Brevet FR2736439A1 — publié le 19970110

La présente invention concerne un appareil radar et fournit un moyen et un procédé permettant de déterminer si un signal reçu par un canal principal, en particulier, mais non exclusivement, un canal de somme, d'une antenne de l'appareil a été reçu en provenance d'une direction comprise dans les limites d'un lobe principal, à gain élevé, de l'antenne ou bien s'il a été reçu en provenance d'une direction située à l'extérieur du lobe principal. De nombreux systèmes radars emploient des antennes hautement directionnelles, typiquement des antennes à groupement de guides d'ondes à fentes ou des antennes à groupement d'éléments rayonnants à déphasage, comprenant un grand nombre d'éléments d'antenne dont les sorties sont additionnées de manière à produire un signal de sortie d'un canal de somme, lequel signal de sortie obéit à un diagramme de gain caractéristique comprenant un lobe principal, qui est normale- ment au centre, et un certain nombre de lobes latéraux, les lobes latéraux ayant des amplitudes qui, typiquement, diminuent lorsque l'angle par rapport au lobbe central augmente. En plus d'un canal de somme, une antenne radar peut avoir également un ou plusieurs signaux de sortie de canal de différence. On les obtient en addi- tionnant séparément les signaux de sortie des éléments d'antenne de différentes régions de l'antenne, typiquement quatre quadrants, et en prenant la différence entre le signal reçu depuis deux régions. Ceci donne une technique interférométrique qui peut fournir un discriminant angulaire en liaison avec la poursuite. Le signal reçu de la part d'une petite cible dans une direction corres- pondant au lobe principal d'un canal de somme d'une antenne fournira un signal d'intensité analogue à celle d'une cible plus grande se trouvant dans une direction située à l'extérieur du lobe principal. Il n'est donc pas possible d'utiliser l'intensité du signal renvoyé pour déterminer si une cible se trouve ou non dans la direction du lobe principal. La manière la plus simple de déterminer la direction dans laquelle la cible se trouve par rapport à l'antenne consiste à provoquer un balayage de l'antenne en notant la position du lobe principal pour laquelle on reçoit le signal maximal; la direction du lobe principal à cet instant correspondant à la direction de la cible. Toutefois, cette technique est souvent peu pratique à mettre en oeuvre ou est inefficace, en particulier dans le cas o l'appareil fonctionne dans un mode tel que ses mesures de portée et, ou bien, sa fréquence Doppler sont ambiguës. On utilise largement des antennes de garde dans les applications des radars primaires et secondaires afin de disposer d'un moyen permettant de distinguer entre les échos radars du faisceau principal et des lobes latéraux. Les antennes de garde sont normalement relativement petites par comparaison avec l'antenne principale et possèdent un faisceau d'angle large ayant un gain sensible- ment uniforme par rapport à l'antenne principale. Toutefois, les antennes de garde peuvent parfois être solidaires de l'antenne principal. Les signaux reçus de la part de l'antenne principale et de l'antenne de garde sont comparés, comme représenté sur la figure 1 des dessins annexés, qui illustre la comparaison des gains relatifs des deux antennes. Si le signal reçu de la part de l'antenne principale M(z) est plus grand que le signal reçu de la part de l'antenne de garde G(z), alors la cible doit être placée dans une direction qui correspond au lobe principal de l'antenne principale, et inversement. Ceci peut s'exprimer par: 15. gain d'antenne principale M(z) > gain d'antenne de garde G(z) = à l'intérieur du faisceau principal gain d'antenne principale M(z) o z désigne l'angle auquel on fait la comparaison. En pratique, les configurations d'antenne classiques utilisent typiquement une grande antenne principale, à gain élevé et une petite antenne de garde, d'angle large et de faisceau large. Ce type de mise en oeuvre produit souvent une marge de gain G(z)/M(z) inadéquate dans la région A des lobes latéraux rapprochés de l'antenne principale, comme représenté sur la figure 2, o le gain de l'antenne de garde G(z) est inférieur au gain de l'antenne principale M(z). Si, pour surmonter le problème ci-dessus, on modifie le gain G(z) de l'antenne de garde de façon que celle-ci présente un diagramme de gain tel que représenté sur la figure 3, alors, tandis que le diagramme de gain est suffisant pour assurer que le gain de l'antenne de garde est supérieur au gain de l'antenne principale dans les régions A des lobes latéraux rapprochés, le gain de l'antenne de garde tombe en dessous de celui de l'antenne principale dans les régions éloignées B, de sorte qu'il n'est pas possible de déterminer, à partir d'une