Brevet FR2874268A1 — publié le 20060217

1. La présente invention concerne un moyen de distinction automatique de la cible formée par un véhicule et un pro-cédé d'utilisation d'un appareil radar à balayage continu dans la bande des ondes millimétriques. Un radar dans la bande des ondes millimétriques est une alternative aux systèmes de surveillance par infrarouge. Il présente des avantages par rapport à de tels systèmes en ce sens qu'il est moins affecté par les conditions atmosphériques et, en outre, peut donner facilement une information sur la distan- ce et également assurer facilement la détection d'un mouvement. Sa résolution, par suite de ses longueurs d'onde relativement courtes, est au nains convenable. Dans le passé, un appareil radar nécessitait un personnel spécialisé pour procéder à la distinction et à l'inter- prétation de la signature radar de la cible formée par un véhicule, dans le fouillis d'échos normal d'un écho, le fouillis étant dû tant au bruit du système qu'aux échos dus au sol, aux 2. bâtiments, aux arbres, aux récoltes, à la neige, etc. Par conséquent, la présente invention a pour objet de base la distinction automatique de la cible constituée par un véhicule vis-à-vis d'un fouillis d'échos. Un autre objet de la présente invention est d'obtenir une information sur la position de façon que, lorsqu'une cible est reconnue, on puisse provoquer la manoeuvre d'attaque appropriée et fournir le type d'arme adéquat et les configurations de déploiement convenables. La présente invention a encore pour objet un moyen et un procédé pouvant être utilisés avec les systèmes de radar à ondes millimétriques dans des avions ou des armes capables de voler à vitesse élevée et. à vitesse moyenne. Selon la présente invention, un système de radar à ondes millimétriques et balayage continu comprend, dans un élément de réception, un moyen de discrimination de cible comportant un premier étage de discrimination pour sélectionner seulement les signaux d'écho réfléchis par une zone cible du sol de dimensions prédéterminées et à une distance prédéterminée du système, un second étage de discrimination pour four- nir des signaux indicateurs de cible mobile (ICM) et indicateurs de cible fixe (ICF), représentatifs de la présence dans les signaux d'écho de cibles mobiles et statiques d'un type prédéterminé, respectivement, et un troisième étage de discrimination pour obtenir à partir des signaux ICM et ICF des signaux représentatifs de la présence d'un ou de plusieurs groupes, chacun d'au moins un nombre prédéterminé de cibles de type prédéterminé séparées d'une distance ne dépassant pas une valeur prédéterminée au sol ou tombant dans une sous-zone d'une surface au sol de dimensions prédéterminées. Selon l'invention, dans l'un de ses autres aspects, on, prévoit un procédé de discrimination de cible pour utili- sation avec un appareil radar à ondes millimétriques et ba- layage en continu comprenant les étapes consistant à : - sélectionner à partir des signaux d'écho radar, les signaux dont on s. a3.t=.z.rz=mi=s; ont été réfléchis 35 2874268 6 3. par une zone cible au sol de dimensions et d'une distance par rapport au système prédéterminées; - extraire l'information sur la cible mobile et sur la cible statique en provenance des signaux d'écho relatifs à la présence ou autre des cibles mobile ou statique, respectivement, dans la zone cible au sol, - obtenir à partir de l'information sur la cible mobile et la cible statique une information de groupe représentative de la présence d'un ou de plu- sieurs groupes, chacun d'au moins un nombre prédéterminé de cibles de. type prédéterminé séparées d'une distance ne dépassant pas une valeur prédéterminée au sol ou tombant à l'intérieur d'une sous-zone cible au sol de dimensions prédéterminées, et initialiser des manoeuvres d'attaque appropriées pour choisir des types d'armes et. des configurations de déploiement selon l'information ainsi obtenue. Un appareil radar à.ondes_millimétriques et son moyen associé de discrimination de cible.et un procédé de discrimina- tion de cible selon la. présente invention seront maintenant dé- crits à titre d'exemple seulement et en liaison avec les des- sins d'accompagnement, dans.lesquels La figure 1 est une vue en perspective d'un véhicule volant au-dessus d'un terrain