Brevet FR2924229A1 — publié le 20090529

Procédé de cartographie mettant en oeuvre un radar passif L'invention concerne un procédé de cartographie mettant en oeuvre un radar utilisé en mode passif. On peut utiliser un tel radar pour localiser un objet susceptible de réfléchir une onde électromagnétique émise par un émetteur dont on connaît la position. La figure 1 permet d'expliquer brièvement un principe de localisation. Un radar 1 reçoit un premier rayonnement provenant directement d'un émetteur 2 ainsi qu'un second rayonnement provenant également de l'émetteur 2 mais réfléchi par un objet 3 dont on veut déterminer la position. On définit une distance d parcouru par le premier rayonnement. La position du radar 1 et celle de l'émetteur étant connues, la distance d est donc connue. On définit également une distance dl séparant l'émetteur 2 de l'objet 3 et une distance d2 séparant l'objet 3 du radar 1. Le radar 1, recevant les deux rayonnements, peut définir un écart de distance r entre la distance d parcourue par le premier rayonnement et la distance dl+d2 parcourue par le second rayonnement. Autrement dit : r=d1 +d2-d (1) ou encore : d+r=d1 +d2 (2) Dans l'équation (2) d+r étant connu, la position de l'objet est situé sur une ellipse 4 d'équation (2) dont les foyers sont le radar 1 et l'émetteur 2. L'ellipse 4 est situé dans un plan passant par le radar 1, l'émetteur 2 et l'objet 3. Plus généralement, ne connaissant que la position du radar 1 et de l'émetteur 2, l'objet est situé sur un ellipsoïde de révolution autour d'un axe passant par le radar 1 et l'émetteur 2. A partir de plusieurs émetteurs de position distincte, on peut définir plusieurs ellipsoïdes sur lesquels se situe l'objet. La position de l'objet sera définie par une intersection commune des différents ellipsoïdes. Il peut arriver que des émetteurs existent mais qu'aucune position d'émetteur ne soit connue. Le principe de localisation précédemment décrit n'est alors pas utilisable. II se peut également que les émetteurs dont on connaît la position soient en nombre limité ce qui réduit la précision dans la localisation de l'objet. La méconnaissance de la position des émetteurs s'accompagne souvent d'une méconnaissance du terrain et notamment du champ électromagnétique réfléchi par le sol. On peut être amené à établir une carte de champ électromagnétique par rapport à un émetteur donné. Par exemple en radio diffusion, une telle carte permet de connaître la portée de l'émetteur et les éventuelles zones d'ombre non couvertes par l'émetteur. On peut réaliser ce type de cartographie en déplaçant un récepteur sur toute la zone et en mesurant en chaque point le rayonnement reçu de l'émetteur. Cette méthode est lourde car elle impose de se déplacer physiquement sur toute la surface de la zone. L'invention vise à pallier tout ou partie des problèmes cités plus haut en proposant un procédé de cartographie mettant en oeuvre un radar passif fixe et utilisant des objets réfléchissants mobiles tels que des avions survolant la zone à cartographier. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de cartographie mettant en oeuvre un radar passif et au moins un objet mobile susceptible de réfléchir des rayonnements reçus d'émetteurs d'opportunité, caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes : • déterminer dans une matrice doppler distance du radar, des points relatifs aux écarts entre les rayonnements reçus directement des émetteurs et les rayonnements réfléchis par l'objet mobile, • reporter sur une carte à établir une zone probable de localisation de singularités du champ électromagnétique émis ou réfléchi par le sol, • croiser plusieurs zones probables lors du déplacement de l'objet mobile pour obtenir la localisation des singularités. Parmi les singularités du champ électromagnétique, on peut localiser les émetteurs d'opportunité dont on reçoit le signal soit directement soit après réflexion. On peut également localiser toutes les variations du champ électromagnétique réfléchi par le sol pour établir une cartographie complète d'une zone située à proximité du radar passif et survolée par des objets mobiles comme par exemple des avions. Le fait d'utiliser des objets mobiles permet de ne retenir que les 35 rayonnements réfléchis par l'objet mobile lui-même en éliminant les rayonnements qui ne seraient réfléchis que par le sol bien que provenant d'un émetteur d'opportunité recherché. Le procédé permet de tenir compte des rayonnements réfléchis à la fois par le sol et par l'objet mobile, ce qui permet de cartographier les variations de champ électromagnétique d'une zone de la carte à établir, zone située à proximité immédiate de l'objet mobile. Le procédé de cartographie conforme à l'invention peut être mis en oeuvre avec ou sans connaissance de la position des émetteurs d'opportunité. Sans connaissance de ces positions il est nécessaire de connaître la position des objets mobiles. Si ces objets sont par exemple des avions de ligne, on peut connaître leur position par utilisation d'un système d'émission permettant la surveillance automatique d'avion, bien connu dans la littérature anglo-saxonne sous le nom de ADS-B pour Automatic Dependent Surveillance-Broadcast. Par ce système, l'avion émet en permanence sa position. