Brevet FR2757290A1 — publié le 19980619

La présente invention se rapporte à un procédé d'échantillonnage angulaire non uniforme pour traitement d'antenne FFC adaptatif ainsi qu'à un dispositif pour le mettre en oeuvre. Dans les domaines du radar et des télécommunications, on utilise pour recevoir l'énergie électromagnétique des antennes qui peuvent être: - soit du type formé, et dans ce cas, du fait de leur géométrie, elles ne recueillent sensiblement que l'énergie provenant d'une direction prédéfinie; elles peuvent être constituées par exemple d'un capteur et d'un élément (parabole par exemple) focalisant l'énergie venant de la direction observée; - soit du type non formé qui comportent plusieurs capteurs capables de recevoir de l'énergie sur un domaine angulaire important. Comme ces antennes du second type n'ont pas de système de focalisation, elles ne privilégient a priori aucune direction particulière de réception. On leur associe des moyens de recombinaison des informations issues des différents capteurs pour former un faisceau dans différentes directions de l'espace. Cette recombinaison peut s'effectuer par sommation pondérée analogique dans le cas des antennes à balayage électronique ou par calcul après numérisation du signal des différents capteurs dans le cas de la formation de faisceaux par le calcul (FFC). Cette dernière technique a l'avantage de permettre l'observation simultanée d'un grand nombre de directions dans une plage angulaire importante. Par ailleurs elle peut être adaptée à l'environnement. Par exemple si l'on observe une direction aO et qu'une émission parasite ait lieu dans la direction oral, pour éviter que cette émission puisse aveugler la direction utile aO, on peut utiliser un traitement adaptatif permettant d'atténuer l'énergie parasite, comme cela est représenté sur la figure 1. Un tel traitement adaptatif est réalisable par des algorithmes mis au point dans ce but tel que l'algorithme de Capon. Le principe du traitement consiste à trouver le filtrage angulaire permettant de minimiser l'énergie globale reçue sur les capteurs tout en maintenant le niveau sur la direction d'observation. Ainsi, dans le cas de la figure 1, la minimisation de l'énergie globale revient à filtrer la direction parasite ai tout en maintenant le niveau reçu dans la direction aO. Cependant, les traitements FFC adaptatifs présentent au moins un inconvénient. En général, on choisit a priori un certain nombre de directions formées dans le secteur angulaire observé et uniformément espacées. On peut, par exemple, prendre dans un secteur de 60 des faisceaux espacés de 2 dirigés dans les directions -30 , -28 ,-26 ...0 ...28 , 30 . S'il y a un signal utile dans la direction 28 par exemple les faisceaux dans les directions autres que 28 considéreront le signal utile comme parasite et le rejetteront. En revanche le faisceau formé dans la direction 28 le restituera comme signal utile. Mais si l'on suppose maintenant que ce signal soit décalé angulairement par exemple de 0,5 pour se placer à 27 5, les faisceaux autres que celui dans la direction 28 continueront de le considérer comme signal parasite et de l'éliminer. Le faisceau formé dans la direction 28 , par contre, va aussi considérer ce signal comme parasite. Comme le signal se trouve angulairement très proche de la direction d'analyse 28 , il ne sera pas totalement éliminé par le traitement mais il sera mal restitué. On assiste donc à un "étouffement" des signaux utiles lorsqu'ils sont désadaptés angulairement par rapport à l'échantillonnage angulaire uniforme choisi a priori. Une solution à ce problème peut être de suréchantillonner angulairement le secteur angulaire observé, c'est-à-dire de multiplier le nombre de faisceaux formés. Mais cela conduit à une augmentation rapidement prohibitive de la charge de calcul correspondante. L'invention a pour objet de remédier à cet inconvénient en effectuant un pré-traitement angulaire qui permet de recaler les directions d'analyse sur les directions utiles, ce qui aboutit à un échantillonnage angulaire non uniforme, les directions d'analyse ayant été recalées individuellement sur les extremums de signal les plus proches. Selon l'invention, il est donc prévu un procédé d'échantillonnage angulaire non uniforme pour traitement d'antenne FFC adaptatif comportant des moyens de traitement spatial FFC sur N capteurs, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de: - réaliser un pré-traitement angulaire pour recaler les directions d'analyse dans les directions utiles correspondant aux extremums locaux du signal filtré ; et - effectuer ledit traitement spatial FFC sur lesdites directions d'analyse recalées. Selon un autre aspect de l'invention, il est aussi prévu un dispositif d'échantillonnage angulaire non uniforme pour traitement d'antenne FFC adaptatif comportant des moyens de traitement spatial FFC sur N capteurs, caractérisé en ce qu'il comprend: - des moyens de sélection de directions d'analyse uniformément réparties; - des premiers moyens de calcul pour déterminer, à partir des signaux desdits capteurs après traitement Doppler et desdites directions d'analyse, les corrections angulaires à appliquer à ces directions pour obtenir des directions d'analyse recalées sur les extremums locaux les plus proches du signal filtré; et - des seconds moyens de calcul pour déterminer lesdites directions angulaires recalées à partir des directions d'analyse uniformément réparties et des corrections angulaires calculées et pour les appliquer auxdits moyens de traitement spatial FFC comme directions de traitement. 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 est un diagramme explicatif du traitement FFC adaptatif; - la figure 2 est un diagramme schématisant une analyse angulaire à échantillonnage uniforme, - la figure 3 représente un diagramme du même type que sur la figure 2, dans le cas du procédé d'échantillonnage angulaire non uniforme selon l'invention; et - la figure 4 est un schéma synoptique du dispositif selon l'invention. La figure 1 qui traduit l'effet d'un traitement FFC adaptatif pour une direction donnée aO a déjà été commentée ci-dessus. La figure 2 illustre, toujours pour un traitement FFC adaptatif, I'échantillonnage uniforme du signal f(0) après filtrage, obtenu en sélectionnant des directions angulaires 0k régulièrement réparties. Le signal f(O) après filtrage est donné par: f(#)= 1 (1) EH(#)R-1E(#) où R est la matrice de covariance du signal reçu et R-1 son inverse, E(O) est le vecteur source pour la direction 9 et EH est le vecteur conjugué hermitien (matrice adjointe) du vecteur source, avec: où d est la distance entre deux capteurs consécutifs et # est la longueur d'onde. Le procédé selon l'invention consiste à effectuer un pré-traitement de façon à corriger les directions angulaires 0k pour qu'elles tendent vers les directions des extrema locaux les plus proches de la fonction f(e). Cela a comme résultat un échantillonnage angulaire non uniforme de la fonction f(6) comme on le voit sur la figure 3, où, par exemple le point P de la courbe de la figure 2 dans la direction 0k est remplacé par le point P' dans une nouvelle direction recalée 8,k Ce pré-traitement permet en particulier de se recaler sur les maximums de signal correspondant aux directions utiles. La fonction f(û) peut s'écrire autour de chaque direction 0k sous forme d'une série de Taylor qui, limitée au deuxième ordre, donne: En dérivant cette relation et en posant f(O) = O pour rechercher un extremum de f(0) on arrive à la relation: f'(0k) + (#-#k)f"(9k) = O qui fournit une direction recalée Û'k telle que la correction à apporter soit donnée par: f'(#k) ##k = #k - #'k = f"(#k) A partir de la relation (i) donnant f(e), on obtient donc la valeur de correction: A6 R-l (2) k ,HR- 1E1 où El est le vecteur dérivé du vecteur source E: El(#)=#E(#) ## et où EH1 est le vecteur conjugué hermitien dérivé de E. Ainsi, le procédé selon l'invention consiste à calculer les corrections angulaires åEk à appliquer en fonction des signaux reçus et à utiliser les direction recalées U'k pour effectuer le traitement spatial au lieu des directions 0k La figure 3 montre, de manière évidente, que le traitement est beaucoup mieux adapté au panorama observé puisque les directions recalées correspondent à des directions dans lesquelles l'antenne reçoit de l'énergie. On réduit ainsi notablement l'étouffement des signaux utiles. De plus, ce pré-traitement permet d'estimer avec plus de précision angulaire la provenance des signaux reçus sans nécessiter davantage de directions d'analyse. La figure 4 représente de manière schématique un mode de réalisation d'un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé ainsi décrit. Une antenne comportant N capteurs CO à CN-1 reçoit des signaux qui subissent un traitement Doppler classique dans le circuit 1. Les signaux