Brevet FR2842965A1 — publié le 20040130

I La présente invention concerne un dispositif d'antibrouillage notamment pour radars à antennes actives à réseaux de modules. Ce dispositif est destiné à éliminer, sans avoir recours à leur détection préalable, les éventuels signaux brouilleurs qui peuvent notamment être reçus par les lobes de réseaux accompagnant les faisceaux des antennes actives à réseaux modules. Ce dispositif est applicable à tous les systèmes comportant des antennes constituées de modules actifs d'émission / réception. Du fait de leur modularité les antennes actives, constituées de modules unitaires d'émission / réception, présentent un grand nombre d'avantages. C'est en particulier le cas en ce qui concerne l'application aux radars, auxquels ces antennes offrent de nouvelles capacités de gestion de l'espace à contrôler. On peut citer par exemple la possibilité de créer 15 plusieurs lobes d'antennes ou faisceaux, orientés dans des directions différentes et permettant des observations simultanées de différentes zones de l'espace. De telles antennes appelées antennes multifaisceaux permettent notamment aux radars qui les utilisent d'effectuer simultanément plusieurs types de tâches, telles que des tâches d'observation et des tâches de guidage missile par exemple. On peut également citer la possibilité de disposer d'un gain d'antenne variable suivant la direction de l'espace observée. Le gain peut par exemple être minimisé dans certaines directions de l'espace, de façon à créer des zones aveugles dans les directions d'o proviennent des signaux 25 indésirables. Dans la suite du document ces signaux seront qualifiés de "signaux brouilleurs". Les méthodes de lutte contre les signaux brouilleurs procèdent généralement par analyse et traitement, après numérisation, des signaux provenant des voies de réception fournies par l'antenne radar. En ce qui concerne les 30 antennes composées de modules actifs, il est connu d'effectuer des groupements de modules permettant d'obtenir un nombre de voies de réception suffisant pour effectuer un traitement d'antibrouillage. Ces regroupements de modules sont généralement appelés réseaux. L'ensemble des réseaux constitue l'antenne globale. Sur les antennes actuelles, les modules sont généralement regroupés en réseaux identiques, selon une disposition géométrique régulière, mono ou bidimensionnelle. En outre dans les applications existantes, les signaux issus des différents réseaux sont combinés avant traitement pour former le signal correspondant à l'antenne globale. Les traitements d'antibrouillage associés aux antennes à réseaux consistent 10 généralement à appliquer des coefficients pondérateurs aux signaux issus des différents réseaux, puis à effectuer leur recombinaison. Ces coefficients sont déterminés de façon à minimiser le gain de l'antenne globale dans la direction d'arrivée du signal brouilleur, avec la contrainte de conserver un gain suffisant dans la direction d'observation. La combinaison de ces signaux pondérés constitue alors le signal de réception global. Le regroupement des modules d'antenne en réseaux présente l'avantage de limiter le nombre de voies de réception tout en conservant une certaine modularité à l'antenne. En revanche les centres de phase de ces réseaux 20 sont distants les uns des autres d'une longueur généralement bien supérieure à la longueur d'onde du signal émis. Selon un phénomène connu par ailleurs, ils présentent donc l'inconvénient d'entraîner la formation de lobes de réseaux. Ces lobes de réseaux apparaissent lors de la formation de faisceaux dont la direction n'est pas perpendiculaire au plan de phase de l'antenne. Les lobes de réseaux se présentent comme des répliques parasites périodiques d'un faisceau donné. Ils sont orientés dans des directions différentes de celle du faisceau. L'orientation des directions pointées par les lobes de réseaux présente une périodicité spatiale. Le nombre de Lobes de 30 réseau créés ainsi que la valeur de leur périodicité est fonction de la distance qui sépare les centres de phase des réseaux. Cette distance est fixée par la disposition des modules sur l'antenne et la géométrie des réseaux constitués. L'existence des lobes de réseaux est par ailleurs intrinsèquement lié à celle 35 du faisceau, de