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel : la figure 1, déjà décrite précédemment, permet d'expliquer un principe de localisation d'un objet réfléchissant au moyen d'un radar passif ; la figure 2 représente un exemple de matrice doppler distance du radar passif ; la figure 3 illustre un exemple de carte établie à l'aide du radar 25 passif. Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures. Un procédé conforme à l'invention fonctionne en continu et reçoit 30 de multiples rayonnements électromagnétiques issus de plusieurs émetteurs d'opportunité. Ces rayonnements sont reçus soit directement soit après réflexion sur divers objets. Pour mieux comprendre le procédé, l'explication qui suit, illustrée à l'aide des figures 2 et 3, se rapporte à un seul émetteur 2 et à un seul objet mobile 3. II est bien entendu que la précision de la 35 cartographie obtenue en utilisant un procédé conforme à l'invention croit avec le nombre d'objets mobiles se déplaçant au-dessus de la zone à cartographier. Comme pour la figure 1, le radar 1 reçoit un premier rayonnement provenant directement d'un émetteur 2 ainsi qu'un second rayonnement provenant également de l'émetteur 2 mais réfléchi par un objet mobile 3 comme par exemple un avion survolant la zone à cartographier. Le pouvoir réfléchissant de l'objet mobile 3 doit être suffisant pour que le rayonnement réfléchi soit capté par le radar 1. C'est généralement le cas pour un avion. On définit une matrice doppler distance du radar 1. Cette matrice est illustrée sur la figure 1. En abscisse est représentée la distance bistatique d-dl-d2 et en ordonnée la vitesse bistatique ù d(dl) d(d2) dt dt Une première position de l'avion 3 est notée 31 et une seconde position de l'avion 3 est notée 32. Comme dans le principe de localisation décrit à l'aide de la figure 1, on capte un premier rayonnement provenant directement de l'émetteur 2 et, pour chaque position 31 et 32, un second rayonnement provenant de l'émetteur 2 et réfléchi par l'avion 3. On détermine pour chaque position 31 et 32 un écart de distance r, ou distance bistatique, séparant une distance d parcourue par le premier rayonnement et une somme de distance d1+d2 parcourue par le second rayonnement, la distance dl étant la distance parcourue par le second rayonnement entre l'émetteur 2 et l'avion 3 en position 31 ou 32, la distance d2 étant la distance parcourue par le second rayonnement entre l'avion 3 en position 31 ou 32 et le radar 1. On détermine également pour chaque position 31 et 32 une vitesse bistatique égale à la dérivée de l'écart de distance r. Ensuite, le procédé consiste à reporter sur une carte à établir une zone probable de localisation de l'émetteur 2. II s'agit d'une zone où l'émetteur 2 a une forte probabilité de se situer. Pour chaque position 31 et 32, la zone probable où l'émetteur 2 est située est centrée sur un hyperboloïde définie par : d-d1 =d2ùr (3) Sur la figure 2, la zone probable pour la position 31 est représentée par une zone hachurée limitée par deux hyperboles représentée en trait pointillé. La zone probable pour la position 32 est représentée par une zone hachurée limitée par deux hyperboles représentée en trait mixte. L'émetteur 2 est situé sur une des intersections des différentes zones probables. Les différentes zones probables se déplacent en fonction de la trajectoire de l'objet mobile 3 mais une seule intersection entre les différentes zones probables reste fixe. Cette intersection est centrée sur la position de l'émetteur 2. En n'affichant sur la carte que les points dont l'occurrence d'apparition dans les zones probables est forte, seuls les points situés aux intersections fixes apparaissent sur la carte. Plus le nombre d'avions se déplaçant dans la zone à cartographier est grand, plus il sera aisé de faire apparaître les points à forte occurrence. Des essais ont montré qu'au bout de quelques minutes d'intégration, la position des émetteurs susceptibles d'être reçus par le radar 1 apparaît sur la carte. En poursuivant le temps d'intégration d'autres singularités du paysage apparaissent également. Ces singularités représentent des zones où le rayonnement issu d'un émetteur se réfléchit plus particulièrement comme par exemple un relief montagneux