Brevet FR2747788A1 — publié le 19971024

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CALIBRATION ET DE TRAITEMENT POUR ETABLIR LA COHERENCE D'UN RADAR CONTINU A MODULATION LINEAIRE DE FREQUENCE La présente invention concerne un procédé et un dispositif de calibration et de traitement aptes à assurer la cohérence d'un radar continu à modulation linéaire de fréquence. Les domaines dans lesquels la cohérence du radar est indispensable pour avoir une information de phase sur la cible sont nombreux : On peut citer, à titre d'exemples, l'analyse Doppler, l'holographie, les radars à ouverture synthétique (SAR) et les radars à ouverture synthétique inverse (ISAR), les techniques SAR et ISAR étant utilisées pour améliorer le pouvoir de résolution angulaire des radars. Rappelons que la phase #e(t) du signal émis par un radar continu à modulation linéaire de fréquence à l'instant t s'écrit: fe(t) = 2n (F t + B2T t2) + + (1) avec F = fréquence initiale de la modulation o = = phase initiale de la modulation B = excursion de la modulation T = durée de la modulation La phase +(t,T) du signal reçu par le radar et correspondant à l'écho d'une cible située à la distance D du radar est, après démodulation homodyne + (t,#) = #e(t) - #e(t-#) (2) 2D avec T= c , temps de propagation radar-cible-radar. En combinant les relations (l) et (2), on peut écrire +(t, T) = 2n (Fo T- B T2 + B Tt) (3) 2T T Or, la cohérence du radar n'est assurée que si cette phase (t,T) se répète de rampe de fréquences en rampe de fréquences. La relation (3) nous enseigne que la répétition de cette phase dépend, d'une part, de l'excursion B et du temps T de la modulation qui sont constants, et, d'autre part, de la fréquence initi ale F de la modulation, laquelle fréquence devrait être théori o quement constante. En d'autres termes, la cohérence du radar peut être obtenue si la génération de la rampe de fréquence de modula tion permet d'avoir B, T et F constants. o A l'heure actuelle, une première technique connue de génération de la modulation linéaire de fréquence consiste à utiliser un oscillateur commandable en tension qui génère une fréquence proportionnelle à la tension qu'on lui applique. Or, cette technique ne permet pas d'obtenir en pratique, une stabilité suffisante de la fréquence F , et par suite, d'assurer la o cohérence du radar. Une seconde méthode connue consiste à utiliser un système à EPROM (Erasable and Programmable Read Only Memory) pour générer la modulation de fréquence en bande de base, suivi d'un convertisseur numérique-analogique. Le signal obtenu subit ensuite une transposition en fréquence, puis une multiplication de fréquence de façon à obtenir la porteuse et la bande souhaitées. Cette seconde méthode assure la cohérence du radar, mais présente l'inconvénient de générer un mauvais bruit de phase du signal émis, loin de la porteuse, en raison du bruit de quantification qui devient prépondérant. Ce bruit de phase a pour conséquence de limiter la visibilité du radar en présence de plusieurs cibles. Ainsi, ce type de génération n'est utilisé actuellement que pour des radars opérant dans un environnement monocible, comme, par exemple, l'altimètre. Le but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif de traitement permettant d'assurer la cohérence d'un radar continu à modulation linéaire de fréquence, cette modulation étant générée par la première technique exposée précédemment. Plus précisément, un objet de la présente invention est un procédé de calibration et de traitement pour établir la cohérence d'un radar continu à modulation linéaire de fréquence, la modulation étant obtenue grâce à un oscillateur qui génère des rampes de fréquences de durée T, ledit procédé étant caractérisé en ce qu' il comporte les étapes de - calibration de la variation de phase A+REF i i entre la rampe d' indice i en cours et une rampe de référence - traitement du signal 5R (t) reçu par le radar et correction de l'erreur de phase sur ce signal en utilisant la variation de phase Un second objet de l'invention est un dispositif de calibration et de traitement pour établir la cohérence d'un radar continu à modulation de fréquence, la modulation étant obtenue grâce à des moyens générateurs de rampes de commande de durée T appliquées à un oscillateur commandable pour fournir un signal (t) d'émission dont la phase varie de rampe en rampe en raison de la non-cohérence du radar, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte - un dispositif de calibration de la variation de phase X i entre la rampe d'indice i en cours et une rampe de référence - un dispositif de traitement du signal sR(t) reçu par le radar qui utilise la variation de phase mesurée par le dispositif de calibration (l) pour corriger l'erreur de phase sur le signal sR(t) démodulé. L'invention, ainsi que ses avantages, seront mieux compris au vu de la description suivante, en référence aux figures annexées - la figure 1 est un bloc-diagramme du procédé selon l'invention ; - la figure 