Brevet FR2747791A1 — publié le 19971024

L'invention concerne un dispositif radar pour la détection et la reconnaissance de véhicules à chenilles. La détection de véhicules à chenilles tels que des chars d'assaut, et leur reconnaissance parmi d'autres véhicules et parmi les parasites naturels et artificiels s'avèrent d'une importance particulière. Il serait de plus souhaitable que cette détection et cette reconnaissance puissent être obtenues à la fois pour des cibles fixes et mobiles. La demande de brevet déposée en Grande-Bretagne par la Demanderesse sous le n 82 05752 décrit un dispositif radar capable de détecter un ensemble de taquets qui contactent le sol et dont les surfaces supérieures constituent une partie visible d'une chenille de char d'assaut. Ce dispositif radar utilise une technique comprenant l'analyse des variations d'am- plitude en fonction de la fréquence d'échos radar afin d'identi- fier ainsi une caractéristique de lobe(s) d'un ensemble de ta- quets "situés au niveau du sol". Un but de la présente invention est de fournir un dispositif radar qui utilise une technique différente mais apparentée pour détecter un véhicule à chenilles. Conformément à l'invention, le dispositif radar comprend des moyens émetteurs pour illuminer une zone observée, des moyens pour recevoir le rayonnement renvoyé depuis cette zone observée et des moyens de traitement aptes à identifier une variation de l'amplitude de la radiation reçue en fonction de l'angle d'examen du dispositif radar, représentatived'une che- nille d'un véhicule à chenilles. Afin de rendre l'invention plus clairement intel- ligible, et de faciliter la mise en oeuvre de celle-ci, des modes de réalisation particuliers vont maintenant être décrits en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure la représente schématiquement un véhicule à chenilles, - la figure lb représente une vue agrandie d'un seul taquet de la chenille du véhicule de la figure la, - la figure 2 illustre schématiquement un modèle de réponse d'échos provoqués par un ensemble de taquets situés au niveau du sol, - les figures 3a à 3d montrent respectivement la variation de la réponse radar en fonction de l'angle d'examen procuré par un réflecteur ponctuel isolé, une paire de réflec- teurs dont l'un est prépondérant, une paire de réflecteurs ponc- tuels identiques et une distribution de parasites, - les figures 4a et 4b montrent un système d'ana- lyse des échos radar permettant d'identifier une cible. La figure la représente une cible sous forme d'un char d'assaut. A tout instant, un nombre (dit N) de taquets CL formant une chenille T sont en contact evec le sol et forment un ensemble qui peut être détecté par un dispositif radar fonction- nant conformément à l'invention. Avec la plupart des angles de visée ou d'examen, l'axe de visée SL du radar est tel que des échos provenant des surfaces supérieures exposées U des taquets Usitués au niveau du sol" sont reçus, et la surface supérieure d'un taquet unique est représentée à une échelle agrandie, sur la figure lb. Chaque taquet possède une projection P en saillie vers le haut et le dispositif radar de l'invention exploite la caractéristique "en piquets de clôture" présentée par les (N) projections de l'ensemble des taquets "situés au niveau du sol" pour détecter la chenille d'un char d'assaut parmi d'autres ci- bles. On a montré dans une demande de brevet parallèle de la Demanderesse (référence du Conseil PQ 20904-demande de brevet en Grande- Bretagne 82 05752) que l'amplitude des échos radar provoqués par un ensemble de taquets "situés au niveau du sol" dépend non seulement de la longueur d'ondes À du radar, mais également de l'angle de visée e du radar c'est-à-dire, l'angle formé entre la ligne de visée SL du radar et le plan contenant l'ensemble des taquets. L'amplitude des échos provo- qués par N taquets "situés au niveau du sol", tel que cela a été indiqué, est proportionnel à A = sin (2N N A cos 8) 1 sin (21 dé cos 8) o d est le pas séparant les taquets formant ledit ensemble. D'une façon générale, A sera maximum (à une am- plitude N), chaque fois que 211 d/Acos8 = 2E d/cscos8 = nfl o n est soit un nombre entier positif, soit un nombre entier négatif. Dans la demande de brevet en Grande-Bretagne déposée par la Demanderesse sous le n 82 05752, il a été montré que si f. la fréquence radar, est modifiée (mais e est maintenu cons- tant) une succession de lobes sera générée à des intervalles de fréquences de = c Z 2 d cos 6 Il a été montré que en analysant la variation