devant être soumis à une surveil- lance radar à ondes millimétriques; La figure 2 est un schéma sous forme de blocs d'un appareil radar dans le véhicule en vol, où la référence 9 représente un oscillateur agile, verrouillé en phase, la référence 19 une commande, la référence 20 un convertisseur à bande latérale unique, les références 21, 22, des premier, second étages d'attaque et la référence 23 un étage de sortie; et La figure 3 est un schéma sous forme de blocs d'un moyen et d'un procédé de discrimination, respectivement porté et exécuté dans le véhicule en vol.. 4. En liaison avec les figures, un avion 1 comprend un appareil radar 2 à ondes millimétriques (fonctionnant à une fréquence comprise entre 60 et 300 GHz, typiquement à une fréquence de 94 GHz) qui transmet un faisceau pulsé 3 avec un angle inclus étroit d'azimut de 0,5 et un angle inclus élevé en élévation compris entre 0,75 et 2,00 . A la hauteur typique d'incursion de faible niveau, l'appareil fournit l'illumination du sol sur une surface 4 d'une longueur de 600 mètres en étendue et de 25 mètres de largeur. Le faisceau procède à un balayage latéral de - 30 par rapport au cap de manière à couvrir dans un balayage une surface au sol 5 de 600 mètres par 3 kilomètres en 1 seconde. Les impulsions ont une largeur de ns à une fréquence de 40 KHz. Cependant, la fréquence du f aisceau transmis varie de préférence dans une certaine plage de fréquence (sous l'effet de l'oscillateur 9, figure 2) pendant la séquence d'impulsions dans la période de repos momentané du faisceau au cours du balayage comme aide 'à la discrimination. de la cible. L'appareil comporte. un moyen, non représenté, pour effectuer la stabilisation. du sol., c'est-à-dire que le faisceau est maintenu par ce moyen à l'angle de dépression correct pour l'inclinaison du terrain local. Le moyen comprend des portes pour distance lointaine et. rapprochée; les signaux respectifs d'écho radar transmis par les portes sont l'objet d'une moyen- ne pendant une durée. d'environ 0,2 seconde et comparés dans un amplificateur différentiel de manière à fournir un signal de différence qui est lui-même utilisé pour alimenter une commande d'élévation de faisceau afin d'essayer de réduire à zéro le signal de différence. Le faisceau est de préférence transmis à un angle de polarisation de, par exemple 45 , pour toutes les impulsions mais, en variante, peut être transmis dans, par exemple, des polarisations horizontale et verticale en impulsions consécutives. Quoi qu'il en soit, le signal d'écho reçu est séparé en signaux linéaires polarisés. .00 lement 10, 11 (figure 2) 5. qui représentent respectivement les signaux polarisés horizontal (H) et vertical (V). Ces signaux polarisés sont séparés dans des canaux distincts d'un récepteur R, par exemple, en utilisant des agencements séparés à guide d'onde et quasi-opti- que de polarisation linéaire. Les deux canaux du récepteur contenant les signaux 10, 11 sont amenés à suivre le changement de fréquence indiqué antérieurement avec une préci- sion qui permet d'assurer que le signal reçu tombe dans une largeur de bande étroite à fréquence intermédiaire (FI). Les signaux jumelés polarisés orthogonalement 10, 11 des deux canaux du. récepteur sont filtrés de manière à améliorer le rapport signal/bruit, puis sont appliqués à un moyen de conversion en phase et en. quadrature 12 qui fournit des paires respectives de signaux à bande de base HIVI et HQVQ. Le symbole H continue à indiquer la polarisation horizontale, et le symbole V la polarisation verticale. A partir de ces signaux à bande de,base, on obtient certains paramètres, appelés paramètres de Stokes, dont certains ou la totalité sont ensuite traités simultanément pour fournir une indication de. cible mobile(ICM) et une indication de cible fixe (ICF). Il est important de noter que, lorsque la fréquence du faisceau transmis varie dans une plage de fréquence comme on l'a mentionné ci-dessus, les paramètres de Stokes varient eux-mêmes. Les paramètres de Stokes sont obtenus dans le bloc 13 (figure 3) en utilisant la matrice de dispersion standard sui-vante: CHH CHV CVH CVV En utilisant une polarisation linéaire de transmission de 45 et un récepteur linéaire à canal double, les 35 L r 2874268 6 6. entrées aux canaux H et V sont données par: H C C 1 HH HV V C C 1 VH VV J Les valeurs complexes de H et V sont combinées pour former la matrice de. cohérence: HH* HV* VH* VV* D'après la matrice de cohérence, on obtient les para-mètres de Stokes:' So = HH* + .