2 est un dispositif selon une mode de réalisation possible de l'invention. La figure 1 est un bloc-diagramme du procédé selon l'invention. Nous pouvons y voir, représentés en pointillés, deux blocs 1 et 2 assurant respectivement les fonctions de calibration de l'erreur de phase due à la non-cohérence du radar, et de traitement du signal écho sR(t) provenant d'une cible réelle afin de corriger cette erreur de phase. Le bloc 1, effectuant la calibration de l'erreur de phase, comporte une première étape 10 qui consiste à simuler le signal écho provenant d'une cible fictive située à une distance DLAR du radar. Cette simulation peut se faire aisément en prélevant le signal s (t) issu de l'oscillateur, et en le multipliant par le même signal retardé de TLAR' avec 2DLAR LAR = c L'étape suivante, référencée 11, consiste à estimer, à un temps t donné, synchrone de la rampe de modulation, supérieur à o T et constant de rampe en rampe, la phase i(t , TLAR) de ce LAR signal écho fictif, l'indice i représentant la rampe de fréquence en cours. La calibration de l'erreur de phase résultant de la noncohérence du radar s'effectue à l'étape 12 qui calcule la différence de phase ##REF,i entre le signal mesuré au temps to sur la rampe i en cours, et ce même signal mesuré au temps t sur une o rampe de référence, cette rampe étant, par exemple, celle d'indice O. A l'issue de l'étape 12, nous connaissons donc l'erreur de phase ##REF,i(to, TLAR) fi (to, #LAR) - #.REF (to' TLAR) = 2w (h Fo)REF, i TLAR avec (h Fo)REF, = erreur sur la fréquence Fo de modulation entre la rampe i et la rampe de référence. Si nous procédions de même pour le signal sR(t) reçu par le radar et provenant d'une cible réelle située à la distance D du radar, nous trouverions ##REF,i (to,T) = 2w (t Fo)REF,i # (5) 2D avec T = c En combinant les relations (4) et (5), nous obtenons la relation qui donne l'erreur de phase en réception : # (6) ##REF,i (to,#) = #LAR ##REF,i (to,#LAR) Comme le montre le bloc 2 de la figure 1, il suffit donc d'estimer (étape 20), au temps to, la phase fi(to,T) du signal sR(t) provenant d'une cible réelle située à la distance D, puis de lui retrancher (étape 21) le terme de l'expression (6). La non-cohérence du radar à l'émission est ainsi corrigée à la réception. La figure 2 est un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Nous avons gardé, pour plus de clarté, les blocs en pointillés 1 et 2 représentant les dispositifs effectuant respectivement les fonctions de calibration de l'erreur de phase et de traitement de cette erreur sur le signal de réception. Le radar à modulation linéaire de fréquence comporte des moyens 3 générateurs d'une rampe de commande, par exemple en tension, afin de commander un oscillateur 4 pour qu'il délivre un signal s (t) modulé linéairement en fréquence, et destiné à être émis par l'antenne émission 5. La calibration de l'erreur de phase représentative de la non-cohérence du radar s'effectue en prélevant le signal s (t) pour l'appliquer à un discriminateur de phase comprenant une ligne à retard 13 pour retarder le signal s (t) d'un temps TLAR, e et d'un mélangeur 14. La ligne à retard 13 doit être non dispersive dans la bande [Fo, F + B] pour ne pas introduire o d'erreur de phase supplémentaire. Le signal obtenu en sortie du mélangeur 14 simule parfaitement le signal écho provenant d'une cible fictive située à une distance DLAR = LAR du radar. 2 Comme cette cible fictive est stable dans le temps, l'erreur de phase qui existe dans ce signal est due uniquement à la noncohérence du radar. La figure 2 montre que l'on calcule cette erreur en effectuant tout d'abord une estimation de la phase fi(totTLAR) du signal sur la rampe i, à un temps t donné, synchrone de la durée T de modulation, supérieur à TLAR et constant de rampe à rampe, cette estimation étant réalisée par une chaîne classique de filtrage passe-bas (19) de codage 15 suivis d'un calculateur de Transformée de Fourier rapide 16. Le calcul de la Transformée de Fourier permet d'obtenir un nombre complexe dont il suffit de prendre l'arctangente de son argument pour obtenir la phase recherchée.Une mémoire 17 permet de conserver la valeur de cette phase pour une rampe de référence, qui peut être, par exemple, la rampe d'indice 0. Un soustracteur 18 permet alors de calculer l'erreur de phase A Parallèlement à cette calibration de l'erreur de phase, le signal écho reçu par l'antenne de réception 6 et provenant d'une cible réelle située à la distance D du radar va subir un traitement de correction de l'erreur de phase due à la noncohérence du radar. Avantageusement, la démodulation de ce signal est homodyne puisqu'il est mélangé directement avec le signal se(t) au moyen du mélangeur 7. L'estimation de la phase #i(to, #) du signal moyen issu du mélangeur 7, est alors faite comme précédemment au moyen d'un filtre passe-bas 25, d'un convertisseur anologique-numérique 22 suivis de moyens 23 de calcul de Transformée de Fourier rapide. La Transformée de Fourier du signal