d'amplitude des échos radar en fonction des changements de fréquences et en identifiant ainsi un ou plusieurs lobes ca- ractéristiques, il est possible de détecter un ensemble de ta- quets "situés au niveau du sol" représentatifs d'un véhicule à chenilles. Dans la présente invention, une technique différente est utilisée, dans laquelle plus précisément la fré- quence radar f est maintenue constante et l'angle de visée 8 est modifié. Ainsi, si le radar se déplace par rapport à l'en- semble, des lobes seront observés. L'amplitude A des échos radar varie en fonction de 8 et forme une succession de lobes, carac- téristiques du véhicules à chenilles, et séparés d'un espace angulaire de approximativement 1 c Y 2 d sin 8 relation dans laquelle Y est indiqué en cycles/rad. Dans un exemple typique particulier, d le pas séparant les taquets peut être de 150 mm de telle sorte que lorsque f = 10GHz, Y = 10 sin e cycles/rad et lorsque f = GHz, Y = 100 sine cycles/rad. On peut montrer que la lar- geur angulaire de chaque lobe est 1 NY La figure 2 représente schématiquement un exemple simplifié dans lequel le vecteur v de vitesse du radar et l'en- semble des taquets sont situés dans le plan de la figure, de telle sorte que l'angle e, dans ce cas, est l'angle formé entre l'axe de visée SL du radar et la ligne CC des taquets. Si le radar est utilisé pour dépister une cible, alors l'angle de visée e changera lorsque le radar est déplacé, et tel que cela a été décrit précédemment, une succession de lobes (par exemple L) caractéristiques d'un ensemble de taquets,sera observée. Une réponse lobée du type ci-dessus décrit pro- duite par un ensemble de taquets peut être aisément distincuer d'au- tres modèles de réponses produites par des taquets et parasites d'arrière plan et qui,généralement sont sujets à des variations angulaires très différentes. Une cible unique ponctuelle, par exemple, renverra un signal d'une amplitude constante (figure 3a) tandis qu'une paire de cibles ponctuelles représentera sur la même cellule radar une variation angulaire relativement fai- ble en amplitude (figure 3b et figure 3c)Une distribution de parasites, à l'opposé, représentera un modèle de réponse (fi- gure 3b) "semblable à un bruit' On comprendra que l'ensemblede N taquets "situés au niveau du sol" devra être illuminé simultanément s'ils doi- vent réfléchir,en coopération, pour produire la réponse de lo- bes caractéristiques. La dimension linéaire minimum de chaque cellule radar sur le sol, rar conséquent, devra être supérieure à en- viron Nd (c'est-à-dire 4, 5m pour N = 30 et d =150 mm). Dans le cas d'un faisceau radar balayé en azimut, le faisceau peut être un éventail vertical dans lequel la cellule radar est définie par la longueur d'impulsion radar (et l'angle d'abaissement) et la largeur de faisceau azimutal (et la gamme d'inclinaison). Puisque, tel que cela a été décrit précédemment, la séparation angulaire de lobes adjacents (L' et L" par exem- ple) est donnée par 1, au moins un lobe sera détecté si le faisceau radar s'arrete sur l'ensemblede N tacuets _nd.ant un intervalle de temps suffisant pour permettre au faisceau de se déplacer d'un angle A qui est au moins égal à 1. Au moins un lobe sera observé ainsi, si l'arrêt momentané angulaire 1 = 10' rads. y Usin8 En considérant l'agencement représenté sur la fi- gure 2 dans lequel le radar est à une hauteur r au-dessus du sol et se déplace à une vitesse v parallèlement au sol, le temps d'arrêt T: r r à v Y sin26 v sin20 Si ainsi f égal 10 GHz, O= 45 , v = 100 m/s, alors 0, 14 rad = 8 et Tz9.2,8 secondes. Dans la mesure o la gamme d'inclinaison R, dans cet exemple est 1,4 km, lePRF peut être aussi élevé que 50KHz, de telle sorte que le nombre total d'impulsions radar transmises provenant sur l'ensemble pendant un intervalle T sera de l'ordre de 140 x 103. Puisque, cependant, la largeur de lobes générés par les N taquets "situés au niveau du sol" est donnée par 1 (c'est-à-dire 1 x la sépara- tion angulaire de lobes adjacents dans la réponse caractéristi- que) il est possible d'additionner entre eux ou de compresser les échos dûs aux groupes d'impulsions transmises successive- ment, chaque groupe contenant l x le nombre total d'impulsions N transmises pendant le mouvement du faisceau radar entre des lobes adjacents. Dans l'exemple mentionné ci-dessus, des groupes suc- cessifs de 140 x 10 = 4.7 x 103 impulsions peuvent être ajoutés entre eux pourvu que le faisceau s'arrête sur la cible, de façon continue. L'exemple décrit en regard de la figure 