Brevet FR2887340A1 — publié le 20061222

La présente invention concerne un procédé pour l'amélioration de la résolution angulaire d'un radar de poursuite par balayage angulaire, ainsi qu'un tel radar notamment destiné au guidage d'un missile. On sait que certains missiles sont équipés d'un système radar permettant, d'une part, la détection de cibles et, d'autre part, après un éventuel choix parmi plusieurs cibles potentielles, le guidage automatique dudit missile vers la cible choisie. Un tel radar est généralement pourvu d'une antenne rotative permettant de balayer angulairement l'espace en avant dudit missile afin d'effectuer une recherche de cible. Or, dans un radar de ce type, la résolution angulaire, c'est-à-dire le pouvoir séparateur, est voisine de la largeur à - 3 dB du lobe principal de l'antenne, cette largeur étant, elle-même, proportionnelle à la longueur d'onde du signal radar, et inversement proportionnelle au diamètre de l'antenne. Du fait que ces paramètres sont le plus souvent imposés par d'autres caractéristiques du système radar, telles que technologie, puissance, encombrement, etc..., la résolution angulaire d'un tel radar est généralement médiocre. On compense habituellement cette médiocrité de la résolution angulaire par une bonne résolution en distance et/ou en vitesse (Doppler). Cependant, dans certains cas, il est souhaitable de disposer d'une meilleure résolution angulaire. C'est par exemple le cas, lorsqu'une cible est accompagnée d'un leurre, très proche d'elle, de sorte que le radar ne peut distinguer la cible du leurre et généralement ne peut atteindre cette cible. Dans leur article "MONOPULSE AZIMUTH RESOLUTION IMPROVEMENT APPLIED TO RADAR IMAGES" paru dans "CONFERENCE PROCEEDINGS MILITARY MICROWAVES' 84", Pileih CHEN et Mark HAERLE proposent, afin d'augmenter la résolution angulaire d'un radar, soit de remplacer le signal somme E2 du radar par un signal E(E - L) obtenu par soustraction entre le signal somme et le signal différence (méthode dite C S M, Chanel Substraction Method), soit de pondérer le signal somme par un facteur dépendant du signal différence (méthode dite C W M, Chanel Weighting Method). Ces deux méthodes sont aisées à être mises en oeuvre, soit numériquement, soit de façon analogique. Toutefois, l'amélioration de résolution angulaire obtenue par la méthode C S M ne peut excéder un coefficient 2. La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient et de réaliser un système radar utilisant le signal E(E - L) et permettant d'obtenir une résolution angulaire au moins égale au dixième de la largeur du lobe principal d'antenne à - 3 dB, tout en étant peu dépendante des fluctuations de niveau des échos. A cette fin, selon l'invention, le procédé pour l'amélioration de la résolution angulaire d'un radar de poursuite du type comportant une antenne rotative à balayage angulaire, une voie pour le signal somme E, une voie pour le signal différence 4 et des moyens de calcul délivrant le signal S =E (E - A) en fonction de l'angle de balayage de ladite antenne, est remarquable: - en ce que, dans une étape préliminaire par exemple réalisée en usine, on détermine la largeur dudit signal S qui est positive face à un écho ponctuel; et - en ce que, dans une étape de détection d'échos, on détermine les positions angulaires des deux passages par zéro dudit signal S et on calcule les positions angulaires de deux éventuels échos entre lesdits passages par zéro, respectivement en ajoutant et en soustrayant auxdites positions angulaires de ceux-ci, la moitié de ladite largeur du signal S. Comme on le verra par la suite, la présente invention est basée sur le fait que ledit signal S =E (E - 4) présente deux passages à zéro (correspondant approximativement aux passages à - 3 dB du signal E) et que, de part et d'autre de ces passages par zéro, le signal S présente soit des valeurs faiblement négatives, soit des valeurs fortement positives. Ainsi, grâce à l'invention, on peut détecter deux échos qui ne seraient pas séparés autrement, à cause de la médiocre résolution angulaire de ce type de radar. Si les positions angulaires d'échos, ainsi calculées sont très proches, par exemple distantes de moins de 1/10ème de la largeur du signal somme E à - 3 dB, on peut consi- dérer qu'il n'y a qu'un seul écho. Eventuellement, par interpolation, en