Brevet FR3027406A1 — publié le 20160422

PROCEDE DE MESURE D'ECARTOMETRIE INSENSIBLE AUX SIGNAUX PARASITES La présente invention concerne un procédé de mesure d'écartométrie insensible aux signaux parasites. Elle s'applique notamment pour la localisation angulaire radar ou ESM, par exemple pour équiper des radars aéroportés, des radars sol, des systèmes ESM ou des systèmes de communication. La localisation angulaire de cibles par les techniques d'écartométrie monopulse est bien connue. Dans un mode de réalisation connu, partant d'une antenne multivoies, un procédé d'écartométrie monopulse classique élabore des voies dites somme et différences à partir des quatre quadrants d'antenne A, B, C, D supposés symétriques par rapport à deux axes orthogonaux. La voie somme, notée E, effectue la somme des signaux issus des quatre quadrants, résultat que l'on peut noter symboliquement : E=A+B+C+D Deux voies différences, notées Ax et Ay effectuent des différences deux à 20 deux entre les signaux issus des quatre quadrants, résultats que l'on peut noter symboliquement : = i.(A + B - C -D) et Ay = i.(A - B + C -D) La direction d'une cible faiblement dépointée par rapport à l'axe du faisceau 25 est déterminée par des écarts angulaires en circulaire, ou azimut, 6C et en élévation 6E s'exprimant selon la relation suivante : SC = k Re((ix. E*YIE12) et SE = ke Re((3,y.EWIE12) (1) kc et ke étant les pentes d'écartométries dont la valeur dépend entre autre de la longueur d'onde et de la géométrie de l'antenne. 30 Re étant la partie réelle des signaux. exprimant la partie complexe conjuguée De nombreuses applications utilisent un traitement dérivé de l'écartométrie monopulse classique, utilisant plusieurs impulsions ou échantillons pour fournir une direction finale d'une cible, dite direction affinée. Par exemple, dans les modes radar ambigus en distance, la mesure angulaire est généralement obtenue à partir de la moyenne d'échantillons provenant de différentes fréquences porteuses et/ou de différentes fréquences de récurrence. Dans d'autres cas, la mesure est affinée par une post-intégration de plusieurs impulsions consécutives transmises avec la même forme d'onde. Par la suite, on appellera un traitement d'écartométrie cumulée un traitement utilisant plusieurs échantillons de mesures de type monopulse classiques pour déterminer la direction d'une cible. De façon générale, l'écart angulaire 66+ obtenu à partir d'un traitement d'écartométrie cumulée s'exprime par une relation de la forme suivante : 80= f (k, (4}=1, (2) 80 étant l'écart angulaire estimé ; n étant le nombre d'échantillons (Ji , ) utilisés pour calculer la direction finale ; di étant la valeur du signal de la voie différence pour l'échantillon d'ordre i ; étant la valeur du signal de la voie somme pour l'échantillon d'ordre i ; k étant la pente d'écartométrie ; f() étant une fonction quelconque. Dans la majeure partie des cas, la fonction f( ) définit l'écart angulaire par des moyennes de la forme : = Re (k =i L1L4) ou (3) = Re (1c `-1 " Er.1 142 Il est à noter que la deuxième forme définie par la relation (3) est plus robuste aux variations de puissance du signal. Un problème opérationnel réside notamment dans le fait que les traitements d'écartométrie monopulse classiques ou cumulés sont sensibles à la présence de signaux parasites. Par signaux parasites, il faut entendre tout signal impulsionnel, ayant un facteur de forme limité, intentionnel ou non. Des signaux parasites de puissance suffisante présents dans un ou plusieurs échantillons utilisés dans un traitement monopulse cumulés sont alors susceptibles de biaiser l'estimation des écarts angulaires. Pour résoudre ce problème, il est connu d'ajouter des périodes d'écoutes dans la forme d'onde d'un radar. Durant ces phases d'écoutes, le radar ne transmet aucun signal et tente uniquement de capter les signaux environnants. La forme d'onde transmise est donc encadrée de phases d'écoutes durant lesquelles la présence de signaux parasites est analysée. 15 Dans le cas où la présence de signaux parasites est détectée, le signal reçu jusqu'à la prochaine phase d'écoute est considéré comme pollué. Dans les solutions actuelles, ce signal n'est alors généralement pas exploité et l'estimation de la direction du signal doit attendre une prochaine phase d'écoute. 