2 repré- sente le cas o le radar est déplacé le long d'une ligne paral- lèle à la ligne CC des taquets. En général, cependant, le radar peut se déplacer dans une direction autre que la direction pa- rallèle à la ligne des taquets, et ainsi, A et T devront, dans la pratique, être choisis pour assurer une probabilité appropriée de détection de lobes dans la gamme de conditions vraisemblables susceptibles d'être rencontrées dans une situation pratique. Un radar de la présente invention pourrait être utilisé dans un mode de recherche, et afin de balayer une bande appropriée sur le sol, un faisceau en éventail vertical balayant l'azimut pourrait être utilisé. De nouveau, puisque la largeur d'un lobe, produit par N taquets "situés au niveau du sol" est 1 un nombre d'échantillons suffisant pour permettre une obser- TN vation d'au moins un lobe peut être obtenu par le radar pourvu que l'intervalle entre des balayages successifs de l'ensemble des taquets ne soit pas supérieur à T. Dans l'exemple donné précédemment, T est environ 0,09 secondes correspondant à un régime de balayage de 1il balayages par seconde. Un système pour analyser des échos radar et iden- tifier le modèle de lobes caractéristiques représentatifs d'un véhicule à chenilles est maintenant décrit en référence aux figures 4a et 4b. Puisque chaque impulsion radar doit illuminer plusieurs cellules alicénées, le système d'analyse de signal, qui est agencé pour analyser les échos à partir seulement d'une cellule unique, doit être reproduit pour chaque cellule observée. En option, un processeur séquentiel de multiplexage peut être utilisé pour fournir au système, en sé- quence, des données enregistrées séparément correspondant aux échos provenant de chaque cellule. Si un faisceau en éventail vertical est utilisé pour balayer la zone observée, de façon cyclique, en azimut, alors, les échos provenant d'une cellule de rangées particu- lière, reçus pendant chaque arrêt du faisceau peuvent être intégrés en 10 (sur la figure 4a) et enregistrés sous forme d'échantillons de données. Le cas échéant, si le radar est utilisé pour détecter une cible, et ainsi illumine un ensemble de taquets de façon continue, des groupes successifs d'échos (chaque 140 x 103 en nombre, dans l'exemple décrit ci- dessus) peuvent être ajoutés et mémorisés. Lorsqu'un nombre suffisant S d'échantillons de données a été collecté, pour permettre l'iden- tification d'au moins un lobe dans le modèle de réponse des échos, les échantillons de données sont transférés à un dispo- sitif de corrélation portant la référence générale 20, du type décrit dans la demande de brevet en Grande-Bretagne déposée par la Demanderesse sous le n 82 25752. Ainsi, on assure essentiellement une intercorrélation entre les variations angu- laires observées du mordèle de réponse, et des lobes de réfé- rence et archetypes correspondant à toutes les largeurs de lo- bes et phases possibles. Les S échantillons de données, représentant la variation angulaire dans le modèle de réponse observée des échos radar sont chargés dans des registres à décalage SR1 et SR2 à S étages. Le contenu des étages du premier registre SR1 à décalage est cpondéré par les montants respectifs (dé- terminés par les éléments respectifs wl...wS de filtre F1) correspondant à l'onde d'un lobe archetype (représenté en L1) d'une largeur particulière. Le contenu du registre à décalage SR2de son côté est padéré (par le filtre F2) par le ccmplément de ce lobe ty- pe (représenté en LUes données sont alors décalées dans les deux registres à décalage et recyclées une fois. Cette procédure de recyclages balaie effectivement les formes d'ondes corrélées (L1 et L2)' avec les données, et explore ainsi toutes les phases possibles. La sortie,A, du contenu pondéré du premier filtre F1 est ensuite comparée avec la sor- tie du second filtre F2 et lorsque la sortie A dépasse cette dernière d'un facteur a prédéterminé indiquant qu'un lobe a été identifié, une cible est déclarée. Celle-ci est obtenue en multipliant la sortie du second filtre par le facteur a et en comparant le signal résultant B avec le signal A dans le circuit COMP. En d'autres termes, les premiers registre à décalage et filtre (SR1 et Fl)coeparent le signal à étudier avec le signal d'arrière plan moyen déterminé par les second registre à décalage et filtre (SR2 et F2). Pour éviter une séparation des lobes, une fraction de chaque S échantillorsde données peut être retournée à la mé- moire afin d'être utilisée dans le cycle de corrélation suivant. La taille