utilisant le signal somme E, on peut rechercher s'il existe un troisième écho entre deux échos dont les positions angulaires ont été calculées, comme il vient d'être indiqué, en comparant le signal Z théorique que l'on aurait dû obtenir à partir de deux échos avec le signal Z réel. De façon connue, on effectue la mesure desdits signaux somme Z et différence t pour une pluralité de valeurs successives discrètes d'angle de balayage d'antenne. Il est alors avantageux que, dans ladite étape préliminaire, on détermine, de plus, les pentes moyennes respectives dudit signal S de part et d'autre de ses passages par zéro et que, dans ladite étape de détection d'échos, en vue de déterminer les positions angulaires des deux passages par zéro dudit signal S, on détecte les changements de signe dudit signal S et on calcule les positions angulaires desdits passages par zéro à l'aide desdites pentes moyennes et des valeurs positive et néga- tive dudit signal S encadrant chacun desdits passages par zéro. La présente invention concerne également un radar de poursuite du type comportant une antenne rotative à balayage angulaire, une voie pour le signal somme Z, une voie pour le signal différence L\ et des moyens de calcul délivrant le signal S = E (Z - ) en fonction de l'angle de balayage de ladite antenne, ce radar étant remarquable en ce qu'il comporte: - des moyens de mémoire pour stocker la valeur de la demi- largeur dudit signal S positive face à un écho ponctuel; et - des moyens de calcul supplémentaires pour déterminer les valeurs angulaires des deux passages par zéro dudit signal S et pour calculer les positions angulaires de deux éventuels échos entre lesdits passages par zéro, respectivement en ajoutant et en soustrayant auxdites positions angulaires de ceux-ci, ladite demi-largeur dudit signal S. De préférence, lesdits moyens de mémoire comportent également les pentes moyennes respectives dudit signal S de part et d'autre de ses passages par zéro et ledit radar comporte de plus un détecteur de signe du signal S. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue schématique montrant un missile équipé d'un radar selon l'invention. La figure 2 donne le schéma synoptique d'un radar conforme à l'invention. Les figures 3, 4, 5a, 5b et 5c sont des diagrammes illustrant l'invention. Les figures 6 et 7 sont des vues agrandies indiquant 25 la détermination par calcul des passages par zéro du signal S. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement, en vue de dessus, un missile 1 d'axe longitudinal L-L se déplaçant sous l'action de moyens non représentés. Ce missile est pourvu d'organes 2, par exemple des gouvernes, susceptibles de modifier sa direction, sous la commande d'un système de détection et de guidage 3, incorporant un système radar, dont seule l'antenne 4 est représentée. L'antenne 4, de type monopulse, est montée pivotante autour d'un axe 5 (orthogonal au plan du dessin) et son axe A-A est mobile entre deux positions extrêmes AG et AD, de part et d'autre de l'axe longitudinal L-L du missile 1. Ainsi, l'antenne 4 balaye angulairement, de façon alternative, le champ C, disposé en avant du missi-le 1 et délimité par les lignes AG et AD. On a désigné par a, l'angle instantané de l'axe A-A de l'antenne 4 par rapport à l'axe longitudinal L-L du missile et par G, l'angle instantané de l'axe A-A de l'antenne 4 avec la direction D d'une cible T. Lorsqu'aucune cible n'est présente dans le champ C, l'antenne 4 balaye celui-ci, de façon continue, alternativement de AG vers AD et de AD vers AG. Lorsqu'une cible T apparaît, et que cette cible est reconnue et/ou choisie (de façon connue et non représentée) par le système 3 pour être détruite, ledit système 3 asservit le missile 1 en direction de ladite cible. Comme le montre schématiquement la figure 2, le système de détection et de guidage 3 comporte, entre autres, un système radar comprenant: - un émetteur 6, émettant par la voie (ou canal) somme et relié à l'antenne 4, à travers un circulateur 7; - un récepteur 8, recevant le signal somme E du circulateur 7 et le signal différence L de l'antenne 4; - un convertisseur analogique-numérique 9, recevant les signaux E et L et les adressant, sous forme numérique, à un extracteur radar 10; - un calculateur de traitement 11, recevant les signaux numériques Z et L de