ÉVV* SI = HE* - VV* S2 = HV* + VH* S3 = -j (HV* - VH*) En termes de signaux à bande de basa de radar H = HI + j HQ V = VI + j VQ Pour effectuer l'indication d'une cible mobile, si une telle cible est présente, seul le paramètre de Stokes So parmi les quatre paramètres énumérés est utilisé dans le pré-sent mode de réalisation. Mais, on doit développer tout d'abord les paramètres ICM (comme illustré par le bloc 14). Dans le cas de systèmes radar non cohérents, ces paramètres fournissent, à titre d'exemple, deux filtres disposés de façon que si la sortie du premier (Filtre 1) dépasse celle du second (Filtre 2) d'un montant prédéterminé, une cible mobile est déclarée par le bloc ICM représenté en 15. Les considérations à l'appui de cet agencement sont les suivantes: - Si l'appareil radar transmet à une fréquence f de cible se dénlaçG.nie à une vite Nport au radar, la fréquence s échos se décalera à f 2V, où a est la longueur Fonde; - si une seconde cible, de même emplacement que la première, se déplace à une vitesse 2 par ar rapport au radar, la fréquence d,e son écho passera alors à f 2V2,/X; - les deux signaux seront ajoutés dans le récepteur et l'amplitude détectée du signal composite indi- quera une fréquence battement de 2(V1 - V2)/>,. En mesurant la puissance dans cette fréquence battement, il est possible détecter la présence du mouvement relatif entre des éléments réfléchissants situés au même endroit. Par exemple, un char se déplaçant sur le sol, ou les chenilles d'un char se déplaçant par rapport à sa caisse. Le résultat est indépendant du mouvement de la part de la plate-forme radar. Un auto-étalonnage est obtenu en surveillant la puis- sance dans une partie du spectre de fréquence où aucune fré- quence de battement ne se trouve et en la comparant à la partie du spectre ou se trouvent des fréquences de battement. Comme on 1' indiqué ci-dessus, parmi les quatre 25 paramètres de Stokes, seul So est utilisé. Si = fréquence ae battement probablement a imum provo- cause des vision, du mouvement manière à se VI - a IO effets nana de cibi, s fixes (supérieure à zér in de la ligne du vent, etc.), et fréquence égale à alors les deux filtres sont agencés mani avoir bandes passantes suivantes N'passar e allant fi bande 1 2874268 6 8. Le signal So provenant de chaque porte de distance est appliqué simultanément à chaque filtre et la sortie de chacun d'eux est redressée puis filtrée en passe-bas avec une largeur de bande inférieure à fl/2. Les deux résultats sont alors comparés. De nouveau pour réitérer, si la sortie du filtre 1 dépasse celle du filtre 2 suivant une quantité prédéterminée, une cible mobile. est déclarée. Les sorties des deux filtres peuvent être utilisées pour produire l'identification de chenilles ou de roues, car la première a tendance à produi- re un signal ICM plus puissant. Pour effectuer l'indication d'une cible fixe, dans le cas où. elle serait présente, les quatre paramètres de Stokes sont utilisés dans i.e présent mode de réalisation.. Mais, tout d'abord, les paramètres ICF (comme cela est illustré par le bloc 16 en figure 3) doivent être développés. Les valeurs des quatre paramètres de Stokes sont mesurées dans chaque porte de distance et pour chaque impulsion. L'intégration sur N impulsions donne des valeurs. moyennes pour chaque porte de distance. N S = 1 E Sd N _ __ 1 E S S1 N 1 1 etc. Les valeurs de Sl, S2 et S3 - sont normalisées par division par So, et So lui-même est réduit à une valeur logarithmique. Ao = Log- (S- o) Al = Sl/So A2 = -S- /-S- A3 = S3/So sont effectués de manière à donner des valeurs à 4 bits, et celles-ci sont alors enchaînées pour produire un 30 9. mot de 16 bits avec lequel une mémoire est adressée. L'adresse de mémoire contient une mesure de "l'apparence d'un char" ou "l'apparence d'un fouillis d'échos", d'une cible quelconque avec cet ensemble Ao, Al, A2, A3: Les mesures stockées dans la mémoire sont obtenues à partir d'une analyse statistique des données recueillies par un radar similaire à celui utilisé dans le système opérationnel de détection de cible. Dans sa forme la plus simple, la