Brevet FR2880694A1 — publié le 20060714

ESD - AFF. 352 1 Dispositif de détection de menaces pour contre-mesures électroniques. L'invention, qui concerne les contre-mesures électroniques, s'intéresse plus particulièrement à la détection d'arrivée de menaces, tels que des missiles. L'arrivée des missiles peut être détectée par des radars Doppler à impulsions. Cependant, ceux-ci fonctionnent en général à fréquence fixe ou faiblement variable. Or, l'homme de l'art sait que les surfaces équivalentes radars des missiles, en rapprochement et pointées sur la cible qui veut les détecter, sont sujettes à d'importantes variations en fonction de la fréquence. Le problème à résoudre est d'arriver néanmoins à détecter de tels missiles. A cet effet, l'invention propose un dispositif de détection de menaces pour contre-mesures électroniques, dispositif qui comporte, en combinaison: - des moyens d'émission propres à rayonner dans une direction choisie, commutable, un faisceau de rayonnement hyperfréquence modulé en impulsions; - des moyens de réception propres à capter des échos hyperfréquences revenant d'un mobile hostile, et - des moyens de traitement de ces échos pour en tirer l'une au moins des grandeurs comprenant la distance, la vitesse de rapprochement et la direction d'arrivée du mobile hostile. Selon un aspect important de l'invention, le faisceau émis est situé dans la gamme comprise entre 0,5 et 50 GHz environ, de préférence dans la gamme comprise entre 2,5 et 10 GHz. En opérant ainsi en fréquence basse, de l'ordre de quelques gigahertz, on peut bénéficier des résonances de structure de l'engin à détecter. Bien entendu, il faut connaître la distance, la vitesse de rapprochement et la direction de l'arrivée du missile. Mais la Demanderesse a observé qu'il n'est pas nécessaire pour autant d'avoir en permanence ces éléments avec une grande précision, comme le ferait un radar. Un préavis de détection de quelques secondes est en général suffisant. On considère actuellement que ce préavis peut être de l'ordre de 3 à 10 secondes. L'invention repose également sur l'observation suivante: un détecteur brouilleur possède naturellement la plupart des fonctions internes d'un radar Doppler à impulsions, avec en plus une possibilité de très grande excursion de fréquence. Le dispositif selon l'invention, tel qu'il vient d'être défini, peut aisément être implanté à bord d'un avion ou plus généralement d'un aéronef, en optimisant l'utilisation du détecteur brouilleur. On peut ainsi détecter avec le préavis suffisant, tel que défini plus haut, un missile hostile se dirigeant vers l'avion par l'arrière. Ceci permet alors la mise en place de leurres ou autre contre-mesure électronique. Ceci permet aussi d'effectuer les manoeuvres de l'avion les plus judicieuses au bon moment pour échapper à la menace qui le pour-suit. Selon un autre aspect de l'invention, les moyens d'émission sont munis d'une antenne à balayage électronique. Très avantageusement, les moyens de réception sont également munis d'une telle antenne, au moins dans une version simple per-mettant trois directions différentes, comme on le verra plus loin. L'extraction de la direction d'arrivée du missile hostile peut alors s'effectuer par comparaison d'amplitude. A côté de cela, l'utilisation d'antennes à balayage électronique permet d'avoir un maximum de différence de gain entre le lobe principal utile et les lobes parasites, ce aussi bien à l'émission qu'à la réception. Très avantageusement, le faisceau d'émission possède une polarisation horizontale, ce qui diminue l'influence du phénomène dit fouillis. Selon un autre aspect important de l'invention, l'émission est commutable de différentes manières. On rappelle d'abord la commutation spatiale liée au balayage électronique. L'émission est également commutable sur au moins deux durées d'impulsions, associées à deux facteurs de forme différents, en particulier dans un rapport 5 environ à cadence de récurrence constante; de son côté, la fréquence de récurrence est choisie suffisante pour éviter toute ambiguité, compte tenu d'un décalage de fréquence Doppler maximum choisi. Par ailleurs, l'émission se fait avantageusement de façon commutable sur au moins trois fréquences différentes, suffisamment espacées pour être décorrélées, tandis que la décision, à la réception, peut alors s'effectuer par une logique majoritaire sur les échos respectifs associés à ces trois fréquences. 