Brevet FR3003650A1 — publié le 20140926

I MESURE DE LA SIGNATURE ÉLECTROMAGNÉTIQUE D'UNE CIBLE PAR RADAR EMBARQUÉ À BORD D'UN DRONE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne le domaine de la caractérisation électromagnétique d'une cible, et plus précisément la mesure de la surface équivalente radar d'une cible. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE On caractérise classiquement une cible par sa surface équivalente radar ou SER. La SER d'une cible radar est définie à partir du bilan de puissance de l'onde émise en direction de la cible et de la puissance de l'onde reçue par le radar. En champ lointain et en approximant les ondes à des ondes planes, l'équation radar s'écrit en effet : 1 1 2 (1) r e 2 P -= PG o- G e 47rd 2 47rd 2 r 47r où Pe et Pr sont respectivement les puissances des ondes émise et reçue par le radar, G, et G,, les gains d'antenne à l'émission et à la réception, d la distance entre le radar et la 20 cible, .1 la longueur d'onde utilisée par le radar. Le coefficient a est homogène à une surface et ne dépend que de la cible considérée, c'est la SER de la cible. Dans l'expression (1) on a supposé que le radar servant à illuminer la cible était le même que celui servant à la réception de l'onde diffractée, on parle alors de SER monostatique. 25 En règle générale, la SER monostatique dépend de la direction de l'onde incidente, de la fréquence f du radar, on la note alors SER(f,O,yo) où ( o,t9) sont les angles de gisement et d'élévation du radar dans un référentiel lié à la cible. 15 Une première méthode de mesure de la SER d'une cible consiste à placer celle-ci dans un local anéchoïque, c'est-à-dire dans un local dont les parois sont tapissées d'absorbants, de manière à éviter les échos parasites. La caractérisation d'un objet par sa SER (monostatique) présente un certain nombre d'inconvénients. Tout d'abord, il est très coûteux, voire techniquement impossible de construire un local anéchoïque pour des objets de tailles importantes. Ce problème est d'ailleurs encore aggravé en basse fréquence, c'est-à-dire pour des longueurs d'onde de l'ordre de la taille de l'objet, c'est-à-dire classiquement de l'ordre du mètre à quelques dizaines de mètres, où l'efficacité des absorbants est moindre. Une autre possibilité pour caractériser une cible est de recourir à un système radar du type de celui commercialisé sous le nom de SARBARTm. Ce système est composé de plusieurs antennes fixées sur une structure linéaire, d'un module d'émission/réception, d'une unité de traitement et d'un dispositif d'affichage pour afficher les résultats obtenus. Un tel système est déplacé et maintenu à la main par un opérateur autour de la cible. Il permet d'obtenir des images radar locales de la cible dans une plage angulaire en gisement de mesure limitée par la taille du système d'antennes. Cette méthode de caractérisation est toutefois très insuffisante en ce que la position de l'opérateur par rapport à la cible n'est pas connue avec précision et que la plage angulaire de mesure est relativement faible. En outre, dans certains cas, elle doit être répétée régulièrement pour tenir compte de l'évolution de la cible au cours du temps, tant en raison de l'altération des matériaux qui la composent (corrosion, impacts, etc.) que de sa forme (destruction partielle, modification de la superstructure d'un bâtiment, changement de systèmes d'armes etc.). Si les conditions de mesure diffèrent d'une fois sur l'autre (position de l'opérateur, orientation du système par rapport à la cible notamment), la caractérisation électromagnétique ne sera pas significative. Un objectif de la présente invention est de proposer une méthode permettant d'obtenir une mesure complète de la signature d'une cible, de manière simple et robuste, y compris pour des cibles de taille importante, avec un meilleur degré de précision et dans de très bonnes conditions de reproductivité. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention est définie par une méthode de mesure de la signature électromagnétique d'une cible dans laquelle on utilise un système radar comprenant une antenne radar embarquée à bord d'un drone, et dans laquelle : - le drone se déplace par rapport à la cible de manière à occuper successivement une pluralité de positions prédéterminées par rapport à la cible, chaque position étant associée à une ligne de visée ; - pour chaque position de ladite pluralité, l'antenne radar est pointée selon la ligne de visée associée à ladite position et le système radar effectue une mesure de surface équivalente radar dans la direction de la ligne de visée, la signature électromagnétique de la cible étant constituée par les mesures de surface équivalente radar obtenues pour la pluralité de positions prédéterminées. Avantageusement, l'antenne radar est montée sur une plateforme à double cardan. De préférence, le drone est équipé d'un module de contrôle et d'une centrale inertielle, le module de contrôle recevant des informations de position de la centrale inertielle et commandant la plateforme de manière à ce que l'antenne radar pointe selon la ligne de visée associée à ladite position. Selon une première variante, le drone peut être équipé d'un module de contrôle et d'un système GPS différentiel, le module de contrôle recevant des informations de position du système GPS et commandant la plateforme de manière à ce que l'antenne radar pointe selon la ligne de visée associée à ladite position. Selon une seconde variante, le drone est équipé d'un module de contrôle, d'un module de traitement et d'une pluralité de capteurs adaptés à recevoir des signaux impulsionnels émis par une pluralité d'émetteurs situés en des points donnés de la cible, ledit module de traitement déterminant à partir des signaux impulsionnels ainsi reçus des informations de position et d'attitude du drone par rapport à la cible et les fournissant au module de contrôle, le module de contrôle commandant la plateforme de manière à ce que l'antenne radar pointe selon la ligne de visée associée à ladite position. Dans ce dernier cas, lesdits signaux impulsionnels sont avantageusement des signaux UWB. Selon une troisième variante, la cible est équipée d'une balise identifiant un point de référence de la cible, et le drone est équipé d'une pluralité de capteurs adaptés à recevoir un signal émis par la balise, d'un module de traitement adapté à déterminer la direction d'arrivée de ce signal, et d'un module de contrôle commandant la plateforme de manière à ce que l'antenne radar pointe selon cette direction. Avantageusement, le signal de la balise est un signal infrarouge. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de modes de réalisation préférentiels de l'invention faite en référence aux figures jointes parmi lesquelles : La Fig. 1 représente schématiquement un repère lié à la cible ainsi qu'un drone mettant en oeuvre la méthode de mesure de la signature électromagnétique selon un mode de réalisation de l'invention ; La Fig. 2 représente un exemple de montage d'une antenne radar sur un drone. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS L'idée à la base de l'invention est d'équiper un drone avec un système radar et d'effectuer une pluralité de mesures de surface équivalente radar à l'aide de ce système en positionnant le drone selon une pluralité de positions prédéterminées par rapport à la cible. La Fig. 1 illustre une configuration de mesure de la signature électromagnétique d'une cible au moyen de la méthode de mesure selon un mode de réalisation de l'invention. La cible dont on souhaite déterminer la signature électromagnétique a été représentée schématiquement en 100. Cette cible peut être par exemple un avion ou un navire. Un point de référence O de la cible est choisi comme origine d'un repère tridimensionnel (0,x,y) associé à cette cible. Un drone a été également représenté schématiquement en 110. Ce drone peut être par exemple un drone léger de type quadricoptère, capable de se mouvoir dans l'espace environnant la cible et de se maintenir de manière stable dans une position donnée. La position P du drone est définie dans le repère (0,x,y,z) par ses coordonnées (1-,0,q)) où d est la distance OP , est l'angle de gisement et ço est l'angle d'élévation. Le drone est équipé d'un système radar (non représenté) comprenant une antenne radar. Cette antenne radar est avantageusement montée sur une plateforme orientable par exemple une plateforme à double cardan, connue en soi, de sorte que l'antenne radar, puisse pointer, à chaque position de mesure, vers le point de référence de la cible. La signature électromagnétique de la cible est acquise par une campagne de mesures de la surface équivalente radar. Plus précisément, le drone se déplace par rapport à la cible de manière à occuper successivement une pluralité N de positions prédéterminées par rapport à la cible F:(0,q),P(0,2),...,Piv (6),çoN). A chaque position est associée une ligne de visée. Par exemple pour chacune de ces positions, le drone se stabilise en cette position et oriente son antenne radar de sorte que sa ligne de visée passe par le point de référence de