Brevet FR2875953A1 — publié le 20060331

DISPOSITIF DE STABILISATION ELECTRONIQUE DES FAISCEAUX ISSUS DES VOIES DIFFERENCE D'UNE ANTENNE DE MESURE D'ECARTOMETRIE La présente invention concerne un dispositif de stabilisation électronique de faisceaux issus des voles différence d'une antenne de mesure d'écartométrie soumise à des mouvements d'oscillations notamment à du roulis. Dans le cas des radars embarqués sur des mobiles soumis à des mouvements d'oscillations notamment à du roulis, comme c'est le cas sur les bateaux ou sur les avions ou sur les missiles, les antennes subissent ces mouvements si aucune stabilisation n'est prévue. Il existe deux solutions connues pour obtenir une stabilisation des faisceaux. La première solution consiste à découpler l'antenne de la plateforme qui la porte par un asservissement qui compense en permanence les mouvements d'oscillation. De telles compensations ne se font qu'au prix d'une mécanique onéreuse et complexe et qui de plus ne peut compenser des roulis supérieurs à 135 à moins de faire passer tous les signaux par des joints tournants. La deuxième solution consiste à convertir par le calcul toutes les informations recueillies dans le repère mobile, dans un repère absolu. Cependant la précision du calcul qui permet d'obtenir le zéro absolu est affectée par les bruits de mesure et le mélange des signaux simultanés reçus d'échos des lobes diffus. Par ailleurs dans un radar d'écartométrie la précision du calcul n'est obtenue que si les chaînes de réception sont bien calibrées en amplitude et en phase dans tout le domaine d'écartométrie et pas uniquement au voisinage des zéros. La présente invention permet de remédier à ces inconvénients. Elle a pour objet un dispositif de stabilisation électronique des faisceaux issus des voies différence d'une 2875953 2 antenne de mesure d'écartométrie soumise à des mouvements d'oscillation, l'antenne comportant deux voies de réception ayant respectivement pour diagramme de rayonnement AS, AG, principalement caractérisé en ce qu'il comprend un circuit apte à effectuer des opérations de rotation du repère lié aux diagrammes AS et AG, par une combinaison des signaux issus de ces voies, cette rotation compensant les mouvements d'oscillation. La présente invention a également pour objet un dispositif de stabilisation, caractérisé en ce qu'il est placé entre deux points de l'antenne où les voies sont en phase et les amplificateurs hyperfréquence des chaînes de réception. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures du dessin annexé qui représente: - figure 1, un dispositif de stabilisation selon l'invention d'après un premier mode de réalisation; - figure 2, un dispositif de stabilisation selon l'invention d'après un deuxième mode de réalisation; - figure 3, le schéma du repère mobile. La figure 1 représente le schéma des deux voies de réception de mesure d'écartométrie AS, AG représentant chacune les signaux différence site et différence gisement de l'antenne d'écartométrie et la voie de réception somme. L'antenne, elle même, est une antenne du type connu, elle peut être réalisée par exemple par une source primaire munie d'une optique c'est-à-dire d'une lentille ou d'un réflecteur ou bien alors par une antenne à balayage électronique possédant des voies de réception d'écartométrie. Le dispositif est avantageusement réalisé par des circuits hyperfréquences connectés entre deux points de l'antenne ou les voies de réception AS et A G sont en phase et les amplificateurs hyperfréquences des chaînes de réception placés 10 20 2875953 3 avant la transposition en fréquence intermédiaire dans le récepteur. Cette disposition présente l'avantage de ne pas demander de calibration particulière au niveau des voies de réception. Les voies AS et AG sont mises en phase en ces points en rajoutant par exemple des guides d'ondes de longueur prédéterminée