Brevet FR2770647A1 — publié le 19990507

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour déterminer un angle latéral et/ou azimut d'un objectif radar par rapport à un système de référence en uti- lisant un système radar à plusieurs faisceaux selon lequel5 les signaux d'échos de chaque objectif radar sont reçus par au moins deux faisceaux, procédé selon lequel: - on normalise l'amplitude d'un signal d'échos reçu dans cha- que faisceau de réception, - pour chaque faisceau de réception, on compare l'amplitude normalisée avec des valeurs de diagramme normalisées, mises en mémoire, d'un diagramme d'antenne du faisceau de récep- tion, - on combine les résultats de la comparaison d'au moins deux faisceaux de réception pour donner une grandeur d'exploitation dépendant de l'angle, et - comme angle de l'objectif radar, on définit l'angle dont la grandeur d'exploitation, dépendant de l'angle satisfait à un critère minimum ou maximum. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé et ainsi un système de radar à plusieurs faisceaux appliquant le procédé pour déterminer l'angle d'azimut et/ou d'élévation. Etat de la technique La détermination d'un angle (azimut et/ou éléva- tion) font partie depuis longtemps des problèmes de base de nombreux systèmes de radar. On connaît ainsi de nombreux pro- cédés pour de telles déterminations d'angle. De manière géné- rale, on distingue deux types. Le premier type de procédé consiste à basculer le lobe de l'antenne d'émission et de ré- ception du système radar, mécaniquement ou électroniquement dans le plan de l'angle cherché. A partir de la position du lobe de l'antenne à l'instant de la réception d'un signal d'échos on peut déterminer la position ou l'angle de l'objectif radar détecté. Le second type de procédé consiste à recevoir les échos radar de l'objectif radar à détecter par plusieurs lobes d'antenne dans un système de radar à fais- ceaux multiples et de déterminer la position angulaire de l'objectif radar par l'exploitation des signaux d'échos des différents lobes d'antenne. Un exemple connu de ce deuxième type de procédé est le procédé monoimpulsionnel. On reçoit les signaux d'échos, simultanément par deux lobes d'antenne et on déter- mine l'angle de l'objectif à l'aide d'une différence d'amplitude et/ou de phase des signaux d'échos reçus par les deux lobes d'antenne. Le document EP 0 766 100 Ai, décrit par exemple un système de radar avec une telle exploitation10 d'angle. Le document US 4 320 400 décrit également un dispo- sitif pour déterminer l'angle d'incidence des signaux radar reçus; dans ce cas, on détermine l'angle d'incidence par comparaison d'amplitude et de phase des signaux radar reçus par plusieurs antennes. Un autre procédé que ceux décrits dans ces docu- ments et qui correspond néanmoins au second type est celui décrit dans le document WO 97/20229. Selon ce document, on utilise un système radar notamment dans des véhicules automo- biles qui détermine l'angle dans lequel se trouve la cible radar à détecter, avec le signal d'échos de la cible radar reçue par au moins deux canaux de réception; on normalise les amplitudes et on les compare à des valeurs normalisées, mises en mémoire d'un diagramme d'antenne à deux voies du système radar. L'avantage important de ce procédé par rapport aux procédés évoqués ci-dessus est de ne pas nécessiter de lobes d'antenne qui soient exactement symétriques car la com- paraison des signaux reçus ne se fait pas entre ces signaux, mais avec des valeurs de référence mises en mémoire. Cela ré- duit les moyens à mettre en oeuvre et ainsi le coût de fabri- cation d'un tel système radar. On a toutefois constaté que pour les positions angulaires pour lesquelles dans le dia- gramme d'antenne des éléments de réception, on rencontre des points zéro, on ne peut éviter que la détermination de l'angle puisse avoir plusieurs significations sauf si on met en oeuvre des moyens supplémentaires. Ces moyens supplémen- taires consistent à " déformer " le diagramme d'antenne pour diminuer l'importance des points zéro. Mais cela correspond nécessairement à un gain d'antenne globalement réduit. Problème, solution et avantages de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé et un système radar appliquant ce procédé, permettant une meilleure exploitation d'angle, et remédiant aux inconvé-5 nients rappelés ci-dessus. A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que, dans la gran- deur d'exploitation dépendant de l'angle, on intègre en outre une phase d'au moins l'un des deux signaux d'échos reçus. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: - pour comparer l'amplitude normalisée d'un signal d'échos d'un faisceau de réception avec les valeurs de diagramme normalisées mises en mémoire, du diagramme d'antenne du faisceau de réception, on forme des premières fonctions de différence et, - pour former la grandeur d'exploitation dépendant de l'angle, on additionne les premières fonctions de diffé- rence d'au moins deux faisceaux de réception, - on détermine une différence de phase, entre les signaux d'échos d'au moins deux faisceaux de réception, - on compare la différence de phase déterminée à des valeurs de différence de phase mises en mémoire, dépendant de l'angle au moins des deux faisceaux de réception, et - on introduit cet autre résultat de comparaison dans la grandeur d'exploitation dépendant de l'angle, - pour comparer la différence de phase déterminée aux valeurs de différence de phase mises en mémoire on forme une se- conde fonction de différence, - on pondère cette seconde fonction de différence avec un coefficient d'amplitude, et - on additionne la seconde fonction de différence pondérée à la somme des premières fonctions de différence d'au moins deux faisceaux reçus, - pour la normalisation des signaux d'échos reçus et des va- leurs de diagramme mises en mémoire du diagramme d'antenne, on utilise des valeurs complexes des signaux qui contien- nent en plus de l'amplitude, également la phase des signaux d'échos reçus ou des valeurs de diagramme mises en mémoire. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, comprenant: - des moyens de réception de signaux d'échos pour recevoir des signaux d'échos par au moins deux faisceaux de récep- tion, - des moyens de normalisation pour normaliser les signaux d'échos reçus, - des premiers moyens de mémoire pour mettre en mémoire les valeurs de diagramme normalisées des diagrammes d'antenne d'au moins deux faisceaux de réception, -des premiers moyens pour former une fonction de différence entre les signaux d'échos reçus, normalisés et les valeurs de diagramme normalisées mises en mémoire d'au moins deux faisceaux de réception, -des moyens pour former une grandeur d'exploitation à l'aide d'au moins deux fonctions de différence et, - des moyens pour déterminer la valeur minimale de la gran- deur d'exploitation. Ce dispositif est caractérisé en ce que les moyens pour former la grandeur d'exploitation reçoivent une grandeur représentative de la phase des signaux d'échos re- çus. L'avantage de l'invention par rapport au procédé décrit dans le document WO 97/20229, est d'améliorer de ma- nière significative la précision de la détermination de la position angulaire d'un objectif ou cible radar à détecter. De plus, il n'est pas nécessaire de déformer le diagramme de l'antenne pour éviter le risque d'interprétations multiples au niveau des points zéro du diagramme d'antenne. En même temps, le procédé selon l'invention est très simple et sur- tout très peu coûteux à mettre en oeuvre car le besoin sup- plémentaire en emplacements de mémoire et en moyens de calcul est très faible. Par rapport au procédé mono-impulsionnel connu, l'avantage du système radar selon l'invention est que pour une même résolution angulaire on dispose d'une plage d'observation plus grande, car dans le procédé selon l'inven- tion, contrairement au procédé mono-impulsionnel, on peut ex- ploiter en principe un nombre quelconque de faisceaux de ré- ception. Néanmoins, la réception permet une exploitation simultanée de tous les faisceaux de réception. Cela offre un avantage considérable par rapport aux systèmes radar connus à faisceaux de réception mis en oeuvre séparément et basculés électroniquement, car les problèmes de cohérence pour l'exploitation de l'information de phase sont réduits consi- dérablement. Description des exemples de réalisation La présente invention sera décrite de manière plus détaillée à l'aide de deux exemples de réalisation re- présentés schématiquement dans les dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 montre un schéma par blocs d'un système radar à trois faisceaux, connu selon le document WO 97.20229, - la figure 2 montre un ordinogramme