Brevet FR2768505A1 — publié le 19990319

L'invention concerne une fusée de proximité pour projec- tiles, missiles ou autres engins volants utilisables aussi contre des objectifs volant très bas et très lentement ou contre des objectifs fixes ou mobiles au sol, qui opère selon le principe du radar à effet5 Doppler A ondes entretenues et élabore son signal de mise à feu à partir de l'information Doppler. Les fusées conventionnelles de ce type présentent un rapport assez faible entre la probabilité de détection de but et le taux de fausse alarme en raison de la suppression nécessaire de10 signaux de clutter (principalement des signaux d'échos du sol). I1 est connu, non seulement de préajuster un seuil de réponse qui correspond au niveau de clutter prévu, respectivement aux fréquences de clutter prévues, mais aussi de faire varier ce seuil de façon automatique proportionnellement au niveau de parasites momentané. Cependant, avec15 les fusées de proximité connues jusqu'à présent, la probabilité de détection de cible n'est pas satisfaisante, surtout lorsque la fusée reçoit des signaux de clutter proenant de formations au sol survolées de différentes natures, par exemple., successivement, de sable sec, sol humide, végétation, eau et ainsi de suite.20 L'invention vise à perfectionner une fusée de proximité comme indiqué au début par rapport à l'état de la technique, de manière que, en particulier quand elle est utilisée dans un missile ou un projectile volant à basse altitude au-dessus de la surface (du sol ou de l'eau), elle soit autant que faire se peut insensible aux parasites25 que représente le clutter et se distingue par une forte probabilité de détection de cible, même s'il s'agit d'objectifs se déplaçant très lentement ou d'objectifs fixes. Les objectifs peuvent etre des engins volants, des aéro- nefs (des hélicoptères et des avions par exemple), des véhicules terrestres, des bateaux ou autres embarcations et des objectifs fixes et analogues. Selon l'invention, une telle fusée est essentiellement caractérisée en ce que, à cOté d'un circuit d'exploitation pour l'éla- boration du signal de mise à feu, elle comporte un circuit de recon- naissance de cibles destiné A produire un signal d'autorisation de mise à feu pour le circuit d'exploitation à la reconnaissance de signaux d'écho de cible dans le fond ou arrière-plan parasitaire (de signaux de clutter par exemple), que le circuit de reconnaissance de cibles compare à cet effet, avant et pendant le vol vers la cible, d'une part, une valeur moyenne S4 des fluctuations d'ampli- tude et/ou de fréquence dans l'information Doppler dont la variation dans le temps est si fortement lissée ou atténuée qu'elle ne repré- sente à peu près que la valeur moyenne du fond parasitaire, laquelle change avec l'altitude de vol et la réflexion d'échos par les forma- tions au sol survolées, par exemple, d'autre part, une valeur moyenne S3 de ces fluctuations réduite d'un facteur m fréquence résultant de l'approche de la cible, et qu'un signal d'auto- risation de mise à feu est produit en cas de constatation de concor- dance. Un mode de réalisation avantageux de l'invention est caractérisé en ce que le canal de signal Doppler contient un premier comparateur qui laisse passer seulement les signaux Doppler dépassant un seuil d'amplitude prédéterminé, en les numérisant par limitation d'amplitude, qu'un convertisseur fréquence/tension (convertisseur NA = numérique- analogique) délivrant une tension proportionnelle à la fréquence Doppler est raccordé au premier comparateur, que le convertisseur fréquence/tension est suivi d'un premier filtre passe- bas, dont la constante de temps t1 est choisie de manière que ce pre- mier filtre forme en continu une valeur moyenne de la tension propor- tionnelle à la fréquence appliquée à lui, moyenne qui suit suffisam- ment la variation de fréquence Doppler produite à l'approche de la cible de radar - c'est-à-dire qui suit