Brevet FR2778466A1 — publié le 19991112

La présente invention se rapporte à un radar à impulsions à balayage entrelacé et traitement adaptatif. Ainsi qu'il est connu, dans le domaine du radar, certaines applications nécessitent de mettre en oeuvre des traitements particuliers pour améliorer les capacités de discrimination angulaire d'une antenne radar. C'est notamment le cas pour la poursuite à très basse altitude à partir d'un radar surface-air et pour la détection de cibles lentes en présence de fouillis à partir d'un radar aéroporté. Dans le premier cas, le radar est soumis simultanément aux échos reçus directement de la cible et à ceux réfléchis par le sol. Ces échos proviennent ainsi de directions très voisines. La résolution angulaire normale de l'antenne ne permet généralement pas de les séparer et la mesure d'altitude de la cible est donc faussée. Dans le deuxième cas, pour détecter les cibles lentes à partir d'un radar aéroporté, l'élargissement Doppler du fouillis dû à l'avancement du porteur rend nécessaire un traitement spatio-temporel permettant de séparer en angle et en fréquence Doppler les échos de cible des échos de fouillis. Un moyen connu pour améliorer la résolution angulaire consiste à remplacer l'antenne de réception unique par un réseau d'antennes (ou de sous-réseaux), chacune munie d'une voie de réception indépendante, et à effectuer une formation de faisceaux par le calcul (FFC) adaptative en réception par sommation cohérente des signaux issus de ces voies. Différents algorithmes sont connus pour réaliser cette sommation pondérée à partir des coefficients de corrélation mesurés entre les signaux des différentes voies de réception. Le brevet français 91 15643 déposé par la demanderesse le 17 Décembre 1991 décrit ainsi un traitement appliqué à un réseau d'antennes régulier tandis que le brevet français 93 15737 déposé le 28 Décembre 1993 par la demanderesse concerne un traitement du même type appliqué à des sous-réseaux irréguliers. Bien que ces procédés soient efficaces, ils ne sont que rarement utilisés en raison des coûts plus élevés dus à la présence de nombreuses voies de réception simultanée et de la nécessité d'appairer ces voies pour obtenir un bon diagramme de réception. Ces solutions avec FFC sont donc coûteuses. Un objet de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en prévoyant un radar avec une antenne à balayage électronique, à une seule voie de réception, tout en utilisant un traitement adaptatif conservant une excellente efficacité. Un autre objet de l'invention est donc un radar permettant de commuter rapidement, d'impulsion à impulsion, d'une direction à une autre pour obtenir un balayage entrelacé et une émission quasi-simultanée de rafales cohérentes dans différentes directions, et bénéficiant d'un traitement, adaptatif améliorant la résolution angulaire ou angle-Doppler. Selon l'invention, il est donc prévu un radar à impulsions à balayage entrelacé et traitement adaptatif comportant une antenne à balayage électronique, des moyens d'émission de rafales d'impulsions à une fréquence déterminée, des moyens de pointage de ladite antenne dans une direction angulaire quelconque, des moyens de réception des signaux reçus par l'antenne, des moyens de démodulation et de conversion analogique- numérique pour fournir des échantillons des signaux reçus pour chaque rafale, chaque direction et chaque porte en distance, et des moyens de traitement desdits échantillons, ledit radar étant caractérisé en ce que lesdits moyens de pointage sont commandés pour balayer successivement, sensiblement d'impulsion à impulsion, les diverses directions angulaires du secteur surveillé au cours d'une rafale de N impulsions, et en ce que lesdits moyens de traitement sont prévus pour effectuer un traitement adaptatif des signaux reçus incluant une compensation de la nonsimultanéité des observations du radar dans les diverses directions. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints o: - les figures 1 et 2 illustrent le mode de fonctionnement multifaisceau du radar selon l'invention; et - la figure 3 est un schéma d'un radar selon l'invention. Comme on l'a déjà précisé ci-dessus, I'invention consiste en la combinaison d'un balayage électronique rapide, par exemple d'impulsion à impulsion, à fréquence d'émission fixe et d'un traitement adaptatif permettant d'améliorer la résolution angulaire ou angle-Doppler tout en compensant la non-simultanéité de l'observation des différentes directions. La figure 1 illustre le cas volontairement simplifié de seulement deux directions 01 et 02 commutées d'impulsion à impulsion. On peut constater que la fréquence de récurrence dans une direction donnée est égale à Fr/2 si Fr est la fréquence de répétition des impulsions sans distinction de direction. Dans le cas de N directions la fréquence de récurrence serait Fr IN pour les rafales de N impulsions qui sont telles que l'on arrive à un balayage entrelacé couvrant de façon quasi- simultanée