Brevet FR2751422A1 — publié le 19980123

Dispositif radar Doppler à impulsions, avec élimination de brouilleur par neutrodynage. L'invention concerne les radars Doppler à impulsions. Pour permettre à un tel radar de conserver sa sensibilité en présence d'un brouillage adverse, il est nécessaire d'arriver à annuler le signal perçu par le radar dans la direction du brouilleur, annulation que l'on appelle "création de zéros". Plus généralement, ceci fait partie des techniques dites d'antenne adaptative. On dispose maintenant d'aériens à balayage électronique, formés d'une pluralité d'éléments rayonnants, dont on peut commander individuellement la phase avec une grande précision. Ceci permet de créer les zéros au niveau du diagramme de rayonnement de l'antenne elle-même. Le signal perturbateur d'un brouilleur à bruit n'est alors plus du tout perçu par l'ensemble de la chaine de réception. Quoique particulièrement commode, cette solution souffre de deux inconvénients. Le premier réside en ce qu'il faut dégager, dans la trame temporelle du radar, des intervalles de temps de service durant lesquels les commandes de déphaseur sont réajustées. On notera au passage que ce réajustement pose de gros problèmes, au niveau du système électronique de gestion, lorsqu'on est en présence d'un radar Doppler dont le faisceau n'est pas stabilisé mécaniquement. Le second inconvénient tient à ce que la création de zéros dans le diagramme de rayonnement ne peut être envisagée que vis-à-vis de sources présentant une étendue spatiale limitée, c'est-à-dire de sources de bruits blancs que l'on peut considérer comme ponctuels. Or, l'aéronef porteur du radar est le plus souvent équipé lui aussi d'un brouilleur. Le signal émis par le brouilleur local ne peut être éliminé par les techniques de création de zéros au niveau de l'antenne du radar, car les chemins d'entrée du signal du brouilleur dans la chaine de réception sont mal définis, c'est-à-dire nombreux, complexes et susceptibles de varier dans le temps. La présente invention vient proposer une solution différente, qui s'appuie sur un neutrodynage du signal reçu, dans la channe de réception, à partir d'informations recueillies sur un ou plusieurs aériens auxiliaires, que l'on appellera également aériens ancillaires, car il peut s'agir d'aériens uniquement de service. A partir de là, l'un des buts de l'invention est de permettre l'élimination d'un brouilleur même s'il provient d'une source qui n'est pas bien localisée angulairement. Un autre but de l'invention est de permettre l'annulation d'un brouilleur en évitant les contraintes des techniques antérieurement connues. On relèvera que l'invention s'applique aussi bien pour une antenne à balayage mécanique que pour une antenne à balayage électronique. Le dispositif proposé est un radar Doppler à impulsions comprenant des moyens d'émission, une antenne principale, couplée à une chalne de réception principale, avec commande automatique de gain en tête, et avec des moyens de traitement distance Doppler, de préférence numériques. Selon l'invention, le dispositif comporte une sedonde antenne couplée à une seconde chaîne de réception identique à la chaîne de réception principale. Il comporte aussi des moyens qui réagissent à la présence d'un brouilleur en déterminant le gain de l'antenne principale relativement à la seconde antenne, pour un sous-ensemble choisi des portes distance et des filtres Doppler des deux chaînes de réception. Il comporte enfin des moyens de neutrodynage, propres à soustraire, pour chaque porte distance et chaque filtre Doppler, la sortie de la seconde chaîne de réception, pondérée par ledit gain relatif, de celle de la voie de réception principale. L'homme de l'art sait que l'antenne principale est pointée sur une direction différente de celle du brouilleur. Selon l'invention, on fait en sorte que la seconde antenne possède un gain supérieur à celui de la première, dans la direction du brouilleur, c'est-à-dire au moins hors de la direction de pointage de l'antenne principale. Avantageusement, la seconde antenne est sensiblement omnidirectionnelle. Selon un autre aspect de l'invention, ledit sous-ensemble est disjoint du sous-ensemble portes distance/filtres Doppler contenant le retour d'altitude et l'écho principal de sol, et ce, afin de ne pas perturber les estimations du bruit du brouilleur. On fait également en sorte de disposer en sortie de N échantillons indépendants, qui sont les sorties des P filtres Doppler, non pollués par le fouillis, de chacune des Q portes distance de la récurrence du radar. La commande automatique de gain placée en tête des chaînes de réception permet à celles-ci de tenir un régime de fonctionnement convenable, malgré la dynamique élevée du signal d'un brouilleur à