la cible. Le temps de stabilisation peut être bref étant donné que la mesure de SER ne prend que quelques ms. La station peut toutefois être prolongée de manière à effectuer plusieurs mesures de SER et à les moyenner. En tout état de cause, une fois l'antenne orientée dans la direction A' associée à la position p du drone, le système radar détermine à partir de l'amplitude du signal émis et de l'amplitude du signal reçu par l'antenne, la surface équivalente radar un dans la direction /1II. La surface équivalente radar un peut être obtenue au moyen de l'expression (1) à partir des gains d'émission et de réception de l'antenne, de la fréquence d'émission et de la distance di, OP La mesure peut être effectuée pour différents types de polarisation: horizontale, verticale, circulaire. On pourra notamment obtenir des valeurs de SER pour des polarisations identiques en émission et réception, notées Cr"[1/1 et u:', respectivement pour une polarisation horizontale et une polarisation verticale et/ou des valeurs de SER pour des polarisations croisées en émission et réception, soit o-r7 et 0-m/. La surface équivalente radar peut aussi être mesurée pour différentes fréquences dans une bande d'émission déterminée. Dans tous les cas, le calcul de la surface équivalente radar peut être réalisé en tout ou partie par un module de traitement embarqué à bord du drone. Par exemple, le module de traitement pourra calculer le rapport complexe entre l'amplitude du signal reçu et l'amplitude du signal réfléchi selon A, et transmettre le rapport complexe (module et phase) à un système au sol. Les distances cl,, n = 1, ..., N , pourront être préalablement calculées à partir des positions de consigne /3 et, le cas échéant stockées dans une mémoire embarquée. Alternativement, la distance entre le drone et la cible pourra être obtenue au moyen d'un télémètre, par exemple d'un télémètre hyperfréquence embarqué utilisant l'antenne radar 120. Les valeurs de SER mesurées aux différentes positions de consigne et, par conséquent, dans les différentes directions associées (le cas échéant pour différentes polarisation et/ou fréquences) constituent la signature électromagnétique de la cible. Ces mesures peuvent être stockées dans une mémoire embarquée du drone ou bien transmise au fur et à mesure de l'acquisition à un système au sol. Comme indiqué plus haut, le drone se déplace de manière à occuper successivement les positions de consigne n 1,...,N . Le drone peut déterminer sa position et orienter en conséquence son antenne radar selon différentes variantes. Selon une première variante, le drone est équipé d'une centrale inertielle, comprenant de manière connue en soi, des accéléromètres et des gyromètres. A partir d'une position de référence (par exemple la position de décollage), le drone peut déterminer sa position au cours du vol, à condition que celui-ci ne soit pas trop long pour que les dérives puissent être négligées. Selon une seconde variante, le drone est équipé d'un GPS différentiel (ou DGPS), une ou des stations GPS étant présentes au sol ou montées sur la cible. Selon une troisième variante, la cible est équipée d'une pluralité d'émetteurs, par exemple des émetteurs de signaux impulsionnels de type UWB (Ultra Wide Band), chaque signal impulsionnel étant caractéristique de l'émetteur (codage d'une séquence impulsionnelle par exemple) et le drone est équipé d'une pluralité de capteurs adaptés à recevoir ces signaux. Un module de traitement détermine à partir des signaux reçus par les différents capteurs, la position et l'attitude du drone par rapport à la cible. Les informations de position et d'attitude sont fournies à un module de contrôle qui commande l'orientation de la plateforme de manière à ce que l'antenne radar pointe selon la ligne de visée associée à ladite position. Dans les variantes précitées, le drone détermine la direction de l'antenne radar pour chacune des positions de consigne Pn, par exemple en récupérant d'une mémoire embarquée la position angulaire de la plateforme ou en recevant cette position angulaire du système au sol. Alternativement, la position angulaire de la plateforme, c'est-à-dire la direction de visée de l'antenne radar, peut être déterminée à partir de la direction d'arrivée du signal émis par une balise montée sur la cible, par exemple au point de référence. Dans ce cas, le drone est équipé d'une pluralité de capteurs, le module de traitement déduisant des phases des signaux reçus par ces capteurs, la direction d'arrivée du signal de balise. Le module de contrôle commande alors