mémoire permet de donner à partir.du bloc 17 une indication directe OUI OU NON. Cependant, une valeur numérique exprimant le degré auquel la cible ressemble à un char ou à un fouillis d'échos est la sortie préférée. On peut envisager les mesures stockées sous forme d'une série d'empilages se chevauchant de deux ensembles dimensionnels, chaque empilage contenant une information sur des données collectées à partir des échos sur certains types de cible, par exemple des arbres, des bâtiments et des véhicules blindés de tous types. Dans une dimension, la puissance de pola- risation est enregistrée et dans l'autre la phase relative de polarisation. L'empilage est formé de, par exemple, dix niveaux de sections radar dans une bande d'onde donnée. Une sortie du bloc 15 ou 17 indique une probabilité élevée de la présence d'un véhicule blindé dans la région balayée, mais pour être absolument définie, une autre procédure de discrimination est effectuée. Cela a pour but d'effectuer une indication d'un groupe de ces cibles, si un tel groupe est présent. Cela est représenté par le bloc 18 en fi- gure 3. Des cibles blindées se manifesteront rarement à titre unique et lorsque tel est le cas, elles présentent peu d'intérêt pour les systèmes aéroportés destinés à contenir un as-saut de blindés. Ce qu'on entend par groupe blindé minimum dans ce contexte est une compagnie de chars,. dont typiquement 5 ou 6 10. pourraient être visibles, le reste étant abrité par les particularités du sol. Le problème d'identification se réduit par conséquent à un problème de distinction entre groupes blindés et groupes de fouillis d'échos, étant donné une identification sur les éléments individuels via les processus ICM et ICF soulignés précédemment. La probabilité d'un résultat correct est nette-ment améliorée en comparant les identifications placées sur des cibles voisines. Le système radar peut, avec chaque balayage complet de son antenne, produire une mappe de haute résolution du terrain local. Une telle mappe peut être traitée très rapide-ment pour localiser toutes les cibles dont la valeur -S-0 est supérieure à celle de son environnement immédiat et passe un seuil approprié. Pour chaque cible de cette sorte, une caractéristique ICM et ICF serait également disponible. La mappe est alors étudiée quant à la présence de groupes locaux de, par exemple, 5 cibles ou plus à un espace-ment ne dépassant pas 100 m, qui indique que: (a) une ICM positive (des caractéristiques élevées suggèrent des chenilles) ou (b) une ressemblance globale de char ICF acceptable. Lorsque ceci. se produit, un signal d'attaque est développé en même temps qu'une information sur la position.Par 25 exemple, le centre de gravité d'un groupe et la direction de son axe principal de façon qu'une manoeuvre d'âtitaque? optimum puisse être lancée. Des configurations de déploiement optimum des armes pourraient être également calculées. Pour résumer, le système de détection automatique de cible décrit précédemment comporte une technique de dis- crimination à trois stades pour les échos radar, à savoir: - au niveau section radar, plus des effets du mou- vement et/ou des effets de polarisation et enfin l'identification du groupe, les trois stades contribuant à un niveau très 2874268. 11. élevé de distinction en temps réel des cibles à partir d'un fouillis d'échos de fond. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de varian- tes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 12. REVENDICATIONS 1 - Système radar de balayage en continu à ondes millimétriques comprenant, dans son élément récepteur, un moyen de distinction de cible ayant un premier étage de discri- mination pour sélectionner seulement les signaux d'écho renvoyés par une zone cible au solLayant des dimensions et une distance par rapport au système prédéterminées, un second étage de discrimination pour fournir des signaux d'indication de cible mobile (ICM) et d'indication de cible fixe (ICF) représentatifs de la présence dans les signaux d'écho de cibles mobiles et statiques d'un type prédéterminé, respectivement, et un troisième étage de discrimination pour obtenir à partir des signaux ICM et ICF des signaux de détection représentatifs de la présence d'un ou de plusieurs groupes,. chacun d'au moins un nom- bre prédéterminé de cibles de type prédéterminé séparées par une distance ne dépassant pas une valeur prédéterminée sur le sol ou à l'intérieur d'une sous-zone. cible au sol de dimensions prédéterminées. 