les N directions. On peut constater que l'effet multifaisceau quasi-simultané est lo acquis au prix d'une réduction de la fréquence de récurrence du radar dans chaque direction, donc d'une ambiguïté vitesse plus importante. Ce type de balayage entrelacé est évidemment possible grâce au fait que l'on sait réaliser un balayage électronique à commutation rapide, à base de déphaseurs à diodes par exemple. La figure 2 est une représentation du diagramme à deux faisceaux du radar Ra dans les deux directions el et 02. La figure 3 représente schématiquement un radar selon l'invention avec son traitement adaptatif. Ce radar comprend une antenne à balayage électronique comportant classiquement une série d'éléments rayonnants 10 alimentés par un distributeur 12 à travers des déphaseurs 11 commandables par un pointeur 13. La sortie voie somme X du distributeur est reliée à un circulateur 15 dont un accès est relié à un émetteur 14 d'impulsions synchronisé par un signal de synchronisation Sy. Le troisième accès du circulateur est relié à une voie de réception qui effectue les amplifications et changements de fréquence classiques. Le signal reçu est alors envoyé à un convertisseur analogique-numérique 21 qui effectue un échantillonnage avec une période Te, suivi d'un circuit de démodulation amplitude-phase 22 fournissant les composantes I et Q de chaque échantillon complexe. Ces échantillons sont stockés dans une mémoire 23 pour chaque rafale ou récurrence de rang k, chaque direction e, et chaque porte en distance mTe o m est le rang de la porte. Cette mémoire stocke la totalité des échantillons correspondant à r + 1 rafales d'un cycle, pour permettre le traitement pendant I'enregistrement des échantillons du cycle suivant. Le traitement qui est ensuite appliqué consiste à faire une sommation pondérée des échantillons reçus des différentes directions, la pondération étant déduite de la mesure des corrélations existant entre les réceptions dans les différentes directions. Le vecteur des pondérations à appliquer est classiquement de la forme: Rs(9) sT(O)R- 4o) o R est la matrice de corrélation entre les signaux reçus des différentes directions de pointage, s(0) est un vecteur réplique constitué des N signaux que l'on recevrait, en l'absence de bruit, d'une cible située dans la direction 0, pour les N différents pointages de l'antenne à balayage, et T symbolise la transposition du vecteur. s(0) est donc constitué par la suite d'échantillons du diagramme d'antenne pour la direction (0). Dans le cas du balayage entrelacé, les observations dans les différentes directions ne sont pas simultanées. Selon l'invention, on effectue une compensation de cette non simultanéité en prenant en compte le déphasage Doppler dû à la cible recherchée. Le vecteur réplique est alors fonction de la direction 0 et de la fréquence Doppler Fd de la cible recherchée et le vecteur des pondérations à appliquer est alors donné par: R-la(O,Fd} aT(O, F) R' a(9, Fd) avec: a(O,Fd)=cÀ(Fd)s(o) (2) o, d étant la distance de la cible recherchée et X la longueur d'onde d'émission du radar, la matrice ((Fd) tenant compte des déphasages Doppler est: 1 0 - O 2;#Fd T o0 e 2x FdTr o0 (l)(Fd) = (3) 0 0 er T, étant la période de répétition des impulsions dans une rafale. On procède donc ainsi: - On pointe l'antenne dans une direction 01 à l'aide du pointeur 13 et on émet une impulsion d'une première rafale puis on reçoit (20), code (21) et démodule (22) les signaux correspondants ce qui donne une suite d'échantillons complexes X( , (mTe) pour les portes en distance de rang O à M; on renouvelle l'opération pour la direction 02, ce qui donne les io échantillons X(0)2 (mTe) et ainsi de suite jusqu'à obtenir les échantillons X(O)N (mTe) dans la direction ON. - On répète cette séquence d'émission-réception dans les N directions lors d'une deuxième rafale pour obtenir les échantillons X1 (mTe) à X( )N (mTe); puis de même pour chaque rafale jusqu'à la r + lème rafale qui donne les échantillons X - On estime ensuite la matrice R pour la porte en distance de rang m par le circuit de calcul 24, I'élément générique rj de la matrice étant donné par r- =--1 r X(k)(mTe)X(k)(mTe) (4) y r+ l k-0 i ou j correspondant aussi dans la relation (4) aux échantillons de la direction i ou j. - On applique, par des moyens de traitement adaptatif 25 un vecteur des pondérations conforme à la relation (1). - On calcule, par ces moyens 25, le signal après sommation pondérée selon la relation: y(k)(mT) = aT(9,Fd)RI X(k)(mTe) y(k) (Te) = aT (O, Fd)R-la(,Fd) ( Cro d) pour la récurrence k et la porte en distance mTe et pour chaque hypothèse de cible 0, Fd, X(k) (mTe) étant le vecteur des échantillons reçus des différentes directions tel que: X (meT) = [x)(mre)X((mre) X(me)] (6) - Le signal résultant obtenu selon (5) pour les différentes rafales successives est ensuite traité de manière classique dans un radar par des moyens d'exploitation et d'extraction 27 qui effectuent la sommation cohérente sur