d'un premier exemple de réalisation du procédé de l'invention, - la figure 3 montre un ordinogramme d'un second exemple de réalisation du procédé de l'invention. Selon la figure 1, on a trois éléments émet- teurs/récepteurs 3, 4, 5 avec trois anneaux " Dual-Ratrace " (DR) 7, 8, 9. Ces anneaux combinent le rôle d'un mélangeur de réception à celui d'un aiguillage d'émission/réception ou d'un circulateur et leur fonctionnement et leur structure sont décrits de manière détaillée par exemple dans le docu- ment GB 22 90 000. De plus, chaque anneau DR 7, 8, 9 reçoit le signal de sortie d'un oscillateur 6 commandé en tension. Le signal de sortie de chacun des trois anneaux 7, 8, 9 est appliqué par les amplificateurs 10, 11, 12 et les filtres 13, 14, 15 à un convertisseur analogique/numérique 16, 17, 18 respectif. La sortie de ces convertisseurs est reliée à un calculateur d'exploitation 19. La référence 1 désigne un ob- jectif radar à détecter qui réfléchit un front d'onde sous un angle a par rapport à l'axe optique 2 du système radar vers les éléments émission/réception 3, 4, 5. La figure 2 montre un ordinogramme du procédé se- lon l'invention. Il se construit selon le procédé décrit dans le document WO 97/20229. Le bloc 21, dans la zone de mémoire du calculateur d'exploitation 19, a enregistré des valeurs de diagramme normées nDk(a) des diagrammes d'antenne de (k) faisceaux de réception du système radar en fonction de l'indice angulaire (a). Pour le système radar de la figure 1, (k) est par exemple égal à 3. L'invention peut également s'appliquer à un système radar à deux ou plus de trois fais- ceaux de réception. Selon l'étape 22, on reçoit les signaux d'échos Ek réfléchis par l'objectif radar à détecter 1, par un total de (k) faisceaux de réception. Dans l'étape 23, on normalise l'amplitude des signaux d'échos reçus Ek de la même manière que les valeurs de diagramme nDk(a) ont été normali- sées et enregistrées selon l'étape 21. Pour chaque faisceau de réception (k), on obtient ainsi une valeur d'amplitude normalisée nEk. La normalisation se fait ici de préférence selon une norme additive comme celle décrite par exemple dans le document WO 97/20229. Selon l'étape 24, on compare les am- plitudes normalisées nEk des signaux d'échos reçus Ek aux va- leurs de diagramme normalisées mises en mémoire nDk(a). Cela se fait de préférence en formant pour chaque faisceau reçu (k), les premières fonctions de différences Bk(a) entre l'amplitude normalisée nEk du signal d'échos de ce faisceau de réception et les valeurs de diagramme normalisées mises en mémoire nDk(a) du diagramme d'antenne du faisceau de récep- tion. Dans l'étape 25, on détermine selon l'invention en plus une différence de phase Pkl entre les signaux d'échos reçus Ek provenant d'au moins deux faisceaux de réception k et 1. En variante, on peut également former plusieurs différences de phase pkl par exemple entre le premier et le second ou le second et le troisième et le premier et le troisième faisceau de réception. Dans l'étape 20, selon l'invention, on enregistre des valeurs de différence de phase pkl(a) en fonction de l'indice angulaire (a) dans une autre zone de mémoire du cal- culateur d'exploitation 19 comme valeurs de référence ou de comparaison. Dans l'étape 26, on compare la ou les différen- ces de phase Pkl avec les valeurs de différence de phase mi- ses en mémoire pkl(a). Cela se fait de préférence en formant une seconde fonction de différence P(a) et à partir de la différence de phase déterminée 9kl entre les signaux d'échos d'au moins deux faisceaux de réception k, 1 et les valeurs de différence de phase mises en mémoire qkl(a). En plus, cette autre fonction de différence P(a) est pondérée par un coefficient d'amplitude A. Comme coefficient d'amplitude A on utilise de préférence une somme des amplitudes normalisées nEk et nE1 des faisceaux de réception k et 1 avec lesquels on forme la différence de phase Pkl- Si la différence de phase (Pkl est formée entre le premier et le troisième faisceau de réception comme dans un premier exemple de réalisation de l'invention, on choisit avantageusement comme coefficient d'amplification A, la somme (nE1 + nE3). Par cette pondéra- tion, on copie la seconde fonction de différence P(a) corres- pondant à une comparaison de phase en une grandeur comparable aux premières fonctions de différence