30 35 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe du dispositif selon l'invention; - la figure 2 est un schéma électrique plus détaillé d'un dispositif selon l'invention; et - les figures 3 à 5 sont des diagrammes temporels illustrant le fonctionnement du dispositif selon l'invention en ses différentes commutations relatives à l'émission. Les dessins annexés comportent différents éléments de caractère certain. Ils sont par conséquent incorporés à la description, et pourront non seulement servir à mieux faire comprendre celle-ci, mais aussi à contribuer à la définition de l'invention, le cas échéant. Sur la figure 1, les moyens d'émission 10 sont munis d'une antenne à balayage électronique 16. Les moyens de réception 20 sont munis d'une antenne à balayage électronique 21. Des moyens de traitement 30, essentiellement numériques, commandent les moyens d'émission 10 et les moyens de réception 20. Ceux-ci utilisent également des fréquences fournies par un synthétiseur 40, commandé par les moyens de traite-ment 30. Enfin ces moyens de traitement 30 sont reliés au bus de contremesures 31 de l'avion, également noté bus ECM. Sur la figure 2, le synthétiseur 40 applique au circuit d'émission 10 une fréquence très stable à faible bruit. Ce signal est appliqué à un amplificateur 11, suivi d'un atténuateur variable 12, commandé en numérique par une unité de traitement à microprocesseur 30. La sortie du circuit 12 est appliquée à un organe 13 propre à fournir des lois de phase différentes à une antenne à balayage électronique, en réponse à une commande numérique qui provient également de l'unité de traitement 30. La détermination de lois de phase propres à commander une antenne à balayage électronique est considérée comme connue de l'homme de l'art. Les différentes voies hyperfréquences ainsi obtenues sont 10 appliquées à des amplificateurs 14-1 à 14-4, avantageusement formés de tubes à ôndes progressives, couvrant par exemple la bande de 2,5 à 10 GHz. Ces amplificateurs alimentent des éléments d'antenne 16-1 à 16-4. Les amplificateurs 14 sont également munis d'une commande de modulation par impulsions en tout ou rien, provenant d'un modulateur 15, lui aussi commandé en numérique par l'unité de traitement 30. On se tournera maintenant vers les moyens de réception 20. Ceux-ci comportent trois antennes 21-1 à 21-3, commutables par un organe de commutation 22 contrôlé par l'unité de traitement 30. La sortie de l'une de ces antennes est appliquée à un amplificateur à faible bruit 23, suivi d'un mélangeur 24 qui reçoit un signal local convenable du synthétiseur 40, pour re-transposer le signal à la fréquence intermédiaire. Celle-ci peut être nulle, auquel cas il faut un mélangeur double, qui fournit deux voies sinus et cosinus. La sortie du mélangeur 24 est appliquée à un filtre passe-bande 25, suivi d'un amplificateur 26 et d'un codeur numérique 27. La sortie du codeur numérique 27 est appliquée à un circuit de transformée de Fourier rapide 45, échangeant ses informations avec l'unité de traitement 30. La figure 3 montre que l'émission sur une fréquence déter- minée peut se faire avec deux durées d'impulsions différentes, pendant les périodes respectives Tl et T2, ceci étant répété par exemple pour trois fréquences différentes. Les trois fréquences d'émission sont convenablement choisies compte tenu des circonstances rencontrées. Elles sont écartées entre elles d'une centaine de mégahertz au moins, de façon à être décorrélées, tout au moins en ce qui concerne les variations des surfaces équivalentes radars du missile hostile, en fonction de la fréquence. Les deux modes de modulation de l'émission sont par exemple: - durée d'impulsion une microseconde pour un taux d'émission ou facteur de forme de 1/25ème, - durée d'émission cinq microsecondes pour un facteur de forme de 1/5ème. On observera que ces deux types de modulations possèdent la même fréquence ou cadence de récurrence. Le premier mode couvre par exemple des distances allant de 150 à 3 750 mètres, tandis que le second concerne les distances allant de 750 à 3750 mètres, environ. Sur une échelle de fréquences plus longue, la figure 4 il-lustre comment on alterne l'émission des séquences T1 et T2 sur les trois fréquences F1 à F3. Ceci est maintenant répété pour différents angles d'émission et de réception. Dans une application typique, qui concerne la couverture arrière à l'égard de certains missiles tels que les missiles infrarouges, la Demanderesse a considéré que l'espace peut être exploré en trois fois: axe arrière, partie gauche 10 et partie droite, l'ensemble couvrant un angle de 75 . L'ouverture du lobe d'antenne à 3 décibels peut alors être de 60 , tandis que les axes sont orientés à 180 et 1800+ 5 _45 . On observera au passage que la couverture avant peut être assurée par le radar Doppler à impulsions de l'aéronef. La couverture latérale peut être réalisée par extension du dispositif selon l'invention. Les dispositions qui viennent d'être décrites permettent d'atteindre un temps de préavis qui sera la plupart du temps supérieur à 3 secondes. Ceci laisse largement le temps à l'avion de mettre en oeuvre des contre-mesures électroniques, ou bien des leurres, ainsi que d'amorcer des manoeuvres de déception convenables. Les trois fréquences d'émission étant nettement décorrélées, on peut indiquer immédiatement que la décision peut se faire avec une logique majoritaire de deux réponses positives sur trois. Il est alors possible de réduire le taux de fausse alarme à un niveau très bas, tout en améliorant la probabilité de détection. En pratique, cet aspect est très important, car il limite d'une part la consommation de leurres, d'autre