ou une ligne électrique à haute tension. Si les zones à forte réflectivité sont représentées de façon brillante sur la carte, par contraste, des zones à faible réflectivité apparaissent également en faible brillance. Le report sur la carte peut être réalisé soit en fonction d'une position connue de l'objet mobile au moment de la réception des rayonnements soit en fonction de positions connues d'autres émetteurs d'opportunité. Avantageusement, on établit une correction d'intensité pour les rayonnements reçus par le radar passif 1 et on ne retient dans la matrice doppler distance que les points dont la correction est inférieure à une valeur donnée. En effet, lorsque le radar passif 1 reçoit de multiples rayonnements, l'affaiblissement de ceux-ci est fonction du carré de la distance du lieu d'émission et/ou de réflexion. On établit donc une correction d'intensité pour remonter le niveau de signaux dont la provenance est lointaine. Néanmoins, au-delà d'une certaine distance, il est difficile de discriminer, à l'intérieur du rayonnement reçu, le bruit du signal utile. Au-delà d'une certaine distance du radar 1, les bords de la carte apparaissent uniformément lumineux. Pour éviter ce phénomène, on ne tient pas compte des points dont la correction est supérieure à un seuil donné. La valeur de ce seuil peut être définie expérimentalement. Avantageusement, on détermine une corrélation entre le rayonnement reçu directement et le rayonnement réfléchi et on ne retient dans la matrice doppler distance que les points dont la corrélation est supérieure à une valeur donnée. On limite ainsi la contribution des rayonnements provenant d'un émetteur d'opportunité et réfléchis par l'objet mobile à une enveloppe donnée que l'on peut en première approximation assimiler à un ovale de Cassini centré sur le radar passif 1 et sur l'objet mobile 3. Autrement dit, l'objet mobile 3 permet d'obtenir une image du sol au voisinage de sa trajectoire. La valeur de seuil de la corrélation peut être définie expérimentalement. Avantageusement, on pondère, pour chaque point de la carte, la valeur d'un champ électromagnétique de la singularité éventuelle de ce point en fonction du nombre de valeurs intégrées en ce point. En effet, lorsqu'on utilise le seuil de corrélation précédemment défini, par exemple lorsque l'objet mobile est observé en deux positions distinctes, on obtiendra pour un point donné de la carte situé à proximité du radar 1 deux mesures et une seule mesure pour un point de la carte situé au voisinage de chaque position de l'objet mobile 3. Dans ce cas, on pondérera par deux les points de la carte situés au voisinage du radar 1. REVENDICATIONS 1. Procédé de cartographie mettant en oeuvre un radar passif (1) et au moins un objet mobile (3) susceptible de réfléchir des rayonnements reçus d'émetteurs d'opportunité (2), caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes : • déterminer dans une matrice doppler distance du radar (1), des points relatifs aux écarts entre les rayonnements reçus directement des émetteurs (2) et les rayonnements réfléchis par l'objet mobile (3), • reporter sur une carte à établir une zone probable de localisation de singularités du champ électromagnétique émis ou réfléchi par le sol, • croiser plusieurs zones probables lors du déplacement de l'objet mobile (3) pour obtenir la localisation des singularités. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le report sur la carte est réalisé en fonction d'une position connue de l'objet 15 mobile (3) au moment de la réception des rayonnements. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le report sur la carte est réalisé en fonction de positions connues des émetteurs d'opportunité (2). 20 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on établit une correction d'intensité pour les rayonnements reçus par le radar passif (1) et en ce qu'on ne retient dans la matrice doppler distance que les points dont la correction est inférieure à une 25 valeur donnée. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détermine une corrélation entre le rayonnement reçu directement et le rayonnement réfléchi et en ce qu'on ne retient dans la 30 matrice doppler distance que les points dont la corrélation est supérieure à une valeur donnée. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on pondère, pour chaque point de la carte, la valeurd'un champ électromagnétique de la singularité éventuelle de ce point en fonction du nombre de valeurs intégrées en ce point. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, 5 caractérisé en ce que les singularités comportent les émetteurs d'opportunité (2). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce les singularités comportent des points réfléchissants de la carte. 10