bruit. Selon une autre caractéristique de l'invention, on prévoit une troisième chalne de réception, également identique à la chalne de réception principale, et couplée à une autre antenne qui est avantageusement l'une des autres voies de l'antenne principale, de préférence sa voie différence. Là encore des moyens réagissent à la présence d'un autre brouilleur en déterminant le gain de l'antenne principale et de la seconde antenne relativement à cette autre antenne, pour un sous-ensemble choisi des portes distance et des filtres Doppler des chaînes de réception. Le dispositif comporte enfin des seconds moyens de neutrodynage, propres à soustraire, pour chaque porte distance et chaque filtre Doppler, la sortie de la troisième chaîne de réception, pondérée par lesdits gains relatifs, respectivement de celles de la voie de réception principale et de la seconde voie de réception. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appapaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est un schéma de principe, partiellement détaillé, d'un dispositif radar mettant en oeuvre l'invention avec un seul brouilleur; et - la figure 2 est le schéma de principe de la variante de l'invention permettant de prendre en compte deux brouilleurs. Les dessins annexés comportent, pour l'essentiel, des éléments de caractère certain. En conséquence, ils pourront non seulement servir à mieux faire comprendre la description détaillée ci-après, mais aussi contribuer à la définition de l'invention, le cas échéant. Sur la figure 1, la référence 1 désigne les moyens d'émission d'un radar Doppler à impulsions. Comme le sait l'homme de l'art, ces moyens d'émission sont couplés à l'antenne principale 10 du radar, dont on supposera qu'il est porté par un aéronef. Les dispositifs d'émission sont classiques, et n'ont pas été représentés, pour simplifier. Sont également incorporés aux circuits d'émission 1 les signaux locaux de réception. L'antenne principale 10, en sa voie somme, est reliée à un mélangeur 11, qui reçoit un premier signal local, et est suivi d'un amplificateur 12, possédant une commande automatique de gain. La sortie de l'amplificateur 12 est reliée à un second mélangeur- 13 recevant un second signal local du bloc 1. De manière classique, la sortie du mélangeur 13 est décomposée en deux voies complexes, définies par deux mélangeurs 141 et 142, recevant un troisième signal local du bloc 1. Pour assurer la prise en compte de la phase, le second mélangeur 142 reçoit le signal local à travers un déphaseur de quadrature noté 143. Les sorties des deux mélangeurs 141 et 142 sont appliquées par des amplificateurs respectifs 144 et 145 à un codeur 15 qui transforme les signaux en numérique. Après prise en compte de la trame temporelle d'émission du radar, la sortie du codeur 15 peut être décomposée en des portes distance qui sont par exemple au nombre de trente-six, la porte courante étant désignée "porte p". Les signaux relatifs à chacune des portes distance sont appliqués à des étages de transformation de Fourier rapide (FFT pour "Fast Fourier Transform"). Ces étages sont respectivement notés 16-1 à 16-36 pour les trente-six portes distance. Par le jeu de ces circuits 16, chaque porte distance est décomposée en un nombre prédéterminé de filtres Doppler, par exemple 128 filtres Doppler. Le filtre Doppler courant est désigné par "filtre n". La seconde chaîne de réception selon l'invention part d'une antenne 20 qui est omnidirectionnelle, c'est-à-dire qu'elle possède une couverture angulaire d'environ 1800. Sa sortie est appliquée à un premier mélangeur 21 suivi d'un amplificateur à commande automatique de gain 22 puis d'un second mélangeur 23. Ces éléments sont identiques à ceux de la première chaîne de réception, les références numériques étant simplement augmentées de 10 unités. Après la sortie du mélangeur 23, on passe en mode complexe à l'aide deux mélangeurs 241 et 242, le second alimenté par le troisième signal local à travers un déphaseur en quadrature 243. Et des amplificateurs 244 et 245 amènent les deux voies complexes au codeur 25 qui fournit lui aussi trente-six portes distance. Par des circuits de transformation de Fourier rapide 26, les portes distance sont à leur tour décomposées en 128 filtres Doppler. Comme précédemment, on distingue le filtre de rang n dans la porte distance de rang p. Sous le contrôle d'une unité centrale de traitement, non représentée, un sous-ensemble choisi des portes distance et filtres Doppler est appliqué à un circuit 5, qui a pour fonction d'estimer le gain relatif des deux antennes dans la direction du brouilleur. Si l'on examine maintenant l'antenne 10, on s'aperçoit qu'à un angle d vis-à-vis de sa direction de pointage, cette antenne présente un gain GS pour un signal de