compa- raison des signaux de l'antenne de garde et de l'antenne principale, si un signal a été reçu dans une direction correspondant au lobe principal de l'antenne princi- pale C ou bien si le signal a été reçu des régions éloignées B. Un moyen qui a été proposé pour surmonter cette difficulté consiste à employer deux antennes de garde, la première étant une petite antenne d'angle large qui présente un gain uniforme G1(z), comme représenté sur la figure 4, et la deuxième, une antenne directionnelle plus grande, ayant un gain G2(z). En additionnant les signaux de sortie de puissance des deux antennes de garde, on obtient le gain d'antenne de garde voulu, comme indiqué par la ligne en trait interrompu de la figure 4. Si le signal reçu de la part de l'antenne principale est plus grand que celui du canal combiné des antennes de garde, alors le signal peut être classé, de manière non ambiguë, comme ayant été reçu suivant une direction qui correspond au faisceau principal de l'antenne principal. Toutefois, avec cette disposition, le problème est qu'il est nécessaire d'employer à la fois une petite antenne de garde à angle large et une plus grande antenne de garde directionnelle, ce qui augmente sensiblement le coût du montage et, de manière encore plus importante, l'encombrement de l'appareil radar. Selon l'invention, il est proposé un appareil radar qui comprend une antenne possédant une pluralité d'éléments d'antenne à partir desquels on peut obtenir une pluralité de signaux de sortie ayant des caractéristiques de gain diffé- rentes; un moyen servant à donner, à partir d'un premier groupe de plusieurs éléments d'antenne, un premier canal de sortie possédant un lobe principal à gain relativement élevé; un moyen permettant d'obtenir, à partir d'un deuxième groupe de plusieurs éléments d'antenne, un deuxième canal de sortie ayant un diagramme de gain différent, au moins certains des éléments d'antenne étant communs aux premier et deuxième groupes; un moyen permettant d'obtenir un ou plusieurs canaux de sortie supplémentaires ayant chacun un diagramme de gain différent des premier et deuxième canaux de sortie; et un moyen de discrimination servant à produire un signal de suppression de lobe latéral à partir des signaux reçus sur le deuxième canal de sortie ou sur le ou les canaux de sortie supplémentaires, le moyen de discrimi- nation déterminant que la direction de laquelle un signal est reçu par l'antenne se trouve dans le lobe principal du premier canal en comparant le signal reçu sur le premier canal avec la valeur du signal de suppression de lobe latéral. L'invention est née du fait qu'on a compris que des canaux autres que le canal principal d'une antenne, le canal de différence par exemple, ont un gain élevé dans la région correspondant aux lobes latéraux à gain relativement élevé du canal de somme, mais ont un zéro sur l'axe de l'antenne, la crête de la réponse du canal de somme. Le canal de différence par exemple peut donc être utilisé pour fournir au moins en partie le signal de suppression de lobe latéral voulu. De préférence, l'antenne comprend plusieurs éléments interconnectés sous la forme d'un certain nombre de groupes arbitraires, les signaux de sortie des groupes étant combinés de manières différentes de façon à produire les premier et deuxième canaux de sortie. Un examen détaillé des diagrammes d'antennes typiques a montré que les diagrammes de gain des canaux de différence possèdent des marges de gain souhaitables permettant de produire des signaux de suppression de lobe latérale sur les plans principaux ou cardinaux de l'antenne, ou au voisinage de ceux-ci, mais qu'ils ont normalement des gains inadéquats dans des régions bien décalées par rapport à l'axe et dans les plans intercardinaux. Au contraire, les petites antennes de garde à faible gain offrent une bonne couverture des lobes latéraux du canal de somme dans les régions éloignées et intercardinales, mais présentent généralement une marge de gain inadéquate dans les régions des lobes latéraux rapprochés, et il est préférable que l'appareil comprenne en outre une semblable antenne du type de garde ayant un diagramme de gain relativement uniforme avec un faisceau large, dont la sortie est combinée avec la sortie du deuxième canal pour produire le signal de suppression du lobe latéral. Ceci peut être effectué à l'aide de moyens de traite- ment analogiques ou numériques. Il peut être avantageux que le moyen de discrimination applique des facteurs de mise à l'échelle au deuxième canal de sortie et à un canal de sortie supplémentaire pour positionner leurs gains relatifs dans la position la plus appropriée par rapport au premier canal. En fonction de l'application à laquelle l'antenne est destinée, il peut être souhaitable que le deuxième canal