sorte que si l'on diminue le gain de l'antenne dans la direction d'un lobe de réseau, on diminue de la même façon le gain de l'antenne dans la direction du faisceau. Inversement, le maintien de la valeur du gain dans la direction du faisceau s'accompagne d'un maintien du gain au niveau des lobes de réseaux. Face à un brouillage par un lobe de réseau, un traitement d'antibrouillage tel que celui décrit précédemment, se trouve mis en défaut quel que soit l'ensemble des coefficients de pondération appliqués aux signaux issu de chaque sous-réseau. Selon que l'algorithme mis en oeuvre par le traitement privilégie la nécessité de respecter la contrainte de gain dans la direction du faisceau ou celle de diminuer le gain dans la direction du brouilleur, le traitement sera inopérant sur le brouilleur ou aura pour conséquence d'atténuer significativement le gain de l'antenne dans la direction du faisceau. Le compromis généralement réalisé consiste en une diminution du gain permettant d'affaiblir le niveau de brouillage par le lobe de réseau sans trop 15 affaiblir le niveau du signal provenant du faisceau. Cependant, afin de ne pas dégrader de manière systématique les performances du système qui utilise l'antenne, cette opération n'est réalisée que lorsqu'un brouilleur est détecté. Le traitement d'antibrouillage est ainsi généralement associé à une procédure de détection de brouilleur. Un but de l'invention est notamment de pallier les inconvénients précités. A cet effet l'invention a pour objet un dispositif comportant une antenne à réseaux de modules comportant au moins deux sous-ensembles. Chaque sous-ensemble se comporte comme une antenne indépendante. L'arrangement des modules en réseaux diffère d'un sous-ensemble à l'autre, de sorte que pour des directions de faisceaux identiques, les répartitions spatiales des lobes de réseaux sont différentes. Le dispositif comporte également un traitement systématique des signaux issus de chacun des sous-ensembles. Ce traitement réalise l'élimination des brouilleurs reçus par 30 chaque sous-ensemble, au moyen des signaux issus des réseaux composant les autres sous-ensembles. Après traitement, les signaux issus de chacun des sous-ensembles sont recombinés pour former le signal résultant de l'antenne globale. Ce dispositif a notamment pour avantage de permettre l'élimination des brouilleurs quelle que soit leur origine et en particulier des brouilleurs agissants au travers des lobes de réseaux. Le principe de traitement appliqué aux signaux issus des différents sous5 ensembles a pour caractéristique avantageuse de ne pas dégrader sensiblement le gain de l'antenne dans les directions observées et peut donc avantageusement être appliqué à priori, sans détection préalable de brouilleurs. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront au travers de la description qui suit. Cette description s'appuie sur les figures annexées qui représentent: La figure 1, L'illustration d'un exemple possible de réalisation d'une antenne selon l'invention. Le cas considéré est ici celui d'une antenne plane à deux sous-ensembles juxtaposés. Les figures 2 et 3, des illustrations du principe de traitement appliqué aux signaux issus des différents sous-ensembles. La figure 4, une illustration des effets produits par le traitement appliqué, sur un signal brouilleur reçu par l'antenne. Le nombre de sous-ensembles composant l'antenne du dispositif selon l'invention, résulte d'un choix qui est notamment fonction du nombre de 25 voies de réception que peut gérer le dispositif et en particulier l'élément qui réalise le traitement d'antibrouillage. Dans la suite du document, pour des raisons de clarté de description on considérera une antenne comportant deux sous-ensembles. La figure 1 illustre un exemple simple de réalisation d'une antenne selon l'invention. Comme il a été dit précédemment, un problème important auquel sont confrontées les antennes à réseaux de modules est lié à l'apparition de lobes de réseaux. Ces lobes de réseaux représentent un effet parasite induit par la décomposition en réseaux, cette décomposition étant par ailleurs rendue nécessaire pour limiter le nombre de voies de réception à traiter Pour résoudre le problème posé par les lobes de réseaux, le dispositif selon l'invention