brouilleur à bruit. Pour simplifier, on admet que dans la même direction d, l'antenne ancillaire 20 possède un gain unité. Les moyens de traitement classiques de la chaîne de récep tion principale peuvent identifier de manière connue le fouillis,notamment le bruit de sol, qui comprend le retour d'altitude et l'écho principal de sol. Les portes distance et filtres Doppler contenant ces informations ne sont pas prises en compte aux entrées du module 5. L'homme de l'art trouvera sans difficulté d'autres éléments pour définir, si nécessaire, la sélection du sous-ensemble des portes distance et filtres Doppler appliqués au module 5. On indiquera simplement ici que ce module va, sur ledit sous-ensemble, réaliser une moyenne du rapport entre le signal reçu dans chaque porte et chaque filtre, d'une part par la voie de réception principale, d'autre part par la seconde voie de réception, associée à l'antenne ancillaire 20. On suppose être en présence d'un brouilleur à bruit blanc, d'amplitude B. Le signal total à l'entrée de la voie principale de réception peut alors s'écrire SE = SU + GS . B où SU est le signal utile en provenance de la cible située au voisinage de l'axe de l'antenne principale, et GS est le gain complexe (amplitude et phase) de l'antenne principale dans la direction du brouilleur, normalisée vis-à-vis du gain de l'antenne ancillaire. Sur la voie ancillaire, on a par ailleurs SE' = SU' + B Le module 5 a pour fonction de déterminer une estimation moyenne de la grandeur GS. Après cela, il suffit de prendre pour chaque filtre Doppler de chaque porte distance, le signal YA disponible en sortie de la voie ancillaire, pondéré dans un multiplieur 6 par le gain , et soustrait dans un comparateur 172 du signal YS relative à la même porte distance p et au même filtre Doppler n. Le signal résultant R(p,n), dont l'expression est illustrée sur la figure 1, est alors pratiquement débarrassé du bruit du brouilleur. I1 est rappelé que l'estimation de s'effectue à partir de M mesures indépendantes K(p,n) du gain relatif de l'antenne principale et de l'antenne ancillaire. Ces mesures indépendantes sont obtenues sur les différentes portes distance p et les différents filtres Doppler n faisant partie de la sélection, c 'est-à-dire du sous-ensemble choisi tel que défini plus haut. I1 a été observé en pratique qu'un nombre de mesures indépendantes M de l'ordre de 50 permet d'obtenir une estimation satisfaisante du coefficient K. Des expérimentations effectuées ont aussi montré que, dans les situations où le gain de l'antenne principale est égal à celui de l'antenne ancillaire, il s'ensuit une désensibilisation de la chaîne de réception principale qui est de l'ordre de 3 dB environ, ce qui est acceptable en pratique, comme cas le plus défavorable. On notera en particulier que la désensibilisation du récepteur est négligeable dans les lobes secondaires éloignés de l'antenne principale. Cela est particulièrement important, lorsqu'on souhaite éliminer des brouilleurs qui s'introduisent par de tels lobes secondaires. Un autre point est à considérer. Les chaînes de réception décrites font intervenir 36 portes distance possédant chacune 128 filtres Doppler. On pourrait s'attendre à une charge de calcul très importante, pour l'estimation du gain relatif. Les expériences conduites par la Demanderesse ont montré qu'il n'en est rien : même avec un brouilleur dont le niveau par rapport au bruit thermique, il n'est pas nécessaire d'effectuer un grand nombre de mesures pour compenser l'action de ce brouilleur. La charge de calcul requise est donc tout à fait compatible avec les moyens modernes disponibles. Le dispositif qui vient d'être décrit permet l'élimination du signal perturbateur issu d'un brouilleur. La Demanderesse a examiné ce qu'il advient lorsqu'on est en présence de deux brouilleurs. Si leurs niveaux sont très différents, le dispositif élimine le brouilleur fort, à peu près comme cela a été vu pour le brouilleur unique, précédemment. Plus généralement, il a été observé qu'en moyenne, le brouilleur le plus puissant est ramené au niveau du plus faible. Dans certaines applications, on peut souhaiter aller plus loin. On décrira maintenant brièvement, en référence à la figure 2, comment cela peut être obtenu. Sur la figure 2, les symboles bS et bA désignent respectivement les sorties de la voie principale et de la voie auxiliaire de la figure 1, pour une porte distance et un filtre Doppler donné. On retrouve le module 5, qui établit les gains relatifs entre les deux voies, pour le brouilleur le plus fort. La différence avec la figure 1 réside en ce que ce calcul est fait après un autre traitement sur lequel on reviendra plus loin. Le signal de la voie auxiliaire, pondéré à chaque fois par le gain en question, est