afin que le circuit de stabilisation reçoive des signaux en phase. Le dispositif comporte un premier coupleur 20 suivi d'un déphaseur 30, le déphaseur étant suivi d'un deuxième coupleur 40. Le coupleur 20 reçoit sur ses entrées 1, 2 respectivement le signal Al d'écartométrie site et le signal A2 d'écartométrie gisement, il délivre à ses sorties 3 et 4 respectivement le signal A3 et le signal A4 tels que: A3 = 1/,%T (Al + jA2) (1) A4 = (jA1 + A2) Le signal A3 issu de la sortie 3 du coupleur 20 est appliqué à un déphaseur 30 qui applique un déphasage correspondant au roulis. Le signal de sortie du déphaseur 30 soit: A5 = A3ej (2) est appliqué à l'entrée 5 d'un coupleur 40. Ce coupleur 40 reçoit également à son entrée 6 le signal A4. Le coupleur 40 délivre à sa sortie 7 les signaux A7 et A8, ces signaux étant de la forme: A7 = 1//-2- (A5 + jA4) A8 = 1/ /r (jA5 + A4) (3) Les signaux de sortie du coupleur 40 sont appliqués à la partie réception référencée 50 qui comporte tout d'abord un étage d'amplification suivi des démodulateurs qui permettent de 10 2875953 4 passer en fréquence intermédiaire. Le récepteur n'est pas détaillé d'avantage car il est classique en soi. Les opérations effectuées par le coupleur 20, le déphaseur 30 et le coupleur 40 sont développées dans les formules (4), (5) et (6). Ces formules permettent de mettre en évidence l'opération physique qui est effectuée sur les axes du repère U P S et V G représentés sur la figure 3. Ces opérations réalisent une rotation R du repère, R correspondant au roulis. En effet les signaux A7 et A8 sont de la forme: A7 = Al cos cp + A2 sin cp A8 = -Al cosy + A2 cosy (7) y = R Sur la figure 2 on a représenté le schéma d'un dispositif de stabilisation selon un deuxième mode de réalisation. Dans cette variante de réalisation on utilise deux déphaseurs au lieu d'un seul, le premier déphaseur 31 permet de déphaser le signal A3 issu de la sortie 3 du coupleur 20 et le deuxième déphaseur 32 permet de déphaser le signal A4 issu de la sortie 4 du coupleur 20. Le déphaseur 31 applique un déphasage cp 1 au signal A3 et le déphaseur 32 applique un déphase cp 2 au signal A4, les déphasages cp 1 et cp 2 sont tels que (y 1 - cp 2)/2 = R. Cette opération permet de décomposer l'angle du roulis R en deux angles de manière à ce qu'un même déphaseur applique des déphasages positifs tandis que l'autre applique des déphasages négatifs. On procède ainsi afin de commander chaque déphaseur toujours dans un même sens quel que soit le sens de variation du roulis. Cette variante de réalisation permet donc d'éviter des problèmes dus au phénomène d'hystérésis des déphaseurs. En effet, si par exemple l'oscillation due au roulis provoque une rotation d'un angle égal à + 30 on choisira un déphasage y l qui provoque une rotation du signal A3 d'un angle de + 60 et un déphasage y2 nul qui ne provoque pas de rotation du signal A4, de manière à ce qu'en sortie du circuit 2875953 5 de stabilisation on ait une rotation de + 30 . Pour un roulis de - 30 , on appliquera un déphasage y 2 sur le signal A4 de manière à obtenir une rotation de - 120 sur ce signal et un déphasage y 1 sur le signal A3 de manière à obtenir une rotation de + 60 , permettant ainsi au total d'obtenir la rotation de - 30 . Ainsi lorsque le roulis est positif on applique un déphasage y 1 correspondant à ce roulis, y 2 étant nul, et lorsque le roulis devient négatif on augmente y 2, de façon à ce que ((P 1 - (p2)/2 = R. Le signal A5 Issu du déphaseur 31 est appliqué à l'entrée 5 du coupleur 40 et le signal A6 issu de la sortie du déphaseur 32 est appliqué à l'entrée 6 du coupleur 40. Le détail des opérations effectuées par le coupleur 20, les déphaseurs 31 et 32 et le coupleur 40 est explicité à l'aide des formules 10 à 17. Le coupleur 20 effectue l'opération représentée par la formule 10 sur les signaux Al et A2 pour obtenir les