suffisamment la variation correspondante de la tension de sortie du.convertisseur fréquence/ tension -, qu'un second filtre passe-bas et un diviseur de tension avec le rapport m sont raccordés au premier filtre passe-bas, que la constante de temps '2 du second filtre passe-bas est nettement plus grande que Vl, de sorte que le second filtre lisse fortement la variation dans le temps de la moyenne S2 de tension proportionnelle à la fréquence appliquée à lui, de sorte qu'elle ne représente pratiquement pas une fonction de la variation de fréquence de cible, mais une valeur moyenne dépendant de l'amplitude et de la fréquence de l'information Doppler, que le facteur de division m du diviseur de tension est choisi de telle manière que les tensions momentanées (S3, S4)prévisibles aux sorties du diviseur de tension et du second filtre passe-bas ne peuvent pas concorder en l'absence de cible de radar - c'est-à-dire tant que les signaux d'écho reçus ne sont que des signaux de clutter - et qu'un second comparateur est prévu pour comparer en continu les tensions de sortie du diviseur de tension et du second filtre passe-bas et qui, en cas de concordance de ses tensions d'entrée, délivre un signal de reconnaissance de cible10 produisant l'autorisation de mise à feu. Un autre mode de réalisation avantageux est caractérisé en ce que le canal de signal Doppler contient un premier comparateur qui laisse passer seulement les signaux Doppler dépassant un seuil d'amplitude prédéterminé, en les numérisant par limitation d'ampli- tude, qu'un périodemètre numérique délivrant une grandeur correspon- dant aux périodes Doppler est raccordé au premier comparateur, que le périodemètre est suivi d'un premier filtre passebas numérique, dont la constante de temps 'l 1 est choisie de telle manière que ce premier filtre forme une valeur moyenne continue de la grandeur appliquée à lui, moyenne qui suit suffisamment la variation de fréquence Doppler produite à l'approche de la cible de radar, qu'un addeur multiple est raccordé au premier filtre, qu'un second filtre passe-bas numérique est raccordé à l'addeur et qu'un soustracteur est prévu pour comparer les valeurs de sortie des filtres passe-bas numériques et qui, en cas de concordance de ses signaux d'entrée, produit le signal d'autorisa- tion de mise à feu. Le principal avantage apporté par l'invention est l'adap- tation automatique de la fusée de proximité à ses conditions exté- rieures d'emploi, qui fait que la fusée s'ajuste chaque fois de façon optimale à la nature du sol, laquelle produit des perturbations par des échos parasites ou clutter et est caractérisée, par exemple, par la succession de sable sec, sol humide, végétation et eau, ce qui assure, après réglage du niveau de détection de cible nécessaire, la probabilité maximale de détection de cible par la fusée, proba- bilité qui croît par autocorrection avec l'altitude de vol et dimi- nution de l'amplitude des parasites de clutter du sol. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est le schéma syvnoptique de la partie nécessaire à la compréhension de l'invention d'une fusée de proximité selon un exemple de réalisation avantageux de l'invention; - la figure 2 est un schéma montrant de façon plus détaillée la constitution de la fusée selon la figure 1; - la figure 3 est un diagramme tension/temps montrant les allures de tension de S2 à S4; et - la figure 4 est le schéma synoptique partiel d'une fusée de proximité selon un exemple de réalisation de l'invention utilisant une solution purement numérique. Dans l'exemple de figure 1, pendant le vol, les signaux d'échos du sol, obtenus d'un appareil radar à effet Doppler à ondes entretenues, sont mesurés en permanence et il est formé en permanence une valeur moyenne dépendant de l'amplitude et de la fréquence du signal Doppler et d'o est élaboré le critère d'autorisation de mise à feu. La fusée de cet exemple contient une antenne émettrice/ réceptrice 1, à