Brevet FR2775347A1 — publié le 19990827

La présente invention se rapporte à un procédé de détermination de l'erreur de calage de la face rayonnante d'une antenne réseau à balayage électronique. On va d'abord décrire brièvement le fonctionnement d'une telle antenne. Elle est constituée d'une multitude d'éléments rayonnants, de type dipôle par exemple, généralement disposés aux noeuds d'un maillage plan régulier (rectangulaire, triangulaire, ou plus généralement bi- périodique). A chacun de ces éléments rayonnants est associé un dispositif déphaseur à o10 commande électronique. La valeur du déphasage appliqué à un élément donné est fonction de la direction de pointage du faisceau désirée et de la position de cet élément dans le réseau, de telle sorte que les contributions au rayonnement de l'antenne des divers éléments rayonnants s'ajoutent en phase dans la direction choisie. Ladite position est spécifiée dans un repère (ox, oy) lié à la face rayonnante de l'antenne. L'origine o est choisie généralement au centre de symétrie du réseau; les directions de ox et oy sont celles des axes de symétrie du maillage du réseau. Ce repère peut être matérialisé, par exemple par des traits gravés sur la structure de l'antenne. Mais il peut aussi rester purement virtuel, sans aucune représentation concrete. L'état de chacun des déphaseurs, c'est-à-dire le déphasage qu'il apporte au signal qui le traverse, est commandé par un calculateur spécialisé appelé " pointeur ". Le pointeur, quant à lui, reçoit ses ordres du calculateur central du radar sous la forme, entre autres, de deux cosinus directeurs u et v définissant la direction de pointage désirée dans le repère (ox, oy), matérialisé ou non, lié à la face rayonnante de l'antenne. Rappelons que u et v représentent les composantes, dans le repère considéré, de la projection sur le plan de la face rayonnante de l'antenne du vecteur unité dirigé dans la direction du pointage commandé. Indépendamment de l'existence ou de la non-existence du repère (ox, oy), il existe toujours un référentiel matérialisé (IX, IY, IZ), attaché à la structure de l'antenne, situé généralement en dehors de la partie rayonnante, dans lequel sont effectuées les visées optiques indispensables: - d'une part pour aligner l'ensemble de l'aérien (surface rayonnante, mécanisme de rotation, plate-forme support ou tourelle...) par rapport au repère terrestre absolu dans lequel le radar opère d'autre part pour mesurer la précision de pointage de l'antenne lors de la qualification de cette antenne en tant qu'instrument de mesure angulaire des cibles radar. Les inévitables défauts de construction font que ce repère matérialisé n'est pas exactement parallèle, comme il serait souhaitable, au repère (ox, oy) (complété par l'axe oz perpendiculaire à ox et oy). Le problème qui se pose alors est de déterminer avec précision l'orientation de la face rayonnante de l'antenne par rapport au référentiel (IX, IY, IZ). Cette orientation est définie par exemple par les valeurs de trois rotations élémentaires: - une rotation, que l'on peut qualifier de " défaut d'inclinaison " ou i 5 de " tilt ", autour de l'axe IX réputé horizontal, de valeur &x; - une rotation, autour de l'axe IY, réputé vertical, de valeur 53; - une rotation, dite " défaut de roulis ", autour de l'axe oz, de valeur &y. Jusqu'à présent, le problème était résolu en usine, avant l'installation de l'aérien sur le site d'essais en vue de sa qualification, qualification comportant des mesures de diagrammes de rayonnement, de gain, de précision de pointage... Cette opération en usine permettait de mettre en oeuvre, à l'abri d'intempéries éventuelles, les procédés de la métrologie classique utilisant des systèmes de mires et de visées optiques au moyen de dispositifs à lasers. L'inconvénient principal de la procédure habituelle est de nécessiter l'immobilisation de l'antenne en usine pour une durée qui peut être pénalisante, eu égard aux considérations de délai, et donc, par voie de conséquence, de coût, toujours plus contraignantes. La présente invention a pour objet un procédé de détermination de l'erreur de calage de la face rayonnante d'une antenne réseau à balayage électronique, qui ne nécessite pas l'immobilisation de l'antenne en usine, et qui puisse être mis en oeuvre sur le site o l'antenne est exploitée, et ce, de façon