Brevet FR2915288A1 — publié le 20081024

Procédé de dépollution de signaux pour un antibrouillage centralisé La présente invention concerne un procédé de dépollution de signaux pour un antibrouillage centralisé. Elle s'applique notamment aux systèmes radars, notamment aux systèmes radars aéroportés. Les évolutions techniques en matière de radar ont permis d'évoluer vers la réalisation de radars multivoies, c'est à dire des radars utilisant plusieurs sous-réseaux d'antennes. Ce type de radar permet notamment de faire de la formation de faisceaux par le calcul et offre une meilleure capacité d'antibrouillage que les radars à antenne unique. Généralement, les systèmes d'antibrouillage associés aux radars multivoies appliquent un coefficient de pondération w; à chacun des signaux x; issus des N sous-réseaux d'antennes avant de les combiner pour former une voie somme y selon la formulation suivante : N N Y ù wH X reçu ù wi xi ù E Yi , (1) i=l Xreçu étant le vecteur formé des N signaux x;, OH étant l'opérateur hermitien. Le vecteur de filtrage w contenant les coefficients de pondération w; est déterminé par un algorithme d'antibrouillage en vue de diminuer le gain de l'antenne dans les directions d'arrivée des signaux indésirables, tout en respectant un certain nombre de contraintes permettant de conserver une bonne réception du signal utile. Un inconvénient majeur de ce procédé d'antibrouillage est la perte de la caractéristique multivoies du radar, puisque seule la voie somme y est dépolluée. Les signaux yi issus de chaque pondération wi.xi des sous-réseaux d'antennes ne sont pas réutilisables séparément, privant ainsi l'utilisateur du radar des nombreuses possibilités de traitements adaptatifs spatio-temporels, applicables notamment à la détection de cibles mouvantes et à l'imagerie par radar à synthèse d'ouverture. D'autre part, du point de vue de l'architecture d'un système et plus particulièrement de ses interfaces, ce procédé d'antibrouillage n'est pas transparent car il transforme un ensemble de N signaux en un seul signal de sortie. La mise en oeuvre d'un tel procédé au sein d'une chaîne de réception radar multivoies existante peut notamment restreindre les possibilités d'ajout de dispositifs d'exploitation en aval puisqu'elle modifie le nombre de sorties. Des méthodes sont connues pour produire en sortie d'un dispositif d'antibrouillage autant de voies dépolluées que de sous-réseaux d'antennes. II s'agit de calculer selon un algorithme itératif les coefficients de pondération de chacune des voies dépolluées. Cependant, les contraintes de fonctionnement en temps réel étant souvent requises sur les systèmes radar, cette méthode nécessite des moyens de calcul considérables et n'est par conséquent pas compatible avec les limites matérielles inhérentes aux systèmes embarqués. Dans le cas d'un antibrouillage classique sur un système radar à N sous-réseaux d'antennes, on peut, à partir d'une matrice de covariance de bruit T de dimension N x N, déterminer un vecteur w de filtrage permettant de réduire le gain de l'antenne dans les directions des signaux brouilleurs. La matrice de covariance T est par exemple établie lors d'une phase d'écoute sans émission préalable d'impulsions par le radar. La puissance Po reçue par le radar après pondération des voies des sous-réseaux par le vecteur w de filtrage est alors : Po=wFw On peut alors utiliser l'algorithme Linear Constraint Minimum Variance ou LCIV1V, proposé par Frost en 1972, pour minimiser cette puissance de sortie Po tout en préservant un diagramme d'antenne permettant une réception satisfaisante des signaux utiles. Ainsi, la recherche du vecteur de filtrage w peut être formulée comme un problème de minimisation sous contraintes exprimé sous la forme suivante : 1Po =min(w•T•w) W avec CH w=f où la matrice C de dimension N x ne représente les ne contraintes à satisfaire pour préserver le diagramme d'antenne, le vecteur f de dimension ne contient les valeurs de contraintes. Les contraintes peuvent notamment se traduire par la conservation d'un gain suffisant dans la direction d'observation du radar et par le contrôle du niveau des lobes secondaires du diagramme d'antenne. L'objectif du traitement d'antibrouillage étant d'augmenter le rapport signal à bruit du signal utile, il faut en effet veiller à diminuer l'amplitude des signaux brouilleurs sans altérer la réception des signaux recherchés. La solution obtenue en utilisant les multiplicateurs de Lagrange donne : w=r-' .0 (CH .r-' .C) ' .f (2) c'est à dire en appliquant l'opérateur hermitien : (3) wH=fH.(cH.r-1.c)' CH .r-1 L'expression (3) est un vecteur de filtrage w" connu de l'homme du métier pour appliquer un traitement d'antibrouillage classique. Le procédé d'antibrouillage selon l'invention permet notamment de fournir autant de voies d'antennes dépolluées que de sous-réseaux avec des besoins en calcul limités. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de filtrage du bruit sur des signaux x; reçus par un radar à N sous-réseaux d'antennes utilisant une matrice de covariance F du bruit capté par les sous-réseaux, chaque sous-réseau recevant un signal x;, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes : o calculer des coefficients Mu d'une matrice M, i et j variant de 1 à N, à partir de la matrice de covariance de bruit F, d'un vecteur de pondération wr représentant un diagramme d'antenne souhaité à la réception en environnement non pollué, et de ne contraintes de préservation de la forme de ce diagramme d'antenne, lesdites contraintes étant représentées par une matrice C de dimension N x n~ et par un vecteur f de dimension nc, la matrice M étant égale à : wr _ _ fH (CH . 1,-1 Cr CH r-1 H wr • wr o effectuer le produit de la matrice M par le vecteur xreçu formé des 30 signaux reçus x;, le vecteur résultant étant étant formé des N signaux x;' filtrés. Avantageusement, le produit de la matrice M par le vecteur Xreçu est parallélisé en plusieurs produits scalaires effectués entre une ligne de la matrice M et le vecteur Xreçu. Selon une variante de l'invention, la matrice M est recalculée 5 périodiquement pour suivre la configuration de brouillage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée donnée à titre d'exemple et non limitative qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : 10 ^ l'unique figure, une illustration du procédé de dépollution de signaux selon l'invention. Par la suite, les signaux indésirables sont assimilés à du brouillage et les traitements mis en œuvre pour les contrer sont qualifiés 15 d'antibrouillage . L'invention est également applicable à la dépollution de voies d'antennes captant d'autres types de signaux indésirables. En l'absence de signaux brouilleurs, le diagramme d'antenne souhaité par l'utilisateur du radar est obtenu par l'application d'un vecteur de pondération au repos mir sur les signaux x; captés par les sous-réseaux 20 d'antennes. Autrement dit, sans brouillage, le signal acheminé par la voie somme y est donné par : Y = W xreçu (4) En outre, on peut introduire le vecteur de pondération au repos Wr 25 dans l'expression (3) sans la modifier. Ceci est réalisé à travers une W W multiplication du terme de droite par la fraction unitaire rH r Wr ' Wr H WH _ W 'Wr fH (CH .rù1 C) l CH .çù1 Wr 'Wr l En réécrivant l'expression (5), comme suit : Wr f H (CH 1-1 C)-1 CH .r-1 H `` (6) \Wr Wr / (5) 30 WH = WH r on fait alors apparaître le vecteur de filtrage w comme le résultat d'une opération de transformation du vecteur de pondération au repos wr par une matrice M : wH = wH • M avec M__ W r fH (CH .r'-'.C)-'.CH r-1 W r W r ` Le vecteur de filtrage wH optimal selon les critères définis par l'algorithme LCMV peut donc être exprimé comme la transformation du vecteur au repos wr par une matrice M dépendant des contraintes (C, f) précitées, de la matrice de covariance T de bruit et du vecteur de pondération au repos wr. En conséquence, et d'après les expressions (1) et (7), le filtrage des signaux x; issus des voies d'antennes devient : y = W H M xreçu (9) L'expression (9) montre que la matrice M peut être considérée comme une matrice d'antibrouillage. En effet, i. la forme du diagramme d'antenne souhaitée par l'utilisateur dans le cas d'une réception non brouillée est formulée dans le vecteur de pondération au repos wr, ii. une forme sensiblement identique du diagramme d'antenne ù mais néanmoins adaptée à une réception dépolluée ù est obtenue en environnement brouillé par l'application d'un vecteur de filtrage w" résultant d'une transformation des coefficients de pondération de wr par la matrice M. Selon la présence de brouillage ou non, le signal acheminé par la voie somme y prend ainsi respectivement les expressions (4) ou (9) : o sans brouillage, y = wH ' xreçu o avec brouillage et traitement antibrouillage, y = wH .M xreçu L'expression (9) peut être vue comme le produit entre un vecteur (wr".M) de pondération intégrant un traitement d'antibrouillage avec le vecteur Xreçu de signaux captés par les antennes : (7) (8) N Y = wr .M) xreçu Mais l'expression (9) peut également être vue comme un produit entre le vecteur de pondération au repos wr avec un vecteur x' de signaux dépollués : y = W rf (M xreçu) = W ' .X'. Cette seconde interprétation montre que l'application de coefficients de pondération issus de la matrice d'antibrouillage M sur les signaux x; perçus par les antennes aboutit à la formation de N voies de signaux x;' dépollués, comme détaillé ci-après : Xe = M X1 n _A A Mln ù M Mb, 7M M Mrn1 A A Mnn M11 M Mkl M11 • xl +A +Ml,, • xn M Mkl • xl +A +Mkn xn M Mnl xl +A +Mnn • xn (10) Les coefficients de pondération M;; d'antibrouillage présents dans la ième ligne de la matrice M sont utilisés pour produire le ième signal x;' dépollué. Les coefficients de pondération M,1 appliqués aux signaux xi dépendent : de la forme du diagramme d'antenne, information contenue dans le vecteur de pondération au repos w,, des contraintes de préservation de ce diagramme d'antenne, informations contenues dans la matrice C et le vecteur f, - de la configuration de l'environnement de brouillage, information 20 contenue dans la matrice de covariance Ede bruit. La figure 1 illustre le procédé de dépollution de signaux selon l'invention. Une fois un diagramme d'antenne et ses contraintes de préservation (C, f) choisis et une matrice de covariance T de bruit déterminée, la matrice 25 d'antibrouillage M peut être aisément calculée par application de l'expression (8). Une fois la matrice d'antibrouillage M calculée, il suffit de la multiplier (10) avec les signaux x; reçus par les sous-réseaux d'antennes. La combinaison linéaire des coefficients de pondération Mu avec les signaux x; génère N signaux xi' dépollués. Le procédé d'antibrouillage est centralisé 30 puisque la seule matrice d'antibrouillage M suffit à opérer la dépollution des voies de sous-réseaux. Le vecteur w présent dans l'expression (9) est un sommateur. Un produit de ce sommateur w,H avec le vecteur x' de signaux dépollués ramène les N signaux x;' dépollués à un seul signal somme dépollué. Pour un mode de réception donné, lorsque l'environnement brouilleur reste invariable dans le temps, il n'est pas besoin de recalculer la matrice d'antibrouillage M. Dans le cas contraire, la matrice d'antibrouillage M peut par exemple être recalculée périodiquement pour suivre la configuration de brouillage. Selon une variante de l'invention, le calcul d'antibrouillage (10) est parallélisé. Chaque signal dépollué x' peut être calculé indépendamment des autres, ce qui autorise à exécuter parallèlement les opérations arithmétiques de produit scalaire entre une ligne de la matrice d'antibrouillage M avec le vecteur Xreçu. Par ailleurs, une désactivation du traitement antibrouillage revient à 15 imposer une matrice d'antibrouillage M égale à la matrice identité. Un avantage du procédé d'antibrouillage centralisé selon l'invention est qu'il rend les signaux dépollués réutilisables pour effectuer des traitements d'exploitation tels que des traitements adaptatifs spatiotemporels. De plus, le procédé d'antibrouillage lui-même n'est lié en aucune manière à un post-traitement particulier, ce qui permet de conserver une décorrelation entre la chaîne de réception et une chaîne d'exploitation placée en aval. Un autre avantage du procédé selon l'invention est le faible coût en 25 calcul requis, rendant ainsi le procédé utilisable dans des systèmes embarqués nécessitant un fonctionnement en temps réel. En effet, une fois la matrice d'antibrouillage calculée, le traitement d'antibrouillage est effectué en une étape de calculs (10) consistant en un produit matrice-vecteur. De plus, une parallélisation du traitement d'antibrouillage sur les N voies de 30 sous-réseaux d'antennes permet de diviser sensiblement par N le temps nécessaire au calcul des signaux dépollués. Par ailleurs, l'implantation du procédé selon l'invention dans une chaîne de réception radar existante est quasi transparente. En effet, le procédé d'antibrouillage ne nécessite pas de modifier l'architecture de la 35 chaîne de réception puisque les N signaux issus des sous-réseaux d'antennes sont transformés en N signaux d'antennes dépollués. Un utilisateur ayant déjà prédéfini plusieurs modes de réception multivoies, c'est à dire plusieurs formes de diagramme d'antenne, peut insérer le procédé d'antibrouillage dans la chaîne de réception et réutiliser les modes de réception. En outre, le remplacement d'un procédé d'antibrouillage selon l'art antérieur exposé plus haut par le procédé selon l'invention n'affecte pas l'architecture de la chaîne de réception, puisque l'application du vecteur sommateur W/' sur les signaux dépollués permet d'obtenir un signal de voie somme, comme pour un antibrouillage classique. ~o Enfin, il est: possible d'activer et de désactiver le traitement d'antibrouillage sans modifier la chaîne de réception radar, une désactivation du traitement antibrouillage étant très simplement opérée par l'imposition d'une matrice identité en guise de matrice d'antibrouillage. REVENDICATIONS 1. Procédé de filtrage du bruit sur des signaux x; reçus par un radar à N sous-réseaux d'antennes utilisant une matrice de covariance F du bruit capté par les sous-réseaux, chaque sous-réseau recevant un signal x;, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes : o calculer des coefficients M1 d'une matrice M, i et j variant de 1 à N, à partir de la matrice de covariance de bruit F, d'un vecteur de pondération wr représentant un diagramme d'antenne souhaité à la réception en environnement non pollué, et de ne contraintes de préservation de la forme de ce diagramme d'antenne, lesdites contraintes étant représentées par une matrice C de dimension N x ne et par un vecteur f de dimension nc, la matrice M étant égale à : w r fH 1CH r-1 c) 1 CH r-1 H ` J Wr .Wr o effectuer le produit de la matrice M par le vecteur xreçu formé des signaux reçus x;, le vecteur résultant étant étant formé des N signaux x; ' filtrés. 2. Procédé de filtrage de bruit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le produit de la matrice M par le vecteur xreçu est parallélisé en plusieurs produits scalaires effectués entre une ligne de la matrice M et le vecteur xreçu. 3. Procédé de filtrage de bruit, le bruit étant généré au moins en partie par du brouillage, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matrice M est recalculée périodiquement pour suivre la configuration de brouillage.