laquelle est raccordé un étage émetteur/récepteur 2. Dans cet étage, les signaux de réception sont mélangés avec les signaux d'émission pour obtenir l'information Doppler, laquelle est ensuite traitée de façon sélective au moyen d'un filtre 3 et d'un amplificateur 4. A l'amplificateur 4 est raccordé un premier compa- rateur 5, désigné par comp.l, qui laisse seulement passer les oscil- lations Doppler lorsqu'elles dépassent un seuil d'amplitude préfixé et qui limite en même temps l'amplitude des signaux qu'il laisse passer, de sorte que ses signaux de sortie Sl sont numérisés. Ces signaux numérisés sont appliqués, d'une part, à un circuit d'explôi- tation 6 et, d'autre part, à un bloc 7, délimité par des lignes en traits mixtes et formant un dispositif de reconnaissance de cibles. Après autorisation de la mise à feu par le bloc 7, le circuit d'exploi- tation 6 détermine, à partir de l'information Doppler proportionnelle àa la vitesse et selon la loi de mise A feu choisie - ne faisant pas partie de l'invention -, l'instant optimal de mise à feu et délivre à cet instant le signal de mise à feu à l'élément déclenchant la mise à feu, l'amorce de la fusée par exemple. Le bloc ou dispositif de reconnaissance de cibles contient, du côté de l'entrée, un convertis- seur numérique/analogique 8 (NA), qui représente un convertisseur fréquence/tension et délivre une tension proportionnelle à la fréquence Doppler à un filtre passe-bas 9 (TPI). La constante de temps -a est choisie de telle manière qu'il forme en permanence la moyenne de la tension proportionnelle à la fréquence appliquée à lui, moyenne qui suit suffisamment la variation de fréquence Doppler se produisant à l'approche de la cible de radar, c'est-à-dire qui suit suffisamment la variation correspondante de la tension de sortie du convertisseur 8; les fluctuations dans le signal de clutter sont ainsi amorties d'un facteur qui dépend des caractéristiques du filtre passe-bas. A ce premier filtre passe-bas 9 sont raccordés un second filtre passe- bas 10 (TP2) et un diviseur de tension 11 ayant le rapport de division m. La constante de temps t 2 de ce second filtre passe-bas ayant été choisie nettement plus grande que t' 1, la moyenne S2 de la tension proportionnelle à la fréquence appliquée au second filtre est fortement lissée ou atténuée quant à ses variations dans le temps, si bien que la moyenne à la sortie du second filtre ne repré- sente pratiquement pas une fonction de la variation de la fréquence de cible mais une moyenne dépendant de l'amplitude et de la fréquence de l'information Doppler. Cette moyenne change, proportionnellement à S2, lentement avec l'altitude de vol de la fusée et avec les infor- mations reçues des formations au sol survolées. Le facteur de division m du diviseur de tension 11 est choisi de telle manière que les tensions momentanées prévisibles S3 et S4 aux sorties du diviseur de tension 11 et du second filtre passe- bas 10 ne peuvent pas concorder en l'absence d'une cible de radar, c'està-dire tant que les signaux d'échos reçus ne sont que des signaux de clutter; m est de 0,8, par exemple, de sorte que S3 correspond à l'allure momentanée de S2 mais possède une amplitude qui ne représente que 0,8 fois l'amplitude de S2. La sélection de m permet de régler le taux de fausse alarme. Un second comparateur 12 (comp.2) compare en permanence les grandeurs des tensions de sortie S3 et S4 et fournit un signal de reconnaissance de cible en vue de l'autorisation de mise à feu au circuit d'exploitation 6 dès que S3 dépasse S4. En effet, à l'approche de la cible,la moyenne de tension S3 croit parce que le spectre de fréquences de cible produit un décalage vers des valeurs plus élevées de la moyenne des fréquences dans la plage supérieure du spectre des échos du sol. A la délivrance du signal d'autorisation de mise à feu, un circuit d'automaintien 13 maintient l'autorisation de mise à feu au moins pendant l'intervalle de