simple, sans nécessiter de mesures autres que celles normalement requises pour sa qualification sur le site, une telle détermination pouvant en outre être effectuée à nouveau après la mise en service de l'antenne, par exemple en cas de dérive de ses caractéristiques par suite de son vieillissement, ou en cas d'accident. Le procédé de l'invention, pour la détermination sur site de I'erreur de calage d'une antenne à balayage électronique, erreur due à des défauts de réalisation de la face rayonnante de l'antenne, en vue de la correction de cette erreur, est caractérisé en ce que cette détermination est effectuée à partir de mesures radioélectriques des composantes de l'erreur de pointage de l'antenne dans plusieurs directions de l'espace balayé par le o10 faisceau de l'antenne. Ces mesures font avantageusement partie des séries de mesures réalisées lors de la qualification de l'antenne (détermination de la précision de pointage de l'antenne). De préférence, on utilise les résultats d'au moins dix mesures, effectuées chacune dans une direction de pointage différente, et on en déduit, de manière statistique, les composantes de l'erreur de calage de l'antenne. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de mise en oeuvre, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une représentation schématisée d'une antenne à balayage électronique, sur laquelle on a représenté les trièdres-repères servant à déterminer l'erreur de pointage, conformément au procédé de l'invention, et - la figure 2 est une vue séparée du trièdre dans lequel on a représenté les composantes des rotations définissant l'erreur de pointage de l'antenne de la figure 1. L'invention est décrite en détail ci-dessous en référence à une antenne hyperfréquence plane à balayage électronique, mais il est bien entendu qu'elle n'est pas limitée à cette seule application, et qu'elle peut être mise en oeuvre pour les antennes de sonars, et pour différents types d'antennes: réseaux non périodiques, réseaux non plans, réseaux surfaciques ou volumiques. Le procédé de l'invention tire avantageusement parti des résultats des opérations de qualification d'une antenne sur le site o elle est installée, mais il est bien entendu qu'il pourrait également être mis en oeuvre à partir de mesures spécifiques réalisées indépendamment des opérations de qualification. Ces opérations de qualification, connues en soi, consistent essentiellement, à partir de mesures optiques fines, généralement effectuées avec un théodolite, à déterminer, pour N directions de l'espace que peut balayer l'antenne, la précision de calage de l'antenne. De façon typique, N peut être égal à 20. Cette précision de calage s'exprime généralement sous forme de composantes des écarts angulaires entre la direction de pointage commandée du faisceau et celle obtenue. On a représenté en figure 1 une antenne 1 à balayage électronique. Cette antenne 1 comporte un repère matérialisé 2 solidaire de la structure de l'antenne et servant auxdites mesures optiques. Sur le repère 2 est figuré un trièdre de référence (I, X, Y, Z) dont les axes IX et IY sont parallèles au plan de l'antenne et dont l'axe IZ est perpendiculaire à ce plan. Dans le cas d'une antenne non plane, on définit un plan (I, X, Y) pour lequel l'axe IZ (perpendiculaire à ce plan) coïncide avec la direction centrale de l'angle solide de l'espace balayé par le faisceau de l'antenne. D'autre part, on a défini sur la figure 1 un repère 3, réel ou virtuel qui est un trièdre (o, x, y, z), homologue du trièdre du repère 2 et dont l'orientation dépend de la qualité de réalisation de l'antenne. Si cette antenne était parfaite, les axes des deux trièdres seraient respectivement parallèles entre eux. Dans ce qui suit, on ne tient pas compte d'erreurs dues à d'autres imperfections (fixation mécanique de l'antenne sur son support, fixe ou mobile,...) qui sont corrigées de façon connue en soi. Le problème résolu par l'invention est d'aligner les repères 2 et 3, c'est-à-dire de déterminer les rotations &a, 53 et 5y autour des axes IX, IY et IZ respectivement (Figure 2), nécessaires pour rendre parallèles les axes ox, oy et oz aux axes IX, IY et IZ respectivement, de façon que la direction de pointage, commandée depuis le poste de commande du radar auquel appartient l'antenne 1, coïncide avec la direction réelle de