reçus traités sont transmis à un circuit 2 de calcul de la matrice de covariance R. Cette matrice est inversée dans un circuit 3 puis lissée par un circuit de lissage spatial 4. Cette opération de lissage spatial connue peut consister à déduire de la matrice une série de matrices d'un ordre inférieur et en faire la moyenne. D'autre part, des moyens de sélection 5 permettent de sélectionner a priori des directions d'analyse Ok uniformément réparties. A partir de ces valeurs présélectionnées, des circuits 6 et 7 établissent respectivement les vecteurs sources E (Ûk) et leurs dérivés El (0k). Un circuit de calcul 8 détermine alors les corrections åûk à effectuer selon la relation (2) à partir des éléments E, El et R-1 fournis respectivement par les circuits 6, 7 et 4. Un circuit 10 en déduit les valeurs de direction angulaire recalée U'k à appliquer comme commande à un dispositif de traitement spatial 11 qui reçoit par ailleurs les signaux reçus des capteurs provenant du circuit de traitement Doppler 1. Bien entendu, L'exemple de réalisation décrit n'est nullement limitatif de l'invention. Notamment l'organisation des calculs pourrait être différente sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé d'échantillonnage angulaire non uniforme pour traitement d'antenne FFC adaptatif comportant des moyens de traitement spatial FFC (11 ) sur N capteurs (CO à CN-1), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de: - réaliser un pré-traitement angulaire pour recaler les directions d'analyse (0'k) dans les directions utiles correspondant aux extremums locaux du signal filtré (f(0); et - effectuer ledit traitement spatial FFC sur lesdites directions d'analyse recalées (O'k). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de réaliser un pré-traitement angulaire consiste à: - sélectionner des directions d'analyse (0k) uniformément réparties; et - déterminer les corrections angulaires (A0k) à appliquer à ces directions pour obtenir les directions d'analyse recalées (û'k) dirigées vers les extremums locaux les plus proches du signal filtré (f(0)). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite détermination des corrections angulaires consiste à: - calculer la matrice de covariance (R) des signaux fournis par lesdits capteurs (CO à CN-1) ; - calculer le vecteur source (E) pour les directions sélectionnées (Ok) et le vecteur dérivé (El) ; et - déterminer les corrections angulaires (AÛk) selon la relation: EH R-l El ##k = E1HR-1E1 où EH représente le vecteur conjugué hermitien du vecteur source E, El est le vecteur dérivé du vecteur source E, EH1 représente le vecteur conjugué hermitien dérivé du vecteur source, et R représente la matrice de covariance. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite matrice de covariance utilisée est une matrice ayant subi un lissage spatial. 5. Dispositif d'échantillonnage angulaire non uniforme pour traitement d'antenne FFC adaptatif comportant des moyens de traitement spatial FFC (11) sur N capteurs (CO à CN-1), caractérisé en ce qu'il comprend: - des moyens (5) de sélection de directions d'analyse (8k) uniformément réparties; - des premiers moyens de calcul ( 2 à 4, 6 à 8) pour déterminer, à partir des signaux desdits capteurs (CO à CN-î) après traitement Doppler (i) et desdites directions d'analyse (Ûk), les corrections angulaires (AOk) à appliquer à ces directions pour obtenir des directions d'analyse (0'k) recalées sur les extremums locaux les plus proches du signal filtré (f(0)); et - des seconds moyens de calcul (10) pour déterminer lesdites directions angulaires recalées (Û'k) à partir des directions d'analyse uniformément réparties (0k) et des corrections angulaires (AOk) calculées et pour les appliquer auxdits moyens de traitement spatial FFC (11) comme directions de traitement. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens de calcul comprennent: - un ensemble (6,7) de détermination d'un vecteur source E et du vecteur dérivé El de ce vecteur source pour chaque direction d'analyse (Ûk) - un ensemble de calcul (2, 3) de la matrice de covariance R des signaux des capteurs (C1 à CN) puis de son inverse R-1 et de lissage spatial de ladite matrice inverse; et - un circuit de calcul (8) déterminant lesdites corrections angulaires A0k selon la relation: EHR-1E1 ##k = E1HR-1E1 où EH est le vecteur conjugué hermitien du vecteur source E et EH1 représente le vecteur conjugué hermitien dérivé.