temps allant de la reconnaissance de cible la plus tôt jusqu'à l'instant de mise à feu le plus tardif; la situation initiale est rétablie s'il n'y a pas de mise à feu dans cet intervalle de temps. Le filtre passe-bas 10 présente une autre entrée, désignée par "sécurité préalable". Elle a pour but d'éviter dans tous les cas la mise à feu dans un laps de temps préfixé commençant à l'instant de tir de la fusée. Par cette entrée, le filtre reçoit, pendant ce laps de temps, une tension qui fait que S4 prend une valeur maximale qui ne peut âtre dépassée en aucun cas par S3, de sorte que le compara- teur 12 ne peut pas délivrer le signal d'autorisation de mise à feu. A la fin de ce laps de temps de sécurité préalable, S4 reprend la valeur correspondant aux informations fournies par le radar. La figure 2 montre plus en détail la constitution du montage de la fusée représentée sur la figure 1. Le comparateur 5 est connecté à l'entrée de signal SI et le générateur de signal pour la sécurité préalable est connecté à l'entrée de signal UV; A désigne le circuit d'exploitation 6, lequel délivre son signal de mise à feu à l'élément de mise à feu 14 proprement dit, désigné par Z, si les conditions de mise à feu sont satisfaites. H représente le circuit de maintien 13, formé par exemple par un multivibrateur monostable délivrant un signa 1 de sortie inversé et un signal de sortie non inversé. Selon la figure 2, le convertisseur numérique/analogique 8 et le filtre passe-bas 9 sont constitués par un montage qui présente ici les composants suivants: transistor T1, condensateur Ci, diode D1, les résistances RI et R2 et transistor T3. +UB désigne le potentiel d'alimentation, positif par rapport à la masse, de +12 V par exemple. Le diviseur de tension 11 est formé principalement des résistances R3 et R4. Le filtre passe-bas 10 contient principalement le condensateur C2 et la résistance R5. Un amplificateur opérationnel OP est prévu comme comparateur 12. Les autres éléments du montage représenté sur la figure 2 se rapportent à la sécurité préalable électrique et au déclenche- ment de l'e:,xoi:aton de l'information Douler. Ils comorennent un transistor e_ les résis:ances R6 à R9. La figure 3 est un diagramme tension/temps qui représente les allures de tension de S2 à S4. L'intervalle de temps de la sécurité préalable commence à l'instant de tir tO et se termine à l'instant t1. Pendant cet intervalle, l'entrée de signal UV selon la figure 2 reçoit une tension continue Umax qui est appliquée d'une part par la résis- tance R6 à la base du transistor T2, ce qui rend le circuit émetteur- collecteur de ce transistor conducteur, et qui bloque d'autre part l'amplificateur opérationnel 12 par la résistance R7. La résistance R8 étant court-circuitée du fait que T2 est devenu le conducteur, le condensateur C2 est chargé exponentiellement, essentiellement par la résistance R9, jusqu'à la tension Umax, comme indiqué par la partie de courbe de S4 entre t0 et t1. Le montage en série des résistances R3 à R5 est alors branché parallèlement au condensateur C2. L'allure de tension de S3, c'est-à-dire la chute de tension sur R4 entre to et tl, est analogue et peut Etre déduite en principe du graphique de la figure 3. A l'instant tl, c'est-à-dire à la fin de la sécurité préalable, commence la décharge exponentielle du condensateur C2; à partir de ce moment, le transistor T2 n'est plus conducteur et le blocage de l'amplificateur opérationnel 12 est supprimé. La décharge de C2 s'effectue essentiellement par R5, R3 et R4; le condensateur continue à Etre chargé faiblement par les résistances R8 et R9 mais cela n'empAche pas sa décharge jusqu'à l'instant t2. A titre d'exemple, les résistances R3 à R9 peuvent avoir les grandeurs suivantes: R3 = 15 kr- Rg = 39 k. R5 = 47 k t R6= '22 knl R7 =10 k Rs 1 M z R9 56 k fl La capacité du condensateur C2 sera dans ce cas de 1 /uF. Avec ces valeurs, on obtient les constantes de temps suivantes