la plateforme de manière à ce que la ligne de visée de l'antenne coïncide avec la direction d'arrivée du signal de balise. Le signal de balise peut par exemple être un signal infrarouge et les capteurs montés sur la plateforme, solidairement avec l'antenne radar, dans un plan orthogonal à son axe et distribués symétriquement autour de cet axe. Ainsi, lorsque les phases des signaux reçus par ces capteurs sont identiques, l'antenne radar pointe dans la direction de consigne associée à la position du drone. La Fig. 2 représente de manière schématique un exemple de montage de l'antenne radar sur le drone. L'antenne radar 220 est montée sur une plateforme 230 orientable selon deux axes orthogonaux à la base du drone 200. La position angulaire de la plateforme est commandée par un module de contrôle 250 au moyen d'un moteur 240. Le module de contrôle est également relié à un module d'émission d'émission/réception 260 et un module de traitement 270 des signaux émis et reçus par le module d'émission/réception 260. Des variantes de montage de l'antenne radar pourront être envisagées par l'homme du métier sans sortir pour autant du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS1. Méthode de mesure de la signature électromagnétique d'une cible (100), caractérisée en ce que l'on utilise un système radar comprenant une antenne radar embarquée à bord d'un drone et que : - le drone (110,210) se déplace par rapport à la cible de manière à occuper successivement une pluralité de positions prédéterminées par rapport à la cible, chaque position (13n) étant associée à une ligne de visée ( An ); - pour chaque position (P') de ladite pluralité, l'antenne radar est pointée selon la ligne de visée (An) ) associée à ladite position et le système radar effectue une mesure de surface équivalente radar dans la direction de la ligne de visée, la signature électromagnétique de la cible étant constituée par les mesures de surface équivalente radar obtenues pour la pluralité de positions prédéterminées. 2. Méthode de mesure de la signature électromagnétique d'une cible selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'antenne radar est montée sur une plateforme à double cardan (230). 3. Méthode de mesure de la signature électromagnétique d'une cible selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le drone est équipé d'un module de contrôle (250) et d'une centrale inertielle, le module de contrôle recevant des informations de position de la centrale inertielle et commandant la plateforme de manière à ce que l'antenne radar pointe selon la ligne de visée associée à ladite position. 4. Méthode de mesure de la signature électromagnétique d'une cible selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le drone est équipé d'un module de contrôle (250) et d'un système GPS différentiel, le module de contrôle recevant des informations de position du système GPS et commandant la plateforme de manière à ce que l'antenne radar pointe selon la ligne de visée associée à ladite position.30 5. Méthode de mesure de la signature électromagnétique d'une cible selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le drone est équipé d'un module de contrôle (250), d'un module de traitement et d'une pluralité de capteurs adaptés à recevoir des signaux impulsionnels émis par une pluralité d'émetteurs situés en des points donnés de la cible, ledit module de traitement déterminant à partir des signaux impulsionnels ainsi reçus des informations de position et d'attitude du drone par rapport à la cible et les fournissant au module de contrôle, le module de contrôle commandant la plateforme de manière à ce que l'antenne radar pointe selon la ligne de visée associée à ladite position. 6. Méthode de mesure de la signature électromagnétique d'une cible selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits signaux impulsionnels sont des signaux UWB. 7. Méthode de mesure de la signature électromagnétique d'une cible selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la cible est équipée d'une balise identifiant un point de référence de la cible, et que le drone est équipé d'une pluralité de capteurs adaptés à recevoir un signal émis par la balise, d'un module de traitement adapté à déterminer la direction d'arrivée de ce signal, et d'un module de contrôle (250) commandant la plateforme de manière à ce que l'antenne radar pointe selon cette direction. 8. Méthode de mesure de la signature électromagnétique d'une cible selon la revendication 7, caractérisée en ce que le signal de la balise est un signal infrarouge.25