utilise une approche différente. Cette approche consiste à décomposer l'antenne en sous-ensembles, chaque sousensemble étant constitué d'un certain nombre de modules actifs regroupés en réseaux. La structure géométrique des réseaux, ainsi que le nombre de modules qui compose un réseau, sont différents d'un sous-ensemble à l'autre. L'antenne prise comme exemple sur la figure 1 est une antenne de forme rectangulaire comportant des modules actifs 16 régulièrement répartis dans un plan sur des rangées 17, lignes ou colonnes. Cette antenne est partagée en deux sous-ensembles 1 1 et 12, chaque sousensemble comportant par exemple le même nombre P de modules, afin que les gains globaux des deux sous-ensembles soient sensiblement les mêmes. En revanche, le regroupement des modules en réseaux 13 et 14 est différent. Le sous-ensemble 1 est par exemple constitué de réseaux 13 formés de N1 colonnes de modules tandis que le sous-ensemble 2 est constitué de réseaux 14 formés de N2 colonnes de modules. Les nombres NI et N2 sont notamment choisis en ce qu'ils sont premiers entre eux. La répartition des modules en réseaux de tailles différentes suivant le sousensemble considéré, induit un positionnement et un écartement des centres de phases des réseaux, qui diffère d'un sous-ensemble à l'autre. L'écartement des centres de phases correspondants aux réseaux du sous25 ensemble 1 prend une valeur D1, tandis que celui des centres de phase correspondant au sous-ensemble 2 prend une valeur D2. Si on appelle d la distance séparant deux modules on peut écrire: D1 = N1ld et D2 = N2-d Cet écartement différent des centres de phase engendre une répartition spatiale des lobes de réseaux différente d'un sous-ensemble à l'autre. En effet, des calculs menés par ailleurs montrent que pour une même direction de faisceau, les deux sous-ensembles 1 et 2 présenteront des lobes de réseaux orientés dans une même direction à la condition que l'on puisse trouver deux nombres entiers non nuls K1 et K2 tels que l'on ait à la fois: JKl/N, = K2/N2 ( 1) { Ki* /D1 avec Dl = N1*d et D2 = N2-d. Le rapport d/%. est ici inférieur à 1, dans la mesure o l'on considère que l'espacement des modules sur l'antenne ne produit pas intrinsèquement de lobes de réseaux. Si comme dans le cas de la figure 1 les nombres N1 et N2 sont premiers 10 entre eux, on constate que les entiers les plus petits qui satisfont la condition (1) sont: Ki = Ni et K2 = N2 (3) Or, sachant que l'on a d/X réciproquement. L'exemple d'antenne présenté sur la figure 1 comporte ainsi 70 rangées de modules, réparties en deux sous-ensembles. Les sous-ensembles comportant respectivement sept réseaux de cinq rangées de modules pour le 25 sousensemble 1 et cinq réseaux de sept rangées de modules pour le sousensemble 2. Les rangées comportent par ailleurs le même nombre de modules. Dans cet exemple, N1 est donc égal à 5, tandis que N2 vaut 7. N1 et N2 étant premiers entre eux, les deux sous-ensembles ainsi réalisé présenteront des lobes de réseaux dont les directions seront différentes. La figure 1 présente un exemple possible de réalisation d'une antenne selon l'invention. Cet exemple n'est bien entendu pas limitatif et Il existe d'autres moyens de réaliser une antenne ayant les caractéristiques citées précédemment, comme par exemple la répartition des modules d'antennes 35 non pas en réseaux juxtaposés mais en réseaux imbriqués. De même, le principe de réalisation présenté peut être appliqué à une antenne comportant plus de deux sous-ensembles. Le but étant notamment de réaliser des sousensembles présentant des lobes de réseaux ayant des directions différentes. Ainsi, un brouilleur perturbant la réception d'un des sous-ensembles au travers d'un des ses lobes de réseaux, ne perturbera pas la réception des autres sous-ensembles. Il pourra être détecté comme tel et éliminé. La figure 2 Illustre le principe de traitement mise en oeuvre par le dispositif selon l'invention. Ce traitement repose notamment sur la 10 décomposition de l'antenne en sous-ensembles présentant des lobes de réseaux différents. Du fait de la décomposition de l'antenne en deux sous-ensembles, le signal E reçu par l'antenne peut se décomposer en une somme que l'on peut écrire: E=E1+E2 (4) Le traitement d'antibrouillage du dispositif selon