pointage du faisceau de l'antenne 1. Connaissant ces rotations, le calculateur du poste de commande tient compte de ces corrections lorsqu'il élabore les ordres de pointage du faisceau de l'antenne. On va d'abord décrire brièvement le procédé d'évaluation de la précision de calage d'une antenne, tel qu'il est généralement pratiqué lors de sa qualification. On se donne un ensemble de N directions de l'espace définies par leurs cosinus directeurs (u, vi) dans le repère (ox, oy). Pour chacune de ces directions, on détermine l'erreur de pointage associée (6u, âvi) en comparant la direction commandée pour laquelle il y a annulation simultanée des signaux d'écartométrie " gisement " et " site ", à la direction effectivement pointée, mesurée au moyen d'un théodolite installé sur le trièdre de référence (IX, IY, IZ). La suite des opérations dépend de la façon dont la précision de calage de l'antenne a été spécifiée: écarts-types individuels sur u et v, écart quadratique moyen de l'erreur angulaire sur tout ou partie du domaine balayé... La méthode de restitution proposée suppose essentiellement que, défaut d'orientation mis à part, la réalisation de l'antenne est parfaite du point de vue mécanique. En d'autres termes, les erreurs " mécaniques " ont été compensées, de façon connue en soi, et l'erreur de pointage du faisceau est présumée prendre uniquement son origine: - d'une part dans le défaut systématique d'orientation de la face rayonnante par rapport au référentiel matérialisé (IX, IY, IZ) - d'autre part, dans les défauts, qualifiés de " radioélectriques ", affectant les déphaseurs de pointage équipant l'antenne. En ce qui concerne l'erreur de pointage induite par le défaut d'orientation, les valeurs &c, 613, &y des rotations élémentaires sont suffisamment petites pour justifier la linéarisation de cette erreur de la façon suivante: sui = v1.6y + w,.5 âVi = Ui.,y - Wi.âa avec: 1 u, = v1.5y + w,.83 + Au. âvi = u,.&y + w,.âa + Av, avec: 1 et sur v, en fonction de la fréquence, pour une direction pointée donnée. Les valeurs optimales des angles définissant l'orientation de la face rayonnante de l'antenne sont fournies par la relation matricielle & r/s = M ',d",.,, +.,, o les matrices colonnes Ui et Vi définissent les directions de mesures des erreurs de pointage du faisceau I = w,,' = 'o et M la matrice carrée d'ordre 3 (l'exposant T symbolise l'opération de transposition) Bien entendu, d'autres méthodes statistiques connues permettraient d'obtenir les valeurs de &L, âp et 5y à partir des résultats de mesures de qualification. A titre d'exemple, le procédé de l'invention a été mis en oeuvre pour une antenne réseau plane à balayage électronique bidirectionnel. Les trois rotations élémentaires ont été déterminées selon le critère du maximum de vraisemblance. On a d'abord traité les résultats de mesure pour N = 20, et on a obtenu respectivement: st = 4,79 m rad 8j = - 2,03 m rad = - 1,83 m rad On a ensuite traité les résultats de mesures en n'en prenant que la moitié, et on a obtenu respectivement (donc pour N = 10) Sa=4,81 mrad bj]=-2,06mrad 8y=-1,72mrad On constate que l'écart entre ces deux séries de résultats est inférieur au dixième de milliradian, valeur négligeable devant la précision de pointage globale du radar, et que l'on peut prendre N> 10. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination sur site de l'erreur de calage d'une antenne à balayage électronique, erreur due à des défauts de réalisation de la face rayonnante de l'antenne, en vue de la correction de cette erreur, caractérisé en ce que la détermination est effectuée à partir de mesures radioélectriques des composantes de l'erreur de calage de l'antenne dans plusieurs directions de l'espace balayé par le faisceau de l'antenne. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise au moins une partie des résultats de mesures effectuées lors de la qualification de l'antenne sur site. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la sélection des composantes est réalisée selon les critères statistiques. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les mesures sont effectuées pour au moins dix directions différentes. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est appliqué à une antenne de radar. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est appliqué a une antenne de sonar.