signaux A3 et A4. le déphaseur 31 et le déphaseur 32 effectuent l'opération représentée par la formule il respectivement sur les signaux A3 et A4 pour obtenir les signaux A5 et A6. Le coupleur 40 effectue l'opération représentée par la formule (12) sur les signaux A5 et A6 pour obtenir les signaux A7 et A8. Les formules (13) à (16) représentent le développement des opérations pratiquées par le circuit de stabilisation pour mettre en évidence l'opération de rotation résultante. On peut par exemple réaliser l'ensemble du circuit en guide d'onde en prenant par exemple des coupleurs à 3 dB stables dans la bande passante de fonctionnement et des déphaseurs à champ tournant aptes à effectuer des rotations de plus de 360 sans discontinuité et sans quantification de la phase, les circuits qui peuvent être utilisés existent dans le commerce. On a également représenté sur les figures 1 et 2 un circuit de mesure du roulis 60 suivi d'un circuit de commande des déphaseurs 61. Le circuit de mesure 60 est apte à effectuer la mesure du roulis en continu et à transmettre cette mesure au 2875953 6 circuit de commande 61 qui est apte à délivrer le signal de commande du déphaseur 30 pour obtenir le déphasage. Sur la figure 2 le circuit de mesure est référencé 62 et le circuit de commande des déphaseurs est référencé 63. Ce circuit de mesure 62 fait en plus de la mesure, un test sur le signe de la variation du roulis pour envoyer un signal qui permet au circuit 63 de délivrer les signaux de commande correspondant aux déphasages désirés. Les circuits de mesure sont classiques en soi, le test sur le signe de la variation du roulis est par exemple réalisé par un comparateur. Les circuits de commande des déphaseurs sont classiques en soi. Les coupleurs sont réalisés par des Tés magiques, ils peuvent également être réalisés par des anneaux en ligne microbande ou triplaque. Les déphaseurs peuvent également être réalisés par des déphaseurs à ferrite ou à diode. Sur la figure 3, on a représenté le repère Oxy z dans l'espace. Les angles et,11 sont les coordonnées sphériques d'une direction m donnée dans l'espace. Le circuit de stabilisation sera d'autant plus performant que les diagrammes AG et AS seront de la forme: AG = cos f(B) AS = sin 'V f(6) Les antennes constituées d'une source primaire et d'une lentille ou d'un réflecteur à balayage électronique donnent des diagrammes qui s'approchent de cette loi idéale. L'invention permet à partir de moyens simples à mettre en oeuvre, d'effectuer une combinaison des signaux issus des voies d'écartométrie 1, 2 de manière à opérer une rotation de repère qui provoque une stabilisation physique et continue des faisceaux différence d'une antenne d'écartométrie. Elle permet, en outre, en cas de panne de l'une des chaînes de réception d'écartométrie de transmettre 25 séquentiellement les signaux à la chaîne qui fonctionne, et donc de disposer séquentiellement (et non plus simultanément) des deux informations d'écartométrie à la sortie de cette chaîne. Elle permet par conséquent d'améliorer la sécurité de fonctionnement du radar. Un circuit réalisant la même fonction peut être placé plus en aval dans les chaînes de réception. Il peut par exemple être placé derrière les premiers étages amplificateurs hyperfréquence, soit dans les étages à fréquence intermédiaire, soit dans une partie à traitement numérique. Cependant, plus la combinaison entre les signaux issus des voies A G et AS est tardive dans les chaînes, plus elle nécessite de bonnes calibrations des voies en amont. L'ensemble des opérations effectuées par les circuits de la figure 1 est développé ci-dessous: A7 = 1/fi (A3ej (P + jA4) (4) A8 = 1/ fi (jA3ei (P + A4) A7 = ï/2 [(Al + jA2)ej cP + j(jAl + A2)] (5) A8 = 1/2 [j ejP (Al + jA2) + jAl + A2] A7 = i/2 [Al(e3P - 1) + A2j(eicP + 1)] (6) A8 = 1/2 [Alj(ej (P + 1) - A2 (ejP - 1)] L'ensemble des