2 - Système radar selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le premier étage de discrimination compor- te un moyen pour effectuer une stabilisation du sol comme défi-ni ci- dessus et comprend des portes de distance. lointaine et proche connectées pour recevoir des signaux d'écho, un moyen pour procéder à une moyenne dans letemps et comparer des signaux de sortie des portes de distance afin de fournir un signal de différence et un moyen de commande de l'élévation du faisceau radar répondant au signal de différence pour diriger le signal radar transmis de manière à tendre à réduire à -zéro le signal de différence. 3 - Système radar selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le second étage de discrimination comprend un moyen pour séparer des signaux d'écho en deux canaux selon leur contenu en polarisation horizontale ou verticale, des moyens de conversion en phase et en quadrature pour fournir des paires respectives de signaux à 13. vade base à composantes horizontale et verticale en phad se et en quadrature, et un moyen généra',-on de paramètres de Stokes pour calculer les paramètres de Stokes Sc, Si, S2 et S3 et pour produire des signaux correspondant aux paramètres de Stokes en utilisant des combinaisons prsdéterr4inées des signaux à bande de base. 4 - Système radar selon la revendication 3, caractérisé en ce que les signaux 1CM sont obtenus à la sortie d'un circuit comparateur connecté de manière à comparer les sorties de deux filtres à bande passante, chacun alimenté simultané- ment avec le signal du paramètre de Stokes So, l'un des filtres ayant une bande passante allant de fl à (f2 f1) /2 et l'autre filtre ayant une bande passante allant de (f2 fl)/2 à f2. - Système radar selon la revendication 3 ou la revenication caractérisé en ce que les signaux ICP sont obte- nus à partir des valeurs dont on e fait la moyenne dans le temps de chacun des paramètres Stokes So, SI, S2, S3, et en ce que le système comporte en outre un moyen de stockage de données pour stocker des ensembles de valeurs dont on a fait la moyenne dans le temps et des valeurs correspondantes d'identification du type de cible fixe, et un moyen pour comparer continuellement des valeurs dont on a fait la moyenne dans le temps, mesurées couramment, aux ensembles stockés et pour oroduire un signal ICr enzo-on''ié chaque fois qu'il y e correspondance entre les valeurs mesurées couramment et une valeur de l'ensemble stocké d,e valeurs. 6 - Système radar selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le troisième étage discrimination comporte un moyen répondant à l'acquisition simultanée de signaux 1CM et ICF représentatifs d'un nombre prédéterminé de cibles d'un typé prédéterminé dans des groupes locaux n'occupant pas plus qu'une zone prédéterminée sépa- rée d'une distance ne passant pas valeur prédéterminée au sol pour lancer une manoeuvre eptis-sm d'attaque ou pour c. ?culer une configuration optimum de déploiement. 14. 7 - Procédé de distinction de cibles pour utilisation avec des systèmes radar de balayage continu à ondes millimétriques, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à sélectionner parmi les signaux d'écho radar les si- gnaux dont on sait qu'ils ont été réfléchis par une surface cible au sol ayant des dimensions et une distance par rapport au système prédéterminées, extraire une information sur des cibles mobiles et des cibles fixes à partir des signaux d'écho relatifs à la présence ou autre de cibles mobiles ou statiques, respectivement, à l'intérieur de la zone cible au sol; obtenir à partir de l'information sur les cibles mobiles et les cibles fixes une information de groupe représentative de la présence d'un ou plu-sieurs groupes, chacun d'au moins un nombre prédéterminé desdites cibles de type prédéterminé sépafées par une distance ne dépassant pas une valeur prédéterminée au sol ou tombant à l'intérieur d'une sous-zone de la zone cible au sol de dimensions prédéterminées, et amorcer des manoeuvres d'attaque appropriées ou choisir des types d'armes et des configurations de développement appropriés selon l'information ainsi obtenue.