pour les charges et les décharges: Constante de temps pour la charge: environ 36 mus Constante de temps't pour la décharge: endron 101 ms Dans ces conditions, Umax est d'environ 7,7 V et Umin est d'environ 1, 4 V. Dans cet exemple, la constante de temps VI de la combinaison de Ri et CI est d'environ 1 ms et la constante de temps 2 de la combinaison de R5 et C2 est d'environ 47 ms. Le seuil entre en action à l'instant t2; en effet, la tension momentanée à la sortie d'émetteur du transistor T3 dépasse à cet instant la tension S2 de la tension de seuil de la diode D2, de sorte que cette diode devient passante. La tension aux bornes de la résistance R4 varie suivant la courbe S3 sur la figure 3, qui, dans l'intervalle entre t2 et t3, suit simplement les fluctuations de clutter et n'est pas influencée par des oscillations de l'écho de la cible, tandis que la tension S2 suit en même temps la courbe S3, paral- lèlement à celle-ci mais à un niveau plus élevé. S4 représente la tension fortement lissée aux bornes du condensateur C2. Dès que S3 dépasse la valeur de S4, ce qui est le cas dans cet exemple à l'instant t3, le comparateur 12 constate une "détection de cible" et fournit un signal d'autorisation de mise à feu à son circuit d'automaintien 13. Ce signal arrive de la sortie Q par la diode D3 au circuit d'exploitation 6 et à l'entrée inversée du comparateur 12. Le signal de la sortie Q arrive par la diode D4 à l'entrée + de l'amplificateur opérationnel; ces signaux de Q et Q restent appliqués pendant le temps d'automaintien préfixé. La diode D4 empêche la charge du condensateur C2 par le signal d'automaintien. La diode D2 empàche une alimentation de retour de T3 par S3. A mesure que la fusée s'approche davantage de la cible, la moyenne des fréquences dans le spectre reçu se décale vers des valeurs plus élevées et l'amplitude de réception croit également, si bien que, à partir de l'instant t3, il se produit, en principe, comme représenté, une forte élévation de tension de S3. Après autorisation de la mise à feu, le circuit d'exploi- tation 6 peut traiter immédiatement l'information Doppler, selon Sl, en vue de la détermination de l'instant de mise à feu. La figure 4 montre un exemple d'une solution purement numérique pour la reconnaissance de cibles dans le sens de l'invention. g.', 2768505 Le bloc désigné par 7 sur la figure i porte ici la référence 15 en raison de sa constitution différente. Le convertisseur numérique/ analogique 8 est remplacé par un périodemètre numérique 16 et le diviseur de tension 11 est remplacé par un soustracteur multiple 17. La fonction du comparateur 12 est assurée dans l'exemple de réali- sation de la figure 4 par un soustracteur sériel 18. Les filtres passe- bas analogiques 8 et 9 sont remplacés par des filtres passe-bas 19 et 20 de type numérique. Il est avantageux d'appliquer le signal de verrouillage pour la sécurité préalable au filtre passe-bas 20 et de faire agir sur le filtre passe-bas 19 la sortie d'un composant 21 qui correspond au circuit d'automaintien 13. REVENDIG\TIONS 1. Fusée de proximité pour projectiles, missiles ou autres engins volants utilisables aussi contre des objectifs volant très bas et très lentement ou contre des objectifs fixes ou mobiles au sol, qui opère selon le principe du radar à effet Doppler à ondes entretenues et élabore son signal de mise à feu à partir de l'infor- mation Doppler, caractériséeen ce que, à cOté dtn circuit d'exploi- tation (6)pour l'élaboration du signal de mise à feu, elle comporte un circuit de reconnaissance de cibles (7) destiné à produire un signal d'autorisation de mise à feu pour le circuit d'exploitation à la reconnaissance de signaux d'écho de cible dans le fond ou arrière-plan parasitaire (de signaux de clutter par exemple), que le circuit de reconnaissance de cibles compare à cet effet, avant et pendant le vol vers la cible, d'une part, une valeur moyenne S4 des fluctuations d'amplitude et/ou de fréquence dans l'information Doppler dont la variation dans le temps est si fortement lissée ou atténuée qu'elle ne représente à peu près que la valeur moyenne du fond parasitaire, laquelle change avec l'altitude de vol et la réflexion d'échos par les formations au sol survolées, par exemple, d'autre part, une valeur moyenne S3 de ces fluctuations réduite d'un facteur m qu'un signal d'autorisation de mise à feu est produit en cas de consta- tation de concordance. 