de l'antenne sont fournies au dispositif d'extraction de gisement 6 selon l'invention qui délivre le gisement exact C des cibles détectées, vers les organes de visualisation. Un séquenceur 7 fournit aux différents blocs du radar les signaux de contrôle, de synchronisation et d'horloge nécessaires. La figure 3 montre le schéma détaillé d'un mode de réalisation du dispositif d'extraction de gisement selon l'invention, mettant en oeuvre le procédé expliqué ci-dessus. Ce dispositif comprend d'abord deux circuits d'interface 601 et 602. Le circuit 601 reçoit les valeurs successives de l'amplitude A, les met en mémoire et fournit sur ses sorties les amplitudes correspondant à deux rafales différentes sous forme de leur logarithme. Le circuit 602 reçoit les valeurs de position en gisement de l'axe radioélectrique de l'antenne, les met en mémoire et fournit, pour les deux rafales considérées, le gisement moyen G1, G2 de l'axe de l'antenne et la largeur Axi, Ex2 du secteur balayé par l'antenne au cours de ces deux rafales. Un soustracteur 603 fournit la valeur Log R à partir des sorties du circuit d'interface 601. Par ailleurs un soustracteur 604 fournit la valeur AG à partir des valeurs G1, G2 fournies par le circuit 602. Une mémoire morte 605 adressée par les valeurs axl, ax2 et aG délivre alors directement le rapport mG à un multiplieur 606 dont l'autre entrée est reliée au soustracteur 603. Un additionneur 607, relié au multiplieur 606 et au soustracteur 604 suivi d'un circuit 608 de changement de signe et de division par 2 (décalage d'un rang) délivre alors la valeur de xl calculée selon la relation (4). Cette valeur est envoyée à un additionneur 609, recevant aussi la valeur G1 venant du circuit d'interface 602, et à un circuit de test 610. Le gisement C1 de la cible calculé par l'additionneur 609 est envoyé à un dispositif de sortie gisement 611 qui en tient compte si la valeur de xl calculée tombe bien dans les valeurs admissibles comme l'indique le circuit de test 610. Si la valeur de xl est aberrante, la valeur C1 est éliminée. Lorsque plusieurs rafales donnent des amplitudes A non nulles, on peut refaire le calcul de C1, C2 etc . sur chaque paire différente de rafales. Le dispositif de sortie 611 extrait alors le gisement C de la cible soit en faisant une moyenne des valeurs C1, C2 . . calculées, soit en choisissant celle de ces valeurs qui correspond aux calculs faits avec les valeurs d'amplitude de signal reçu les plus importantes. On pourrait également imaginer d'autres critères de détermination de C par le dispositif 611 sans sortir du cadre de l'invention. Bien entendu, l'exemple de réalisation décrit n'est nullement limitatif de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé d'extraction de gisement de cible pour un radar de surveillance à impulsions fournissant des informations de position instantanée (G) en gisement de l'axe radioélectrique de l'antenne du radar et d'amplitude (A) du signal reçu d'une cible donnée, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de - mesurer l'amplitude (Al, A2) du signal reçu de ladite cible pour au moins deux positions en gisement (G1, G2) de ladite antenne - calculer le rapport desdites amplitudes mesurées - déterminer l'écart de gisement (xl) entre la direction de la cible et l'une desdites positions en gisement de l'antenne à partir d'une loi de modélisation prédéterminée du diagramme de rayonnement de ladite antenne et dudit rapport ; et - extraire le gisement de ladite cible à partir dudit écart en gisement (xl) et de ladite position en gisement correspondante (G1) de ladite antenne. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite loi de modélisation est une loi de la forme ~2aux2 A=A e o où A est l'amplitude reçue d'une cible dans une direction ayant un écart en gisement x avec la direction de l'axe radioélectrique de l'antenne, Ao est l'amplitude reçue lorsque x est nul et a est un paramètre caractéristique de ladite antenne. 