l'extracteur radar 10, pilotant l'émetteur 6 et le récepteur 8 et calculant le signal S = E(E - L.) qu'il délivre à sa sortie 12; - des moteurs d'antenne 13, commandés par le calculateur de traitement 11; - un détecteur de signe 14, qui reçoit le signal S et l'adresse à un calculateur supplémentaire 15; - une mémoire 16; et - un dispositif 17 pour la commande des gouvernes 17. Au cours de sa rotation, l'antenne 4 fournit des valeurs successives discrètes des signaux Z et pour des positions angulaires successives, par exemple distantes les unes des autres de 1 . Le détecteur 14 indique au calculateur 15 le signe des échantillons du signal S qu'il reçoit. Le calculateur 15 utilise les échantillons du signal S et les données emmagasinées dans la mémoire 16 pour déterminer les positions angulaires al et a2 de cibles, qui sont adressées au dispositif de commande 17. Celui-ci peut recevoir du récepteur 8 d'autres informa- tions d'écartométrie en fonctionnement usuel. Le dispositif 17 commande les gouvernes 2 pour diriger le missi-le 1 vers l'écho corresponpondant à l'une des positions angulaires al ou a2 et qu'il choisit de façon connue en fonction des critères préemmagasinés. De façon connue, en fonction de l'angle G, les signaux somme E et différence L\ délivrés par le récepteur 8 en présence d'une cible T ont l'allure représentée sur la figure 3 (échelle en dB). Ces signaux E et 0 se coupent au voisinage du niveau - 3 dB et, également de façon connue, la résolution angulaire du système radar est approximativement égale à 20o, qui représente la largeur entre l'intersection des deux courbes E et L Par suite, si le calculateur de traitement 11 forme le signal Ex ( E - Li), on obtient le signal S montré par la figure 4 (échelle linéaire). Le signal S comporte un lobe positif central sl et deux prolongements latéraux s2 faiblement négatifs. Les passages par zéro du signal S s'effectuent aux valeurs Oo et - Go et l'on doit remar- quer que, au voisinage de chacun de ces passages à zéro, la pente du lobe positif central sl est beaucoup plus grande (au moins trois fois) que celle des prolongements latéraux négatifs s2. On doit remarquer de plus que, pour plusieurs échos indépendants (sans relation de phase), la courbe S résultante est la somme des courbes S élémentaires correspondant à chacun des échos, et que, du fait de la forme desdites courbes élémentaires, l'influence sur la courbe résultante est faible au-delà de G o à partir de chaque écho; de ce fait, chaque passage à zéro de la courbe résultante ne dépend, en première approximation, que de l'écho le plus proche; comme, de plus, E et L\ sont corrélés en niveau pour un écho donné, le passage à zéro de S est pratiquement indépendant des fluctuations. Ainsi, si au cours de son balayage angulaire autour de son axe 5, l'antenne 4 détecte une première cible isolée T1 (non montrée sur la figure 1), dont la position angulaire correspond à la valeur al de l'angle a, le calculateur 11 délivrera à sa sortie 13 le signal S1 montré par la figure 5a, centré sur la valeur a 1 et passant par zéro aux points M1 et M2 correspondant aux valeurs al - G o et al + Go. De même, si une seconde cible isolée T2 (non représentée sur la figure 2), dont la position angulaire correspond à la valeur a2 de l'angle a, est détectée, le calculateur 11 délivrera à sa sortie 13 le signal S2 montré par la figure 5b, centré sur la valeur a2 et passant par zéro aux points M3 et M4 correspondant aux valeurs a2 -Go et a 2 + G o. En revanche, si les valeurs al et a2 sont proches l'une de l'autre, c'està-dire si les cibles T1 et T2 sont angulairement proches, les signaux S1 et S2 ne sont plus distincts, mais sont combinés en un seul signal S3, délivré par le calculateur 11. Ce signal S3 passe des valeurs négatives aux valeurs positives au point Ml correspondant à la valeur a 1 -Go et des valeurs positives aux valeurs négatives au point M4 correspondant à la valeur a 2 + 0 o. On voit ainsi que si l'on détecte les valeurs angulaires al - 0 o et P(2 + 0 o des points M1 et M4 de passage par zéro, on peut déterminer les positions angulaires al et a2 de deux échos proches, à la condition que l'on ait préalablement déterminé la valeur Go, attachée au signal S. Les figures 6 et 7 illustrent une méthode pour déter- miner les positions angulaires des points M1 et