soit un canal de différence d'anneau, car ce canal possède tout particulièrement les marges de gain voulues. De façon avantageuse, l'antenne comprend une antenne à groupement de guides d'ondes à fentes ou une antenne à groupement d'éléments rayonnants à déphasage consistant en plusieurs éléments interconnectés de manière à définir deux groupes, les signaux de sortie des deux groupes étant additionnés pour donner un canal de somme, et étant soustraits pour donner un canal de différence. De préférence, la configuration de l'antenne est constituée par une antenne divisée en quatre quadrants, chaque quadrant étant défini par le fait qu'il possède plusieurs éléments d'antenne dont les sorties sont additionnées, l'appareil comprenant un moyen qui sert à produire, à partir de la différence des signaux de sortie de deux paires de quadrants horizontalement séparés, un canal de différence d'azimut, et un moyen servant à produire, à partir de la différence des signaux de sortie de deux paires de quadrants verticalement séparés, un canal de différence d'élévation. De façon avantageuse, chaque canal est associé à un récepteur respectif. Selon une autre possibilité, le canal de différence d'élévation et le canal de différence d'azimut peuvent être commutés en alternance sur un récepteur commun. Selon un deuxième aspect de l'invention, il est proposé un procédé permettant de déterminer si un signal reçu par un appareil radar est reçu en provenance d'une direction comprise à l'intérieur d'un lobe principal à gain élevé d'un premier canal d'une antenne de l'appareil radar, le procédé comprenant les opérations suivantes: obtenir un premier canal de sortie à partir d'un premier groupe de plusieurs éléments de l'antenne avec un diagramme à gain relativement élevé ayant un lobe principal; obtenir à partir d'un deuxième groupe des éléments de l'antenne, un deuxième canal de sortie possédant un diagramme de gain différent, certains éléments étant en commun entre les premier et deuxième groupes; obtenir un ou plusieurs canaux de sortie supplémentaires ayant chacun un diagramme de gain différent des premier et deuxième canaux de sortie; produire un signal de suppression de lobe latéral, dont la valeur est déterminée au moins en partie à partir du signal reçu sur le deuxième canal de sortie ou sur le ou les canaux de sortie supplémentaires; et déterminer que la direction depuis laquelle un signal est reçu par l'antenne se trouve dans le lobe principal du premier canal en comparant la valeur d'un signal reçu sur le premier canal avec la valeur du signal de suppression de lobe latéral. 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: les figures 1 à 4 ont déjà été décrites en liaison avec la technique antérieure; la figure 5 est un schéma simplifié d'un appareil radar selon l'invention; la figure 6 illustre la segmentation de l'antenne de la figure 5; la figure 7 est un tracé montrant la caractéristique de gain typique d'un canal de différence d'anneau d'une antenne à groupement suivant un plan trans- versal; et la figure 8 montre la comparaison de la caractéristique de gain d'un canal de garde augmenté et du canal de somme de l'antenne principale. On se reporte à la figure 5, qui montre un appareil radar comprenant une antenne à groupement d'éléments rayonnants à déphasage, qui comporte: un canal de somme 2; un canal de différence d'azimut 3; et un canal de différence d'élévation 4. Chaque canal possède un amplificateur 5, 6, 7 respectif et un récepteur 8, 9, 10 respectif. L'appareil comprend en outre une antenne de garde à angle large 11 servant à produire un canal de garde 12 à destination d'un amplifi- cateur 13 et d'un récepteur 14. Les signaux venant des récepteurs 8, 9, 10 et 14 sont envoyés dans un dispositif de discrimination 15 qui, comme cela sera décrit de manière plus détaillée ci-après, valide le fait qu'un signal a été reçu en provenance d'une direction correspondant au lobe principal de l'antenne associée au canal de somme. Sur la figure 6, est schématiquement représentée la face antérieure de l'antenne 1 de la figure 5. Chacun des segments A à D comprend plusieurs éléments d'antenne, les éléments de chaque quadrant étant connectés à une sortie commune. Les signaux de sortie venant de chaque quadrant s'interconnectent de manière à produire les canaux suivants: Canal de somme S=A+ B + C+D Canal de différence d'azimut DA = A + D - (B + C) Canal de différence d'élévation DE = A + B - (C + D). En fonctionnement, les signaux reçus de la part du canal de différence d'azimut 3 et du canal de différence d'élévation 4 sont envoyés en alternance au dispositif de discrimination 15. De plus, le dispositif de discrimination reçoit un signal de la part du canal de somme 2 ainsi que du canal de garde 12. Le dispositif de discrimination 