appliqué au comparateur 172 pour soustraction du signal de la voie principale. Le second brouilleur est traité à l'aide d'une troisième voie de réception, qui est identique aux deux autres, et utilise une autre source d'informations (dans l'espace). Cette autre source réside en une troisième antenne. I1 s'est avéré possible d'utiliser l'une des autres voies de l'antenne principale, en particulier l'une des voies différence de celle-ci. La troisième voie est donc notée voie D. Les gains de la voie principale S et de cette voie D par rapport à la voie auxiliaire dans la direction des deux brouilleurs sont notés respectivement GS et GS' d'une part, GD et GD' d'autre part, la voie auxiliaire servant toujours de référence de gain unité. A partir d'un sous-ensemble des portes distance et des filtres Doppler, sous-ensemble qui peut être le même que pour le brouilleur le plus fort, on détermine les gains relatifs de la voie principale S et de la voie auxiliaire vis-à-vis de la voie différence. Cela s'effectue dans deux modules 51 et 52, qui ont la même structure de base que le module 5 déjà mentionné. Le gain moyen établi par le module 51 sert à pondérer la sortie bD de la voie différence pour l'appliquer en soustraction à un comparateur 81 sur la chaîne de traitement principale. Le gain du module 52 sert à pondérer aussi la sortie bD de la voie différence pour l'appliquer en soustraction à un comparateur 182 situé sur le trajet du signal ba de la voie auxiliaire. Et ce sont les sorties des comparateurs 181 et 182 qui servent d'une part à établir le gain du module 5, pour la soustraction finale dans le comparateur 172 du signal pondéré issu de la voie auxiliaire à celui de la voie principale, déjà corrigé une première fois. En d'autres termes, on applique une première fois le procédé de neutrodynage de l'invention pour éliminer le brouilleur fort. Au moyen de la troisième voie de réception, qui est ici la voie différence, on applique une seconde fois le procédé de l'invention pour éliminer le brouilleur faible. On peut ainsi réduire fortement les perturbations créées par deux brouilleurs, même s'ils ont des niveaux différents. Un autre avantage peut être tiré de l'usage de la voie différence comme troisième voie : la forme particulière du diagramme de rayonnement de cette voie différence apparaît autoriser l'annulation de brouilleurs situés en bordure du lobe principal de la voie somme. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits. Elle s'étend à toute variante incluse dans le cadre des revendications ci-après. Revendications. 1. Dispositif radar Doppler à impulsions, comprenant des moyens d'émission, une antenne principale, couplée à une chaîne de réception principale, avec commande automatique de gain en tête, et avec des moyens de traitement numérique distance/doppler, caractérisé en ce qu'il comporte une seconde antenne couplée à une seconde chalne de réception identique à la chaîne de réception principale, des moyens qui réagissent à la présence d'un brouilleur en déterminant le gain de l'antenne principale relativement à la seconde antenne, pour un sous-ensemble choisi des portes distance et des filtres Doppler des deux chaînes de réception, et des moyens de neutrodynage, propres à soustraire, pour chaque porte distance et chaque filtre Doppler, la sortie de la seconde chaîne de réception, pondérée par ledit gain relatif, de celle de la voie de réception principale. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde antenne possède un gain supérieur à celui de la première, au moins lors de la direction principale de celle-ci. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la seconde antenne est sensiblement omnidirectionnelle. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le sous-ensemble est choisi pour éliminer le fouillis, en particulier le retour d'altitude et l'écho principal de sol. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, carac térisé en ce qu'il comporte une troisième chaîne de réception, couplée à une autre antenne, identique à la chaîne de réception principale, des moyens qui réagissent à la présence d'un autre brouilleur en déterminant les gains de l'antenne principale et de la seconde antenne relativement à cette autre antenne, pour un sous-ensemble choisi des portes distance et des filtres Doppler des chaînes de réception, et d'autres moyens de neutrodynage, propres à soustraire, pour chaque porte distance et chaque filtre Doppler, la sortie de la troisième chaîne de réception, pondérée par lesdits gains relatifs, respectivement de celles de la voie de réception principale et de la seconde voie de réception. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite autre antenne est constituée de la voie différence de l'antenne principale.