reposant sur une compa- raison d'amplitude. Selon l'étape 27, on combine les résultats de la comparaison d'amplitude selon l'étape 24 d'au moins deux faisceaux de réception et le résultat de comparaison selon l'étape 26. Cela consiste de préférence à former une grandeur d'exploitation S(a) dépendant de l'angle, par addition d'au moins deux des premières et secondes fonctions de différence. De manière avantageuse, on forme la grandeur d'exploitation S(a) dépendant de l'angle toutefois pour toutes les fonctions de différence selon l'étape (24) pour tous les (k) faisceaux de réception et on forme la seconde fonction de différence selon l'étape 26. Dans l'étape 28, on définit comme angle a de l'objectif radar, l'angle ou l'indice angulaire (a) dont la grandeur d'exploitation S(a) dépendant de l'angle satis- fait à un critère minimum ou maximum. De préférence, on prend comme angle probable de l'objectif radar, l'angle pour lequel la grandeur d'exploitation S(a) formée selon l'étape 27 prend une valeur minimale. La figure 3 montre une variante de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention. Contrairement au premier exemple de réalisation, on tient compte ici de la phase des signaux d'échos reçus par une nouvelle normalisa- tion selon l'invention et on l'exploite. Cet exemple de réa- lisation présente de ce fait l'avantage supplémentaire de ne5 pas avoir à mettre en mémoire en plus, les valeurs de diffé- rence de phase 9kl(a). La normalisation nouvelle selon l'invention se fait de préférence avec une norme additive en utilisant toutefois des valeurs complexes de signal contenant à la fois une amplitude et une phase. Une norme possible, particulièrement appropriée pour un système radar à trois faisceaux, est par exemple la suivante: |1- ml | -1 |+ 1|m | + |r | 1 m r N2 = +|mi+r N3 = N, -1 r - 1 fi1+ m l+ lrI Dans ces relations: N1, N2, N3 valeurs normalisées du signal ou du diagramme, 1 valeur complexe du signal ou du diagramme prove- nant du faisceau de réception gauche. m valeur complexe du signal ou du diagramme prove- nant du faisceau de réception central, r Valeur complexe du signal ou du diagramme prove- nant du faisceau de réception droit I. I développement de la valeur de signal ou de dia- gramme complexe. En combinant des valeurs de signal ou de dia- gramme complexe provenant de plusieurs faisceaux de réception dans le compteur de cette normalisation, on supprime pour les valeurs normalisées N1, N2, N3, l'association directe des va- leurs à un faisceau unique de réception. Mais cela n'entraîne aucun inconvénient car on ne perd aucune information. Dans la normalisation suivante également possible, on a toutefois de nouveau une association biunivoque: l+ m +r Nm= 1 + m + r 1r' Nr = l + m +r1 La signification des variables correspond aux dé- finissions déjà données ci-dessus. Un avantage des deux nor- malisations présentées est que malgré une application à des valeurs complexes de signal on aboutit à des valeurs normali- sées, réelles. Il est toutefois évident que l'on peut égale- ment prévoir des normalisations pour lesquelles les valeurs normalisées sont complexes. Le procédé préférentiel de l'invention représenté à la figure 3 utilise de préférence la première des deux nor- malisations présentées. Les valeurs de diagramme normalisées par normalisation complexe des diagrammes d'antenne des (k) faisceaux de réception sont désignés ici par la référence knDk(a) et sont enregistrés selon l'étape 30 dans une zone de mémoire du calculateur d'exploitation 19. Dans l'étape 31, on reçoit les signaux d'échos dans chacun des (k) faisceaux de réception. Chacun des signaux d'échos reçus est soumis à la même normalisation selon l'étape 32 comme signal d'écho, com- plexe avec amplitude et phase, comme cela été fait pour les valeurs de diagramme mises en mémoire knDk(a). Pour chaque faisceau de réception (k) on obtient ainsi dans l'étape 32 un signal d'échos normalisé, complexe knEk. Puis, dans l'étape 33, comme dans l'étape 24 de la figure 2, on compare les si- gnaux d'échos normalisés à des valeurs de diagramme dépendant de l'angle et mises en mémoire. La comparaison consiste de préférence à former une fonction de différence Bk(a). Con- trairement à l'exemple de réalisation de la figure 2, la fonction de différence Bk(a) contient ici également une in-5 formation de phase des signaux