les r + 1 rafales successives pour chaque hypothèse 0, Fd, le filtrage Doppler, la détection quadratique et l'extraction par comparaison à un seuil. L'ensemble de ces opérations est géré par une unité de gestion 26 qui synchronise l'émission des impulsions par l'émetteur 14 (par le signal Sy) avec le pointage de l'antenne (par le signal O, vers le pointeur 13) ainsi que l'inscription des échantillons en mémoire 23 (par les signaux k, (O, m) et le traitement pour chaque hypothèse 0, Fd. Ainsi qu'on l'a déjà mentionné, grâce au balayage rapide entrelacé, on émet de façon quasi-simultanée des rafales cohérentes dans 'N directions différentes, ce qui permet d'appliquer un traitement adaptatif au radar avec une seule voie de réception. Compte tenu de la réduction de la fréquence de récurrence résultante, et donc d'une ambiguïté en vitesse accrue, pour chaque direction, on pourra selon les cas se limiter à un nombre de directions maximum compatible avec la vitesse des cibles à détecter. Bien entendu, I'exemple de réalisation décrit n'est nullement limitatif de l'invention. REVENDICATIONS 1. Radar à impulsions à balayage entrelacé et traitement adaptatif comportant une antenne à balayage électronique (10, 11, 12), des moyens d'émission (14) de rafales d'impulsions à une fréquence déterminée, des moyens de pointage (13) de ladite antenne dans une direction angulaire quelconque (01 à ON), des moyens de réception (20) des signaux reçus par l'antenne, des moyens de démodulation et de conversion analogique- numérique (21, 22) pour fournir des échantillons (X( k) (mTe) des signaux l0 reçus pour chaque rafale (k), chaque direction (n) et chaque porte en distance (mTe), et des moyens de traitement desdits échantillons, ledit radar étant caractérisé en ce que lesdits moyens de pointage (13) sont commandés pour balayer successivement, sensiblement d'impulsion à impulsion, les diverses directions angulaires (01 à ON), du secteur surveillé au cours d'une rafale de N impulsions, et en ce que lesdits moyens de traitement sont prévus pour effectuer un traitement adaptatif des signaux reçus incluant une compensation de la non-simultanéité des observations du radar dans les diverses directions. 2. Radar selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement comprennent: - des moyens (24) de calcul, pour chaque porte en distance (mTe) et pour chaque rafale (k), de la matrice de corrélation (R) entre les signaux reçus des différentes directions de pointage; et - des moyens (25) de traitement adaptatif pour effectuer une sommation pondérée à partir de ladite matrice de corrélation des échantillons reçus des différentes directions en tenant compte du déphasage Doppler de la cible recherchée. 3. Radar selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement comprennent en outre une mémoire (23) pour recevoir, pour chaque rafale, les échantillons de toutes les directions (On) et de toutes les portes en distance et pour restituer, pour chaque rafale et chaque porte en distance, les échantillons reçus de toutes les directions auxdits moyens de calcul (24). 4. Radar selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdits moyens (24) de calcul de la matrice de corrélation R sont prévus pour estimer cette matrice selon la relation: vr = r X(k) (me)X(k)(me) r.. = 1 y (mrTe) X ra te) yj r+lk=0 o riq est le terme de la ligne i et de la colonne j de la matrice de corrélation R, i ou j représentant le rang de la direction ayant donné l'échantillon XI ou X1, r + 1 est le nombre de rafales considérées, k est le rang d'une rafale, m est le rang de la porte en distance considérée. 5. Radar selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement adaptatif (25) sont prévus pour appliquer lo aux signaux reçus un vecteur de pondérations, pour chaque cible recherchée de direction angulaire 0 et de fréquence Doppler Fd, selon la relation: R la(O,Fd) aT(û, Fd) R1 a(O, FdI) avec: a(O,Fd) = c) (Fd) s(O) o T en exposant indique la transposée d'une matrice, s(0) est le vecteur réplique constitué des N signaux que l'on recevrait, en l'absence de bruit, de ladite cible recherchée pour les N différents pointages de l'antenne à balayage électronique, ces N signaux étant constitués par les échantillons du diagramme d'antenne pour ladite direction (0), et o, X étant la longueur d'onde du radar et d la distance de la cible, (D(Fd) est la matrice: 1 o - o 2 Y#Fd T 0 e2n'jFdTr 0 D(Fd) = 2ij(N - I)FdT 0 0 e I 6. Radar selon la revendication 5, caractérisé en ce que le signal résultant y(k) (mTe) pour la rafale de rang k pour une cible recherchée de direction 0 et de fréquence Doppler Fd dans la porte en distance mTe, avec Te période d'échantillonnage, est fourni par lesdits moyens de traitement adaptatif (25) selon la relation: y(k)(T) =aT(O, Fd)R-1X(k)(mTe) q e a T(OFd)R(a(OFd) o X (mTe), vecteur des échantillons reçus des différentes directions dans la rafale k et la porte en distance mTe, est tel que: X résultants pour les différentes rafales.