3. Procédé selon la revendication 1, pour un radar de surveillance à impulsions émettant plusieurs rafales d'impulsions à la même fréquence porteuse, chaque rafale utilisant une fréquence de répétition différente, ledit radar fournissant pour chaque rafale une amplitude (A) de signal reçu d'une cible donnée, égale à la moyenne des amplitudes reçues à chaque récurrence de ladite rafale, et la position moyenne en gisement (G) de l'axe radioélectrique de ladite antenne pendant ladite rafale, ledit procédé étant caractérisé en ce que ladite étape de mesurer l'amplitude consiste à obtenir l'amplitude moyenne (Al, A2) du signal reçu d'une cible pour au moins deux rafales, en ce que ladite loi de modélisation est une loi approchée de la forme - dx2 A=A e o où A est l'amplitude reçue d'une cible dans une direction ayant un écart en gisement x avec la direction de l'axe radioélectrique de l'antenne, A est l'amplitude reçue lorsque o x est nul et ss est un paramètre caractéristique de ladite antenne et fonction du secteur en gisement ax balayé par l'antenne pendant la durée de la rafale considérée. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit paramètre ss est de la forme ss = 2 a - a(Ex)b où a est une valeur caractéristique du diagramme de rayonnement de l'antenne telle que - a x2 e y=y0 y étant l'amplitude rayonnée par l'antenne dans la direction faisant un écart de gisement x avec l'axe radioélectrique de l'antenne et yO étant l'amplitude dans la direction dudit axe, et où a et b sont des constantes caractéristiques de l'antenne. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'écart de gisement (xl) est déterminé selon la relation -Log R x1 # [ss' #G - #G] où R est le rapport desdites amplitudes moyennes (Al, A2) correspondant auxdites deux rafales considérées, AG est l'écart en gisement entre lesdites positions moyennes en gisement (G1, G2) de l'axe radioélectrique de l'antenne pendant chacune desdites rafales considérées et 8' est une valeur commune pour les deux rafales du paramètre 8, déterminée à partir des valeurs dudit paramètre ( 82) pour chacune des deux rafales considérées. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel ledit récepteur fournit une amplitude moyenne de signal reçu d'une cible donnée sur chacune de N rafales, caractérisé en ce que ledit écart de gisement (xl) est déterminé pour chacune de plusieurs paires différentes de rafales parmi lesdites N rafales et en ce qu'on effectue la moyenne des résultats obtenus. 7. Procédé selon la revendication 5, dans lequel ledit récepteur fournit une amplitude moyenne de signal reçu d'une cible donnée sur chacune de N rafales, caractérisé en ce que ledit écart de gisement (xl) est déterminé à partir des deux rafales parmi lesdites N rafales fournissant les amplitudes moyennes les plus élevées. 8. Dispositif d'extraction de gisement de cible pour un radar de surveillance à impulsions du type comportant une antenne (1) associée à un codeur de position (2) fournissant l'information de position instantanée (G) en gisement de l'axe radioélectrique de l'antenne, un émetteur (3) émettant plusieurs rafales d'impulsions à la même fréquence porteuse, chaque rafale utilisant une fréquence de répétition différente, et un récepteur (5) fournissant pour chaque cible détectée l'amplitude moyenne (A) de signal reçu de la cible pendant chaque rafale, ledit dispositif étant prévu pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 7 et étant caractérisé en ce qu'il comprend - des circuits d'interface (601, 602) pour restituer, pour une paire de rafales, les amplitudes (Al, A2) reçues d'une cible et pour fournir, à partir de ladite information de position (G) de l'antenne, les valeurs de position moyenne en gisement (G1, G2) de l'axe radioélectrique de ladite antenne pendant chacune des rafales de ladite paire et les valeurs des secteurs en gisement ( Dcl, Ex2) balayés par ladite antenne pendant chacune des rafales de ladite paire - des premiers moyens de calcul (603 à 608) pour déterminer l'écart de gisement (xl) entre la position de la cible et une desdites positions moyennes (G1) en gisement de l'axe de l'antenne, selon la relation i -Logft xi ~ 1 t8'AG R AG] - des seconds moyens de calcul (609) pour obtenir le gisement (C1) de la cible à partir dudit écart en gisement (xl) et de ladite position moyenne en gisement (G1) ; et - des moyens de sortie gisement (611) pour extraire le gisement (C) de ladite cible à partir d'au moins un résultat valide fourni par lesdits seconds moyens de calcul (609). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens de calcul comportent une mémoire morte (605) pour fournir la valeur du rapport B'1n,G à partir d'adresses comprenant l'écart en gisement AG entre lesdites positions moyennes en gisement (G1, G2) de l'axe radioélectrique de l'antenne pendant chacune des rafales de ladite paire, et les valeurs des secteurs en gisement (#x1, #x2) balayés par ladite antenne pendant chacune des rafales de ladite paire.