d'échos reçus du fait de la normalisation complexe. Selon l'étape 34, on forme de nouveau une gran- deur d'exploitation S(a), dépendant de l'angle permettant de combiner les résultats de combinaison d'au moins deux et de10 préférence trois de (k) faisceaux de réception. Selon l'étape , de façon analogue à l'étape 28, on détermine l'angle pro- bable d'un objectif radar à détecter. l! REVENDICATIONS REV E N D I C A T I O N S 1 ) Procédé pour déterminer un angle latéral et/ou azimut (a) d'un objectif radar par rapport à un système de réfé- rence en utilisant un système radar à plusieurs faisceaux se- lon lequel les signaux d'échos de chaque objectif radar sont reçus par au moins deux faisceaux (22), procédé selon lequel, - on normalise (23, 32) l'amplitude d'un signal d'échos reçu dans chaque faisceau de réception, pour chaque faisceau de réception, on compare l'amplitude normalisée (nEk, knEk) avec des valeurs de diagramme norma- lisées, mises en mémoire (nDk(a), knDk(a)), d'un diagramme d'antenne du faisceau de réception, - on combine (27, 34) les résultats de la comparaison d'au moins deux faisceaux de réception pour donner une grandeur d'exploitation (S(a)) dépendant de l'angle, et - comme angle de l'objectif radar, on définit l'angle dont la grandeur d'exploitation (S(a)), dépendant de l'angle satis- fait à un critère minimum ou maximum (28, 35), caractérisé en ce que dans la grandeur d'exploitation (S(a)) dépendant de l'angle, on intègre en outre une phase d'au moins l'un des deux si- gnaux d'échos reçus (25-27; 32-34). 2 0) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que - pour comparer l'amplitude normalisée (nEk, knEk) d'un si- gnal d'échos d'un faisceau de réception avec les valeurs de diagramme normalisées (nDk(a), knDk(a)) mises en mémoire, du diagramme d'antenne du faisceau de réception, on forme des premières fonctions de différence (Bk(a)) (23, 33) et, - pour former la grandeur d'exploitation dépendant de l'angle (S(a)), on additionne (27, 34) les premières fonctions de différence (Bk(a)) d'au moins deux faisceaux de réception. 3 0) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu' - on détermine une différence de phase (skl) (25), entre les signaux d'échos d'au moins deux faisceaux de réception, - on compare la différence de phase déterminée (Pkl) à des valeurs de différence de phase (Dkl(a)) mises en mémoire, dépendant de l'angle au moins des deux faisceaux de réception et - on introduit (27) cet autre résultat de comparaison dans la grandeur d'exploitation (S(a)) dépendant de l'angle. 4 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que - pour comparer la différence de phase déterminée (Pkl) aux valeurs de différence de phase (kl(a)) mises en mémoire on forme une seconde fonction de différence (P(a)), - on pondère cette seconde fonction de différence (P(a)) avec un coefficient d'amplitude (A), et - on additionne la seconde fonction de différence pondérée (P(a)) à) la somme des premières fonctions de différence d'au moins deux faisceaux reçus. ) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que pour la normalisation (21, 32) des signaux d'échos reçus et des valeurs de diagramme mises en mémoire du diagramme d'antenne, on utilise des valeurs complexes des signaux qui contiennent en plus de l'amplitude, également la phase des signaux d'échos reçus ou des valeurs de diagramme mises en mémoire. 6 ) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la re- vendication 1, comprenant: - des moyens de réception de signaux d'échos pour recevoir des signaux d'échos par au moins deux faisceaux de récep- tion, - des moyens de normalisation pour normaliser les signaux d'échos reçus, - des premiers moyens de mémoire pour mettre en mémoire les valeurs de diagramme normalisées des diagrammes d'antenne d'au moins deux faisceaux de réception, - des premiers moyens pour former une fonction de différence entre les signaux d'échos reçus, normalisés et les valeurs de diagramme normalisées mises en mémoire d'au moins deux faisceaux de réception, - des moyens pour former une grandeur d'exploitation à l'aide d'au moins deux fonctions de différence et, - des moyens pour déterminer la valeur minimale de la gran- deur d'exploitation, caractérisé en ce que les moyens pour former la grandeur d'exploitation reçoivent une grandeur représentative de la phase des signaux d'échos15 reçus.