l'invention met à profit cette décomposition en réalisant simultanément deux opérations 21 et 22 indépendantes. L'opération 21 consiste à réaliser l'antibrouillage du signal E1 à l'aide des N2 signaux R2i, issus des N2 voies de réception des réseaux composant le sousensemble 2. Le signal E1 est issu de la combinaison des voies de réception des Ni réseaux composant le sous-ensemble 1 et représente le signal global reçu par le sous-ensemble 1. Après élimination des éventuels signaux brouilleurs le traitement délivre un signal S1. L'opération 22, réciproque de l'opération 21 consiste quant à elle à réaliser l'antibrouillage du signal E2 à l'aide des N1 signaux R11, issus des N1 voies de réception des réseaux composant le sous-ensemble 1. Le signal E2 est issu de la combinaison des voies de réception des N2 réseaux composant le sousensemble 2 et représente le signal global reçu par le sous-ensemble 2. Après élimination des éventuels signaux brouilleurs le traitement délivre un signal S2. Les signaux antibrouillés S, et S2 étant obtenus, l'étape suivante du traitement d'antibrouillage consiste par exemple à effectuer la somme 23 des signaux S, et S2 pour obtenir le signal de sortie S. Le signal S obtenu a pour avantage d'être sensiblement équivalent au signal E débarrassé des composantes correspondant aux signaux brouilleurs, notamment de celles correspondant au brouillage d'un des sous-ensembles par les lobes de réseaux. L'utilisation des signaux R2i et R1i par le traitement permet de tirer un parti 10 avantageux de la décomposition en réseaux. En effet Pour un sousensemble donné, les sous-réseaux composant l'autre sous-ensemble se comporte comme autant d'antennes auxiliaires indépendantes permettant d'éliminer des signaux brouilleurs. La figure 3 détaille le fonctionnement de l'antibrouillage du sousensemble 1 par le sous-ensemble 2. Les signaux issus des sous-réseaux 31 qui composent le sous-ensemble 1 sont sommés après numérisation et forment le signal numérique 32 ou signal E1. E1 qui se présente comme une suite d'échantillons temporels est de la forme {El,, E12,...,Eîn}. La fonction de traitement du signal 33 associe les échantillons qui composent le signal E1 aux échantillons temporels qui composent, après numérisation, les signaux 36 issus des sous-réseaux 35 du sous-ensemble 2. Cette fonction 33 a pour rôle d'élaborer un jeu 37 de N2 coefficients correcteurs W 25 qui sont appliqués aux échantillons temporels qui composent les signaux 36. Les signaux corrigés 38 sont ensuite sommés pour former le signal 39 ou signal C2 qui est soustrait au signal E1 pour former le signal antibrouillé Si. C2 qui se présente comme une suite d'échantillons temporels est de la forme {C21, C22,...,C2n}. Pour l'instant d'échantillonnage n par exemple, le signal C2 peut s'exprimer de la façon suivante: C2 =W1n * R1n + W2n *R2n +...+WN2n RN2n (5) ou encore, si l'on suppose que W est une grandeur stationnaire: C2n =W1 R1n + W2 * R2n +..+WN2 RN2( (6) Les coefficients R1,.... RN2n sont élaborés de telle sorte que le signal C2 présente un niveau sensiblement égal au signal E1 dans toutes les directions de l'espace, excepté dans celle correspondant à la direction du faisceau pour laquelle C2 présente un niveau minimum, voire sensiblement nul. Ainsi, en soustrayant le signal C2 au signal E1 on obtient un signal S1 débarrassé de ses composantes parasites. La fonction 33 qui réalise l'élaboration des coefficients qui fait appel à des 10 calculs connus, n'est pas décrite ici. Le principe étant par exemple de procéder à la corrélation des signaux issus des différents réseaux du sousensemble 2 et du signal E1 sous-la condition que le gain du résultat soit nul dans la direction du faisceau. Autrement dit, elle effectue notamment la recherche du vecteur {W} des coefficients de correction, tel que l'on ait: IMI * X {W}- {E1}= 0 (7) avecla contrainte: EW = (8) Le vecteur W peut s'écrire: W= W1 W2 W3... WN21 (9) M* représente ici la transposée de la matrice M regroupant m échantillons 25 temporels des N2 signaux 36 issus des sous-réseaux 35 du sousensemble 2. M peut par exemple s'écrire de la façon suivante: Ril R12 R13 R1m M= R21 R22 R23 R2m (1 0) RN21 RN22 RN23... RN2m La contrainte JW =0 traduit le fait que le signal corrigé doit avoir un niveau