sR(t) échantillonné permet également d'obtenir la fréquen BT ce de ce-signal, donnée par l'expression T t et par conséquent, d'en déduire la valeur T nécessaire à la correction. La correction de l'erreur de phase s'effectue au moyen du dispositif de soustraction 24 qui retranche à la phase estimée +1(t0, T) le terme # #LAR ## REF, i (to,#LAR) la valeur de REF,i (tO,rLR) étant fournie par le soustracteur 18. Avantageusement, le signal issu du mélangeur 14 peut être TLAR asservi en phase sur un synthétiseur 8 de fréquence B T synchrone du signal émis, au moyen d'un mélangeur 9. Le signal issu du mélangeur est alors filtré par un filtre passe-bas 26 et additionné à la rampe de commande. Cette boucle de phase permet d'obtenir la linéarité en fréquence souhaitée ainsi qu'une bonne répétitivité de l'excursion de fréquence B de rampe à rampe. REVEND ICAT IONS 1. Procédé de calibration et de traitement pour établir la cohérence d'un radar continu à modulation linéaire de fréquence, la modulation étant obtenue grâce à un oscillateur qui génère des rampes de fréquences de durée T, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de - calibration de la variation de phase REF,i entre la rampe d'indice i en cours et une rampe de référence - traitement du signal sR(t) reçu par le radar et correction de l'erreur de phase sur ce signal en utilisant la variation de phase +REF,i 2. Procédé de calibration et de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la calibration consiste à - simuler (10) le signal écho d'une cible fictive qui serait située à une distance DLAR du radar - estimer (11) , à un temps t synchrone de la rampe de o modulation et constant de rampe en rampe, la phase fi(t , TLAR) de ce signal écho, avec 2 DLAR TLAR c , et i, l'indice de la rampe en cours - calculer (12) la différence de phase # REF, entre la phase fl(to, TLAR) du signal écho pour la rampe i et la phase #REF(to, vLR) du signal écho pour une rampe de référence. 3. Procédé de calibration et de traitement selon la revendication 2, caractérisé en ce que la simulation du signal écho émanant d'une cible fictive consiste à multiplier le signal issu de l'oscillateur au temps t par ce même signal retardé du temps o TLAR. 4. Procédé de calibration et de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement du signal sR(t) consiste à - estimer (20) au temps t la phase fi(to, T) du signal écho cT provenant d'une cible réelle située à la distance D = 2 du radar - corriger (21) la phase fl(to, T) en lui retranchant le terme T LAR # #REF, i. 5. Dispositif de calibration et de traitement pour établir la cohérence d'un radar continu à modulation de fréquence, la modulation étant obtenue grâce à des moyens générateurs (3) de rampes de commande de durée T appliquées à un oscillateur comman dable (4) pour fournir un signal s (t) d'émission dont la phase e varie de rampe en rampe en raison de la non-cohérence du radar, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte - un dispositif de calibration (1) de la variation de phase entre la rampe d'indice i en cours et une rampe de référence ; - un dispositif de traitement (2) du signal sR(t) reçu par le radar qui utilise la variation de phase mesurée par le dispositif de calibration (1) pour corriger l'erreur de phase sur le signal sR(t) démodulé. 6. Dispositif de calibration et de traitement selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de calibration (1) comprend - un discriminateur de phase à ligne à retard (13, 14), de retard #LAR, auquel est appliqué le signal se(t) ; - une chaine d'estimation de la phase fi(to, TLAR) du signal issu du discriminateur (13, 14) pour la rampe i et à un temps t o donné, synchrone de la rampe et supérieur à TLAR > ladite chaine comprenant un filtre passe-bas (19), un convertisseur analogiquenumérique (15) suivis d'un calculateur de Tranformée de Fourier rapide (16) et d'une mémoire (17) pour conserver la valeur de cette phase pour ladite rampe de référence; - un soustracteur (18) pour calculer l'erreur de phase ssç i (t , TLAR) entre la rampe i et la rampe de référence. 7. Dispositif de calibration et de traitement selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de traitement (2) comprend - un filtre passe-bas (25) - un convertisseur analogique-numérique (22) suivi de moyens de calcul (23) de Transformée de Fourier rapide pour estimer la phase fi(to,T) du signal sR(t) démodulé par la rampe i - un dispositif de soustraction (24) qui utilise la sortie du soustracteur (18) pour retrancher à la phase #i(to,#) le terme # ##REF, i (to, #LAR). #LAR 8. Dispositif de calibration et de traitement selon la revendication 6, caractérisé en ce que le signal issu du discriminateur (13, 14) est asservi en phase sur un synthétiseur (8) de #LAR fréquence B T , B étant l'excursion de fréquence de la modu- lation, au moyen d'un mélangeur (9) dont la sortie est filtrée par un filtre passe-bas (26) et additionnée à la rampe de commande issue des moyens générateurs de rampe (3).