15 produit un signal de différence d'anneau en ajoutant numé- riquement, en quadrature de phase, les signaux de tension des canaux de différence d'azimut et d'élévation. Les caractéristiques de gain du canal de différence d'anneau qui est obtenu (pour un axe seulement) sont présentées sur la figure 7. Le dispositif de discrimination combine numériquement l'amplitude de puissance du signal de garde venant du récepteur 14 avec celle du signal de différence d'anneau afin de produire un signal de garde augmenté, en fait un signal de suppression de lobe latéral. Les caractéristiques de gain du signal de garde augmenté GA(z) sont représentées sur la figure 8, ainsi que les caractéristiques de gain du canal de somme principal M(z) à titre de comparaison. Lorsqu'il compare le signal reçu de la part du récepteur de canal de somme 8 avec la valeur du signal de garde augmenté, le dispositif de discrimination détermine que le signal a été reçu par l'antenne 1 depuis une direction comprise à l'intérieur du lobe principal du canal de somme de l'antenne si les deux signaux sont dans des relations qui satisfont des rapports prédéterminés, ou d'autres critères analogues. Le mode de réalisation présenté ci-dessus est donné à titre d'exemple, mais des variantes sont possibles. En particulier, on peut former le signal de différence d'anneau avant les récepteurs en ajoutant en quadrature de phase les canaux de différence d'élévation et d'azimut. Ceci pourrait être mis en oeuvre grâce à une structure appropriée de guides d'ondes. Il est possible ensuite de combiner les amplitudes de puissance du canal de différence d'anneau et du canal de garde après détection par les récepteurs de manière à former un signal de garde augmenté. Ce montage permet d'utiliser trois canaux de récepteurs, mais peut empêcher l'utilisation des canaux de différence permettant d'effectuer des poursuites. Une autre variante consisterait à utiliser le canal de différence d'azimut ou d'élévation seul, en sélectionnant éventuellement le canal voulu en fonction des circonstances. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir de l'appareil et du procédé 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. Appareil radar, caractérisé en ce qu'il comprend: une antenne (1) possédant une pluralité d'éléments d'antenne à partir desquels on peut obtenir une pluralité de signaux de sortie ayant des caractéris- tiques de gain différentes; un moyen permettant d'obtenir, à partir d'un premier groupe de la pluralité d'éléments d'antenne, un premier canal de sortie ayant un lobe principal à gain relativement élevé; un moyen permettant d'obtenir, à partir d'un deuxième groupe de la pluralité d'éléments d'antenne, un deuxième canal de sortie ayant un diagramme de gain différent, au moins certains éléments de la pluralité d'éléments d'antenne étant communs aux premier et deuxième groupes; un moyen permettant d'obtenir un ou plus d'un canal de sortie supplé- mentaire ayant un diagramme de gain différent par rapport aux premier et deuxième canaux de sortie; et un moyen de discrimination permettant de produire un signal de suppression de lobe latéral à partir des signaux reçus sur le deuxième canal de sortie et sur le ou les canaux de sortie supplémentaires, le dispositif de discrimination déterminant que la direction depuis laquelle un signal est reçu par l'antenne se trouve dans le lobe principal du premier canal en comparant le signal reçu sur le premier canal avec la valeur du signal de suppression de lobe latéral. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un des canaux de sortie supplémentaires est obtenu à partir d'éléments d'antenne dont aucun appartient au premier groupe. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins un des canaux de sortie supplémentaires est obtenu à partir d'une antenne séparée (11). 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins un des canaux de sortie supplémentaires est obtenu à partir de la sortie d'une antenne de garde (11). 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le signal de suppression de lobe latéral correspond à la région complète des lobes latéraux associée au premier canal de sortie. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen permettant d'obtenir une pluralité de canaux de sortie, chacun possédant un diagramme de gain différent par rapport au premier canal de sortie, à partir de groupes respectifs d'éléments d'antenne, chaque groupe comprenant au moins certains des éléments d'antenne du premier groupe d'éléments d'antenne, le moyen de discrimination (15) produisant le signal de suppression de lobe latéral au moins en partie à partir de ladite pluralité de canaux de sortie. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le deuxième groupe d'éléments d'antenne lui-même comprend une pluralité de sous-groupes d'éléments d'antenne, chaque sous-groupe incorporant au moins certains des éléments d'antenne du premier groupe, l'antenne ayant une géométrie de guide d'ondes telle qu'elle produit le deuxième canal de sortie à partir des sous-groupes d'éléments d'antenne constituant le deuxième groupe. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'antenne comprend une pluralité de groupes d'éléments qui sont chacun interconnectés en un certain nombre de groupes arbitraires, les signaux de sortie des groupes étant combinés de manières différentes de façon à produire les premier et deuxième canaux de sortie. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications i à 8, caractérisé en ce que l'antenne est une antenne à groupement d'éléments rayonnants à déphasage. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le premier canal est un canal de somme (2) de l'antenne. 11. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'antenne est divisé en quatre quadrants (A, B, C, D), chaque quadrant étant défini comme possédant une pluralité d'éléments d'antenne dont les signaux de sortie sont additionnés, l'appareil comprenant un moyen qui permet de produire, à partir de la différence des signaux de sortie de deux paires de quadrants horizontalement séparés, un canal de différence d'azimut (3), et un moyen qui permet de produire, à partir de la différence des signaux de sortie de deux paires de quadrants verticalement séparés, un canal de différence d'élévation (4). 12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen permettant d'additionner, en quadrature de phase, les signaux de sortie du canal de différence d'élévation et du canal de différence d'azimut afin de produire un canal de différence d'anneau. 13. Appareil selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que le canal de différence d'élévation et le canal de différence d'azimut sont commutés en alternance sur un récepteur commun. 14. Procédé permettant de déterminer si un signal reçu par un appareil radar est reçu depuis une direction comprise à l'intérieur d'un lobe principal à gain élevé d'un premier canal d'une antenne de l'appareil radar, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: obtenir un premier canal de sortie à partir d'un premier groupe d'une pluralité d'éléments de l'antenne avec un diagramme de gain relativement élevé ayant un lobe principal; obtenir, à partir d'un deuxième groupe de la pluralité d'éléments de l'antenne, un deuxième canal de sortie ayant un diagramme de gain différent, certains éléments étant communs aux premier et deuxième groupes; obtenir un ou plus d'un canal de sortie supplémentaire, ayant chacun un diagramme de gain différent par rapport aux premier et deuxième canaux de sortie; produire un signal de suppression de lobe latéral, dont la valeur est déterminée au moins en partie à partir du signal reçu sur le deuxième canal de sortie et sur le ou les canaux de sortie supplémentaires; et déterminer que la direction depuis laquelle un signal est reçu par l'antenne se trouve dans le lobe principal du premier canal en comparant la valeur d'un signal reçu sur le premier canal avec la valeur du signal de suppression de lobe principal. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération consistant à obtenir le ou les canaux de sortie supplémentaires à partir d'éléments d'antenne dont aucun n'est compris dans le premier groupe. 16. Procédé selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération consistant à obtenir au moins l'un des canaux de sortie supplémentaires à partir d'une antenne de garde séparée. 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisé en ce que le signal de suppression de lobe latéral correspond à la région complète des lobes latéraux qui est associée au lobe principal du premier canal de sortie. 18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 à 17, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération consistant à obtenir une pluralité de canaux de sortie à partir de groupes respectifs d'éléments d'antenne, ayant chacun un diagramme de gain différent par rapport au premier canal de sortie, chaque groupe comprenant au moins certains des éléments d'antenne du premier groupe, et lé produisant le signal de suppression de lobe latéral au moins en partie à partir de ladite pluralité de canaux de sortie. 19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 à 18, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération consistant à obtenir le deuxième canal de sortie à partir d'une pluralité de sous-groupes d'éléments compris dans le deuxième groupe d'éléments, chaque sous- groupe incorporant au moins certains des éléments du premier groupe, et combinant les signaux de sortie de sous- groupes pour produire le deuxième canal.