2. Fusée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le canai de signal Doppler contient un premier comparateur (5) qui laisse passer seulement les signaux Doppler dépassant un seuil d'amplitude prédéterminé, en les numérisant par limitation d'amplitude, qu'un convertisseur fréquence/tension (convertisseur NA = numérique/analo- gique (8)) délivrant une tension proportionnelle à la fréquence Doppler est raccordé au premier comparateur, que le convertisseur fréquence/tension est suivi d'un premier filtre passe-bas (9), dont la constante de temps '1 est choisie de telle manière que ce premier filtre forme une valeur moyenne continue de la tension proportionnelle à la fréquence appliquée à lui, moyenne qui suit suffisamment la variation de fréquence Doppler produite à l'approche de la cible de radar - c'est-t-dire qui suit suffisamment la variation correspon- dante de la tension de sortie du convertisseur fréquence/tension -, qu'un second filtre passe-bas(TP1) et un diviseur de tension sont raccordés au premier filtre passe-bas, que la constante de temps '2 du second filtre passe-bas est nettement plus grande que 'tl, de sorte que le second filtre lisse fortement la variation dans le temps de la moyenne S2 de tension proportionnelle à la fréquence appliquée à lui, de sorte qu'elle ne représente pratiquement pas une fonction de la variation de fréquence de cible mais une valeur moyenne dépendant de l'amplitude et de la fréquence de l'information Doppler, que le facteur de division m du diviseur de tension est chosi de telle manière que les tensions momentanées (S3, S4) prévisibles aux sorties du diviseur de tension et du second filtre passe-bas ne peuvent pas concorder en l'absence de cible de radar c'est-à-dire tant que les signaux d'écho reçus ne sont que des signaux de clutter - et qu'un second comparateur (comp.2) est prévu pour comparer en continu les tensions de sortie du diviseur de tension et du second filtre passe-bas et qui, en cas de concordance de ses tensions d'entrée, délivre un signal de reconnaissance de cible produisant l'autorisation de mise à feu. 3. Fusée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le canal de signal Doppler contient un premier comparateur (5) qui laisse passer seulement les signaux Doppler dépassant un seuil dàmpli- tude prédéterminé, en les numérisant par limitation d'amplitude, qu'un périodemètre numérique (16) délivrant une grandeur correspondant aux périodes Doppler est raccordé au premier comparateur, que le période- mètre est suivi d'un premier filtre passe-bas numérique (19), dont la constante de temps V1 est choisie de telle manière que ce premier filtre forme une valeur moyenne continue de la grandeur appliquée A lui, moyenne qui suit suffisamment la variation de fréquence Doppler produite à l'approche de la cible de radar, qu'un addeur multiple (17) est raccordé au premier filtre (19), qu'un second filtre passe-bas numérique (20) est raccordé à l'addeur et qu'un soustracteur est prévu pour comparer les valeurs de sortie des filtres passe-bas numériques (19, 20) et qui, en cas de concordance de ses signaux d'entrée, produit le signal d'autorisation de mise à feu. 4. Fusée selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'une reconnaissance de cible déclenche la ferme- ture d'un circuit de maintien (13) pendant un intervalle de temps de mise à feu, circuit qui est remis à l'état de départ après une durée prédéterminée et qui rétablit alors la situation initiale.