de cette fraction sera déterminée par les conditions de chaque application. Pour mettre en correspondance un modèle de réponse angulaire observée avec les nombreuses largeurs de lobes possi- bles, le procédé évoqué ci-dessus peut être répété pour un nom- bre q approprié de largeurs de lobes de référence, core représentées sur la figure 4b. En général, une suite de largeurs de lobes par octave pourrait être utilisée, et en conséquence, si l'on a par exemple S = 32 échantillons de données à traiter et si la largeur de lobes la plus étroite est de 1 échantillon, alors il faudra prévoir des corrélateurs 20 pour fournir des pondérations de largeurs de lobes de 1, 2, 4...16 échantillons, de telle sorte que, dans ce cas, q égal 5. La constante de seuil a sera en général différente pour chaque largeur de lobes. Les q corrélateurs peuvent être soit dis- posés en parallèle comme représentés sur la figure 4b, soit dis- posés en série le long de l'étendue des registres à décalage SR1, et SR2 représentés sur la figure 4a. Dans ce dernier cas, chaque registre à décalage comprendrait qS étages qui seraient pondérés séquentiellement en groupe adjacent de S étages, les données étant recyclées une fois. Dans la mesure o le second registre à décalage SR2, comme représenté sur la figure 4a, établit seulement un signal de référence d'arrière plan par rapport auquel la sortie du filtre F1 doit être comparée, il pourrait être remplacé par un intégrateur contenant la somme du contenu du premier registre à décalage SR1. La valeur a serait alors établie à une nou- velle valeur de manière à correspondre aux mêmes critères de détection que représentés précédemment. Dans un autre exemple, les données peuvent être recyclées q fois dans le registre à décalace SR1. A chaque recyclage, les échantillons de données seraient groupés par paires avant d'être mémorisés dans un organe tampon auxiliaire à seize étages avant d'être réinsérés dans le registre à décalage sous forme d'une suite continue. De cette façon, un seul (ou une paire de) filtre et registre à décalage sera nécessaire. On comprendra que les agencements décrits en re- gard des figures 4a et 4b peuvent être réalisés de nombreuses manières. Par exemple, un registre à décalage à transfert de charges peut être utilisé, les facteurs de pondération prove- nant alors d'une caractéristique géométrique du dispositif. Des dispositifs tant analogiques que numériques peuvent être utilisés. Il ressortira de l'équation (1) ci-dessus que le radar à balayage d'angle décrit ci-dessus rendra compte de la périodicité Y la plus grande des lobes lorsque 8 est im- portant, tandis que le radar à balayage de fréquence décrit dans le brevet déposé par la Demanderesse en Grande- Bretagne sous le n 82 05752, rendra compte de la périodicité Z la plus grande des lobes lorsque e est petit. Pour ces raisons, l'on aura intérêt, dans cer- taines applications, à utiliser les deux types de radars dans un agencement "hybride", de telle sorte que lorsque la sensibilité de l'un des radar est faible, la sensibilité de l'autre sera élevée de façon à éviter l'apparition de "taches aveugles". Le radar à balayage d'angle et le radar à balayage de fréquence peuvent être utilisés soit de façon simultanée ou complémentaire. Si le radar utilise un faisceau en éventail ver- tical qui est balayé à un rythme de 11 balayages par seconde (tel que décrit précédemment), alors, pour une largeur de fais- ceau azimutal typique de 0, 1 rad, le temps d'arrêt de faisceau sera d'environ 1,5 msec. A un PRF typique de 50 KHz, cela cor- respondra à une transmission de 75 impulsions et ce nombre, lorsqu'il est supérieur à N permettra de réaliser une analyse et un balayage en fréquences complets pour chaque cellule de rangées illuminée.Les appareils d'analyse de signal utiliss dans les deux types de radars seront pratiquement identiques excepté que les pondérations appliquées au registre à décalage SR1 sont fonction,dans le cas d'un radar à balayage de fréquence, d'un lobe type dans le spectre de fréquences des réponses du radar plutôt d'une variation des réponses du radar avec l'angle de visée 8 dans le cas d'un radar à balayage d'angle (tel que décrit ci-dessus). Tel que cela est expliqué dans la demande de brevet parallèle, dans le cas d'un radar à balayage de fréquen- ce, la fréquence est balayée sur une largeur de bande suffi- samment large pour assurer l'identification d'au moins un lobe dans le spectre de fréquences observées. Chaque fréquence peut être échantillonée de façon répétée (sur