sensiblement nul dans la direction du faisceau. L'élaboration des composantes de W est par exemple effectuée de manière glissante à partir m échantillons consécutifs Le traitement d'antibrouillage du sous-ensemble 1 par le sous-ensemble 2 présente notamment deux avantages: - C'est un traitement systématique qui n'est pas subordonné à la détection préalable d'un signal E1 particulier. Cet avantage rend le traitement des signaux reçus séquentiellement moins complexe. - C'est un traitement qui minimise les pertes infligées au signal reçu dans la direction du faisceau. Ce traitement est appliqué de manière symétrique sur le sous-ensemble 2. Il conduit à l'obtention d'un signal S2 débarrassé comme S1 de ses composantes parasites. Après avoir opéré l'antibrouillage des deux sous-ensembles l'un par l'autre, on peut reconstituer le signal S reçu par l'antenne global en additionnant par exemple les signaux Si et S2. La figure 4 donne une représentation graphique des effets du traitement d'antibrouillage décrit précédemment. Ces effets portent sur le signal reçu par le sous-ensemble 1 ainsi que sur le gain du sous-ensemble 1 dans la direction du faisceau. Sur la figure, les formes en traits pleins représentent 25 un niveau de signal reçu, tandis que les formes en traits pointillés représentent le gain du sous-ensemble dans la direction du faisceau et dans celles correspondant à des lobes de réseaux. L'axe des abscisses correspond à l'écart angulaire entre l'axe du faisceau dont l'abscisse est 0, et la direction considérée. L'axe des ordonnées correspond, sur une échelle 30 logarithmique par exemple, au niveau de signal et au gain du sousensemble. Pour des raisons de simplicité les gains sont représentés comme étant identiques pour les deux sous-ensembles. Le cas pris en exemple sur la figure 4 illustre est celui du sousensemble 1 35 recevant un signal utile dans la direction du faisceau et un signal brouilleur au travers d'un de ses lobes de réseaux. il Le graphe 41 présente en traits pleins le signal 42 correspondant à un écho utile et le signal 43 correspondant à un écho brouilleur, tels qu'ils sont reçus par le sous-ensemble 1. Le signal brouilleur 43 étant reçu au travers d'un lobe de réseau 44, il bénéficie d'un gain important et présente donc un niveau important. Le graphe 45 présente en trait plein les signaux 46 et 47, correspondant aux mêmes échos tels qu'ils sont reçus par le sous-ensemble 2 en l'absence de correction. La direction du signal brouilleur correspondant à la direction d'un lobe de réseau du sous-ensemble 1, il n'est reçu par le sous-ensemble 2 que 10 de manière très atténuée au travers d'un lobe secondaire d'antenne ou d'un lobe diffus. Le graphe 48 représente le signal corrigé 39. Ce signal résulte de la sommation des signaux issus des réseaux qui composent le sous-ensemble 2, après application du jeu de coefficients W. L'effet de la correction 15 appliquée est matérialisé par la disparition du signal utile 42, consécutive à l'annulation du gain du sous-ensemble 2 dans la direction du faisceau et l'ajustement du niveau du signal 47. Le signal 47 est porté à un niveau sensiblement égal à celui du signal 43 qui correspond au même brouilleur mais vu par le sous-ensemble 1. Le graphe 49 représente le signal issu du sous-ensemble 1 après application du traitement d'antibrouillage. Ce signal résulte de la soustraction du signal représenté sur le graphe 48 au signal représenté sur le graphe 41. L'effet de la correction appliquée est matérialisé par la disparition sensiblement complète du signal brouilleur 43 et la conservation du signal utile 43 avec un niveau sensiblement inchangé. L'illustration de la figure 4 montre les effets du traitement d'antibrouillage sur le sous-ensemble 1. Ces effets sont bien entendu conjugués aux effets d'un traitement similaire, appliqué au sous-ensemble 2. Après traitement les 30 signaux issus des deux sous-ensembles sont par exemple recombinés pour former le signal de réception de l'antenne globale. Le type de brouillage présenté à la figure 4 s'avère particulièrement difficile à combattre pour un système équipé d'une antenne classique. La seule 35 solution envisageable dans un tel cas consiste à atténuer suffisamment le gain dans la direction de l'écho brouilleur