opérations effectuées par les circuits de la figure 2 est développé ci-dessous: A3 = 1/ (Al + jA2) (10) 25 A4 = 1/A- (jA2 + A2) A5 = A3 ej ci) 1 A6 = A4 et 2 A7 = 1/Ti (A5 + jA6) (12) A8 = 1/ (jA5 + A6) 10 15 A7 = 1/,' (A3ej ce 1 + jA4ej cl) 2) (13) A8 = 1/ (jA3ej cP 1 + A4ej cp 2) A7 = 1/2 [ e1 1 (Al + jA2) + ici) 2(jAl + A2) ] (14) A8 = 1/2 [jej (Pl (Al + jA2) + ejP 2(jAl + A2) ] A7 = 1/2 [.41(eJ (P 1 - ejP 2) + jA2(ejP 1 + ejq) 2) ] (15) A8 = 1/2 [jA1(ej (P 1 + ejcp 2) - A2(eicP 1 - ej (P2) ] A7 = jej(c 1 + P2)/2 [Al sin(cp 1(1)2)/2 + A2 cos( (P 1- (P 2)/2106) A8 = jej( (Pl + P2)/2 [ Al cos(cp 1(p 2)/2 - A2 sin(cp 1- cf) 2)/2] 9 REVENDICATIONS 1. Dispositif de stabilisation électronique des faisceaux issus des voies différence d'une antenne de mesure d'écartométrie soumise à des mouvements d'oscillations, l'antenne comportant deux voies de réception (1), (2) ayant respectivement pour diagrammes de rayonnement A S et AG, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit (11) apte à effectuer des opérations de rotation du repère lié aux diagrammes AS et AG par une combinaison des signaux issus de ces voies, cette rotation compensant les mouvements d'oscillation que subit l'antenne. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est placé entre deux points de l'antenne où les voies A S et AG sont en phase et les amplificateurs hyperfréquence des chaînes de réception. 3. Dispositif de stabilisation électronique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit de rotation (11) comprend: - un premier coupleur (20) recevant à une première entrée le signal Al d'écartométrie site AS et à une deuxième entrée le signal A2 d'écartométrie gisement AG et délivrant à une première sortie le signal A3 et à une deuxième sortie le signal A4; - un déphaseur (30) recevant à une première entrée le signal A4 et à une deuxième entrée le signal de commande de déphasage et délivrant un signal A5; - un deuxième coupleur (40) recevant à une première entrée le signal A5 et à une deuxième entrée le signal A4 et délivrant un signal A7 et un signal A8 tels que ces signaux subissent une rotatin R qui suit les mouvements du roulis, y étant égal à R. 2875953 10 4. Dispositif de stabilisation électronique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit de rotation (11) comprend: - un premier coupleur (20) recevant à une première entrée le signal Al d'écartométrie site AS et à une deuxième entrée le signal A2 d'écartométrie gisement AG et délivrant à une première sortie le signal A3 et à une deuxième sortie le signal A4, - un premier déphaseur (31) recevant à une première entrée le signal A3 et à une deuxième entrée le signal de commande de déphasage cp 1 et délivrant un signal A5; - un deuxième déphaseur (32) recevant à une première entrée le signal A4 et à une deuxième entrée le signal commande de déphasage cp 2 et délivrant un signal A6; - un deuxième coupleur recevant à une première entrée le signal A5 et à une deuxième entrée le signal A6 et délivrant un signal A7 et un signal A8 tels que ces signaux subissent une rotation R qui suit les mouvements du roulis, cp 1 et cp 2 étant tels que (cp 1 - (p2)/2 soit égal à R. 5. Dispositif de stabilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les premiers et deuxièmes coupleurs (20, 40) sont des Tés magiques. 6. Dispositif de stabilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, les premiers et deuxièmes coupleurs (20, 40) sont des anneaux en ligne microruban ou triplaque. 7. Dispositif de stabilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les déphaseurs (31, 32) sont des déphaseurs à champ tournant commandés de telle sorte que les variations de phase sur chacun d'eux soient toujours dans le même sens. 2875953 11 8. Dispositif de stabilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les déphaseurs (30, 31, 32) sont des déphaseurs à ferrite ou à diode.