part la puissance rayonnée et le temps d'émission. Ceci, associé à la grande diversité de fréquences, améliore la discrétion. Le filtrage Doppler et les portes distances associées sont obtenues par traitement numérique du signal à grande vitesse d'exécution, essentiellement à l'aide du circuit de transformée de Fourier rapide 35. Par exemple, dans l'exemple visé plus haut, les portes dis-tances seront de 150 mètres ou 750 mètres (suivant le mode 20 de modulation) et la bande du filtre Doppler d'environ 100 Hertz. Ceci procure un excellent compromis entre la sensibilité, la distance de détection et le besoin d'éliminer le fouillis. Il est encore observé que le rapport distance/vitesse, dans les signaux reçus, donne le temps de préavis maximum, car en général la vitesse de rapprochement du missile hostile décroît en fonction du temps dans la phase finale. Plus généralement, la largeur minimale de fenêtre distance correspond à la vitesse maximum de, rapprochement du missile multipliée par le temps d'intégration inverse de la bande du filtre Doppler. Et, de son côté, la largeur de bande du filtre Doppler dépend de la décélération maximum du missile pendant le temps d'intégration dans le même filtre Doppler. Les informations ainsi obtenues par le dispositif selon l'invention, au niveau de l'unité de traitement 30, sont envoyées par le bus ECM 31 au processeur central de l'aéronef. Ces informations de détection viennent s'ajouter aux autres informations détenues par le système de contre-mesures. Après reconnaissance de la menace, on définit la tactique la plus judicieuse à employer qui peut être une tactique évasive, un largage de leurres infrarouges et/ou électromagnétiques, la mise en oeuvre d'un éblouissant, ainsi que d'autres moyens connus de l'homme de l'art. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit. On peut tout d'abord rendre plus étroit le lobe de l'antenne d'émission, ce qui confère un gain supérieur. Mais il faut alors plus de temps et de commutation pour explorer une zone donnée de l'espace. Dans le même esprit, l'invention est particulièrement intéressante pour la couverture arrière d'un avion, mais n'est pas limitée à cette application. Par ailleurs, dans le mode de réalisation décrit, trois secteurs angulaires reçus sont traités séquentiellement, à l'aide d'un seul récepteur commuté alternativement sur ces trois directions. Mais, si la vitesse de réaction du dispositif est prépondérante, on peut faire fonctionner l'émetteur en mode entrelacé sur trois fréquences, et prévoir trois récepteurs fonctionnant en permanence. L'homme de l'art comprendra que les organes 10 (et 16) 30 (et 31) ainsi que 40 sont très avantageusement des parties du détecteur- brouilleur. Eventuellement, les organes 21, 22 et 23 sont également des parties du détecteur-brouilleur. Revendications. 1. Dispositif de détection de menaces pour contre-mesures électroniques, caractérisé en ce qu'il comporte, en combi-5 naison: - des moyens d'émission propres à rayonner dans une direction choisie, commutable, un faisceau de rayonnement hyperfréquence modulé en impulsions, - des moyens de réception propres à capter des échos hyperfréquences revenant d'un mobile hostile, et - des moyens de traitement de ces échos pour en tirer l'une au moins des grandeurs comprenant la distance, la vitesse de rapprochement et la direction d'arrivée du mobile hostile. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau émis est situé dans la gamme comprise entre 0,5 et 50 GHz environ, de préférence dans la gamme comprise entre 2,5 et 10 GHz. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens d'émission sont munis d'une antenne à balayage électronique. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de réception, également munis d'une antenne à balayage électronique, permettent l'extraction de la di-rection d'arrivée par comparaison d'amplitudes. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le faisceau d'émission possède une polarisation horizontale. 25 30 35 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, carac- térisé en ce que l'émission est commutable sur au moins deux durées d'impulsion associées à deux facteurs de formes différents, en particulier dans un rapport 5 environ à cadence de récurrence constante, tandis que la fréquence de récurrence est choisie suffisante pour éviter toute ambiguité, compte tenu d'un décalage de fréquence Doppler maximum choisi. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, carac- térisé en ce que l'émission se fait de façon commutable sur au moins trois fréquences différentes, suffisamment espacées pour être décorrélées, tandis que la décision s'effectue par une logique majoritaire sur les échos respectifs à ces trois fréquences. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'émission et la réception se font, de manière correspondante, selon au moins trois directions différentes. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'émission et de réception sont, au moins en partie, ceux du détecteur-brouilleur associé à l'aéronef.