chaque balayage du faisceau en éventail, par exemple) et puis intégrée de façon temporelle pour améliorer la distinction par rapport aux bruits reçus. En option, les réponses à un nombre (dit m) de fréquences situées dans une bande de fréquences plus petites que la largeur du lobe peuvent être intégrées. L'on comprendra que la présente invention permet la détection d'un véhicule à chenilles par identification d'un ensemble de taquets "situés au niveau du sol" qui constituent une partie d'une chenille du véhicule. Dans la mesure o les taquets "situés au niveau du sol" restent stationnaires même lorsque le véhicule est en mouvement, le résultat obtenu grâce à la présente invention est le même que les cibles soient mobi- les ou stationnaires. 1!1 REVENDICATIONS 1. Un dispositif radar caractérisé en ce qu'il com- porte: - des moyens émetteurs pour illuminer une zone obser- vée, - des moyens pour recevoir le rayonnement renvoyé par cette zone, ainsi que - des moyens de traitement aptes à identifier une variation d'amplitude de la radiation reçue en fonction de l'an- gle de visée du radar représentative d'une chenille d'un véhicule à chenilles. 2. Un dispositif radar selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que les moyens de traitement comporte: - des moyens pour engendrer une suite de signaux élec- triques représentatifs de l'amplitude du rayonnement reçu à différents angles de visée respectifs, et - des moyens corrélateurs adaptés pour comparer une variation d'amplitude desdits signaux électriques en fonction de l'angle de visée du radar avec une variation de référence, révélatrice d'un véhicule à chenilles et pour indiquer l'exis- tence d'un véhicule à chenilles en fonction de la comparaison. 3. Un dispositif radar selon la revendication 2, ca- ractérisé en ce que les moyens corrélateurs comprennent: - une pluralité d'emplacements distincts de mémoire aptes à recevoir les signaux électriques respectifs formant la- dite suite et à modifier progressivement, selon un mode de fonctionnement cyclique, l'emplacement auquel chaque signal élec- trique est conservé, - des moyens pour pondérer les signaux électriques, appliquant à chaque emplacement de mémoire des quantités respec- tives fonction de la variation de référence, de façon à produire un signal de sortie représentatif des signaux pondérés, ainsi que - des moyens pour comparer le signal de sortie avec un signal de seuil lorsque les emplacements des signaux électri- ques sont ainsi modifiés, et pour indiquer l'existence d'un véhicule à chenilles en fonction du résultat de la comparaison. 4. Un dispositif radar selon la revendication 3, ca- ractérisé en ce que les moyens corrélateurs comprennent: - une seconde pluralité d'emplacements distincts de mémoires aptes à recevoir également les signaux électriques respectifs et à faire varier progressivement, selon ledit mode dec fonctionnementcycligue, l'emplacenent auquel chacue signal est conservé, ainsi que - d'autres moyens pour pondérer les signaux électri- ques appliquant à chaque emplacement de la seconde pluralité d'emplacements de mémoires des quantités respectives fonction du complément de la variation de référence, de manière à pro- duire un autre signal de sortie à partir duquel le signal de seuil est obtenu. 5. Un dispositif radar selon la revendication 3, carac- térisé en ce que les moyens corrélateurs comportent des moyens pour intégrer les signaux électriques formant la série, de manière à générer le signal de seuil. 6. Un dispositif radar selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de moyens corrélateurs aptes chacun à corréler une variation d'amplitude des signaux électriques sous forme d'une fonction de l'angle de visée radar avec une variation différente de référence res- pective. 7. Un dispositif radar selon la revendication 6, ca- ractérisé en ce que les moyens corrélateurs sont disposés en parallèle. 8. Un dispositif radar selon la revendication 6, ca- ractérisé en ce que les moyens corrélateurs sont disposés en série. 9. Un dispositif radar selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que les première et seconde pluralités d'emplacements de mémoires constituent des registres à décalage respectifs 10. Un dispositif radar selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il est combiné avec un dis- positif radar supplémentaire comprenant des moyens de traite- ment capables d'identifier une variation dans le spectre de fréquences d'un rayonnement reçu représentatif d'une chenille d'un véhicule à chenilles.