pour que la gêne occasionnée par le signal 42 soit faible. Cependant, s'agissant d'un brouillage par un lobe de réseau, la diminution du gain dans la direction du lobe de réseau s'accompagne nécessairement de la diminution équivalente du gain dans la direction du faisceau ce qui se traduit par une baisse des performances du système. C'est pourquoi dans les systèmes équipés d'antennes classiques, les traitements d'antibrouillage ne sont mis en oeuvre que si un brouilleur est préalablement détecté. La figure 4 illustre le moyen de contourner la difficulté mis avantageusement 10 en oeuvre par le dispositif selon l'invention. A travers de cette figure on peut constater que la mise en oeuvre du traitement d'antibrouillage peut ici être systématique. En effet, l'absence de brouilleur se traduit sur la figure par l'absence des signaux 43 et 47, absence qui ne modifie pas sensiblement le niveau du signal 42 obtenu après traitement. Le graphe 48 ne fait figurer dans ce cas aucun signal à soustraire au signal issu du sous-ensemble 1. Le dispositif selon l'invention permet donc la mise en oeuvre d'un traitement d'antibrouillage qui ne nécessite pas une opération préalable de détection de brouilleur. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'antibrouillage pour radar, caractérisé en ce qu'il comporte au moins: - une antenne active comportant au moins deux sous5 ensembles (11, 12) comportant des modules regroupés en réseaux (13, 14) dont les centres de phase présentent une disposition différente pour chaque sous-ensemble. - des moyens de traitement (21, 22) des signaux (32) issus de chaque sousensemble, réalisant l'élimination des 10 signaux reçus par les lobes de réseaux d'un sous-ensemble, au moyen des signaux (36) issus des réseaux constituant les autres sousensembles. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les 15 signaux issus de chacun des sous-ensembles sont recombinés après traitement pour constituer un signal sensiblement équivalent au signal issu de l'antenne global, débarrassé des composantes reçues par les lobes de réseaux. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à2, caractérisé en ce que les modules (16) de l'antenne active sont régulièrement répartis sur des rangées (17) et sont regroupés en au moins deux types de réseaux (13, 14) de 25 taille différente qui comportent des rangées de modules en nombres premiers entre eux, les réseaux de même taille constituant un même sous-ensemble. 4. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce 30 que les réseaux qui regroupent les modules de l'antenne active constituent des sous-ensembles ( 11, 12) juxtaposés. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les réseaux qui regroupent les modules de l'antenne active constituent des sous-ensembles enchevêtrés. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de traitements réalisent pour chaque sous-ensemble la soustraction au signal (32) issu de ce sousensemble, d'un signal (39) égal à la somme pondérée des signaux (36) issus des réseaux constituant les autres sous-ensembles. 7. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le calcul des coefficients de pondération est effectué avec une contrainte de gain minimum dans la direction du faisceau pour le signal somme (39). 8. Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes à l'élimination d'un signal brouilleur quelconque. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il réalise de manière systématique l'antibrouillage des signaux reçus par l'antenne sans nécessiter la détection préalable de la présence d'un signal brouilleur. 10. Antenne active à réseaux de modules actifs, caractérisée en ce qu'elle comporte des modules actifs (16) régulièrement répartis sur des rangées (17), ces modules étant regroupés en 30 au moins deux types de réseaux (13, 14) de taille différente qui comportent des rangées de modules en nombres premiers entre eux, les réseaux de même taille constituant un même sous-ensemble. 11. Antenne active selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comporte un arrangement des réseaux constituant des sousensembles ( 11, 12) juxtaposés. 12. Antenne active selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comporte un arrangement des réseaux, constituant des sousensembles enchevêtrés.