M4. Grâce au dispositif 14, il est possible de déterminer le couple de points de mesure consécutifs Mi, Mi+l entre lesquels le signal S change de signe, en passant des va-leurs négatives aux valeurs positives. Au point de mesure Mi, de position angulaire ai, la valeur du signal S, cal-culée par le calculateur 11 est négative et est égale à Si. Inversement, au point de mesure Mi+l, de position angulaire ai+l, la valeur du signal S, calculée par le calculateur 11 est positive et égale à Si+l. Si les por- tions du signal S, immédiatement de part et d'autre du point M1 sont assimilées à des portions de droites di ou di+1 dont les pentes respectives pi et pi+1 sont égales aux pentes moyennes des portions du signal S correspondantes, on voit qu'il est facile, pour le calculateur 15 de calculer la position angulaire al-0o du point M1. En effet, en posant Pi = ko, on voit alors que (avec Pi+1 MiMi+l = 1) Mi M1 = Si Si-ko. Si+l Connaissant, ai on détermine donc al par l'expression Si al =Si-ko. Si+1 +0o + a i Comme l'illustre symétriquement la figure 7, a2 est donné par a2 = aj+1 - Sj+1 Sj+1-ko.Sj - eo Ainsi, si les valeurs 0 o et ko caractéristiques de l'antenne sont emmagasinées dans la mémoire 16, le calculateur 15 est capable de déterminer facilement al et a2 à partir de Si, Si+l, Sj et Sj+l. On voit donc que, grâce à la présente invention, il est possible de distinguer deux échos, dont la distance angulaire est inférieure à la résolution angulaire 20o du radar utilisé. De plus, il est aisé d'estimer par le calcul le niveau de ces échos à partir des mesures du signal Z et des valeurs al et a2. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour l'amélioration de la résolution angulaire d'un radar de poursuite du type comportant une antenne rotative (4) à balayage angulaire, une voie pour le signal somme E, une voie pour le signal différence / et des moyens de calcul (11) délivrant le signal S =E(E - L) en fonction de l'angle de balayage ( ) de ladite antenne, caractérisé en ce que, dans une étape préliminaire par exemple réalisée en usine, on détermine la largeur (20o) dudit signal S qui est positive face à un écho ponctuel; et - en ce que, dans une étape de détection d'échos, on détermine les valeurs angulaires des deux passages par zéro dudit signal S et on calcule les positions angulaires ( al et a2) de deux éventuels échos entre lesdits passages par zéro, respectivement en ajoutant et en soustrayant auxdites positions angulaires de ceux-ci, la moitié ( o) de ladite largeur du signal S. 2 - Procédé selon la revendication 1, selon lequel on effectue la mesure desdits signaux somme E et différen- ce L pour une pluralité de valeurs successives discrètes d'angle de balayage d'antenne, caractérisé en ce que, dans ladite étape préliminaire, on détermine, de plus, les pentes moyennes respectives dudit signal S de part et d'autre de ses passages par zéro et que, dans ladite étape de détection d'échos, en vue de déterminer les positions angulaires des deux passages par zéro dudit signal S, on détecte les changements de signe dudit signal S et on calcule les positions angulaires desdits passages par zéro à l'aide desdites pentes moyennes et des valeurs positive et négative dudit signal S encadrant chacun desdits passages par zéro. 3 - Radar de poursuite comportant une antenne (4) rotative à balayage angulaire, une voie pour le signal somme E, une voie pour le signal différence A et des moyens de calcul (11) délivrant le signal S = E (E A) en fonction de l'angle de balayage de ladite antenne, caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens de mémoire (16) pour stocker la valeur (G o) de la demi-largeur dudit signal S qui est positive face à un écho ponctuel; et - des moyens de calcul supplémentaires (17) pour déterminer les valeurs angulaires des deux passages par zéro dudit signal S et pour calculer les positions angulaires de deux éventuels échos entre lesdits passages par zéro, respectivement en ajoutant et en soustrayant auxdites positions angulaires de ceux-ci, ladite demi- 20. largeur dudit signal S. 4 - Radar selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de mémoire comportent également les pentes moyennes respectives dudit signal S de part et d'autre de ses passages par zéro et ledit radar comporte de plus un détecteur de signe (14) du signal S.