20 Ces solutions actuelles, de type écoute, présentent plusieurs inconvénients. En particulier : Elles ne permettent pas de gérer les cas où les signaux parasites sont absents de la phase d'écoute mais présents dans les récurrences radar successives, ne protégeant pas ainsi contre les fausses 25 alarmes ; Elles ne permettent pas d'exploiter les cas où les signaux parasites sont présents dans la phase d'écoute mais absent lors de la réception d'un signal utile, or ce cas a une forte probabilité de survenir car le phénomène des signaux parasites est intermittent et sporadique ; 30 Elle oblige à attendre jusqu'à la prochaine phase d'écoute sans la moindre information exploitable. Un but de l'invention est notamment de pallier les inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de mesure d'écartométrie d'une 35 cible à partir d'un ensemble d'échantillons de mesures d'écartométrie monopulse de signaux rétrodiffusés par ladite cible, la mesure d'écartométrie de ladite cible étant obtenue en effectuant une moyenne pondérée desdits échantillons de mesure dont les coefficients de pondération décroissent en fonction de l'écart de l'échantillon à pondérer par rapport à la médiane de la population des mesures d'écartométrie monopulse. Dans un mode de réalisation possible, pour un échantillon (21, ) d'ordre di étant la valeur dudit échantillon sur la voie différence et 4 étant la valeur dudit échantillon sur la voie somme, ledit écart comporte un écart angulaire Xi défini par la relation suivante : di -£it A. Xi= Re(il) mecli=1,n Rel ) ( medi=i,n Re(41) étant la médiane des mesures d'écartométrie sur les Izil n échantillons, 4 étant la valeur d'un échantillon d'ordre j et 4 étant la valeur d'un échantillon d'ordre j, j variant de 1 à n. Lesdits coefficients de pondération sont par exemple décroissant en fonction des écarts angulaires x,, i variant de 1 à n. Les coefficients de pondération qi décroissent par exemple en fonction de l'écart angulaire selon la relation suivante : 1xi2 q xi = -,_ e p( 2;rri2 V 2) 7/Y7n un. étant égal à deux fois l'écart type des valeurs (Vil ,j=1,n) Lesdits signaux étant issus d'une émission cohérente, pour un échantillon d'ordre i ayant une phase ck, ledit écart comporte par exemple un écart de phase 8(1); entre ladite phase (1); et une médiane des phases défini par la relation suivante : 80si = - medi=i,n(ePi) medi="(C)) étant la médiane des phases (0i) de la voie somme prise sur les n échantillons, un coefficient de pondération gi étant affecté à chaque échantillon d'ordre i, ledit coefficient décroissant en fonction dudit écart de phase. Les coefficients de pondération pi utilisés dans ladite moyenne pondérée sont par exemple fonction desdits coefficients de pondération qi et g,. Lesdits coefficients de pondération pi sont par exemple une combinaison linéaire desdits coefficients qi et gi, ou le produit desdits coefficients qi et gi. Lesdits échantillons sont par exemple ceux utilisés pour une mesure d'écartométrie cumulée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : La figure 1, une présentation des principales étapes du procédé selon l'invention ; La figure 2, une présentation des étapes possibles pour affiner une mesure d'écartométrie selon l'invention. La figure 1 présente des étapes possibles pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Avantageusement, l'invention exploite la répartition angulaire de directions d'arrivée de signaux utiles et des signaux parasites. En effet, les signaux parasites sont sources d'erreur de localisation uniquement si leurs directions sont sensiblement différentes de la direction du signal utile rétrodiffusé par la cible. Plus particulièrement, dans une mesure d'écartométrie cumulée, le signal parasite est la source d'erreur si l'écart entre sa direction et celle du signal utile est supérieur à la dispersion statistique naturelle d'un échantillon i à l'autre. L'invention exploite alors la différence de directions entre le signal utile et les signaux parasites sources d'erreur. D'autre part, si le mode radar utilisé est cohérent durant la phase d'analyse des échantillons reçus, la phase du signal utile rétrodiffusé par la cible est relativement stable d'un échantillon à l'autre, sur une même voie, et n'a aucune raison d'être égale à la phase du signal parasite. L'invention exploite également avantageusement cette deuxième propriété. Ainsi, dans une première étape 1, le procédé effectue une première estimation de la direction du signal utile en présence de signaux parasites. Pour cette estimation, la direction du signal utile d'une cible est prise égale à la médiane des échantillons reçus. La médiane est calculée à partir de l'ensemble des échantillons d'écartométrie monopulse disponibles pour fournir une mesure d'écartométrie cumulée, cet ensemble étant potentiellement constitué d'échantillons du signal utile et de signaux parasites. La direction ainsi estimée est insensible à la présence des signaux parasites dans la limite ou moins de la moitié des échantillons est constituée par des signaux parasites, correspondant à une pollution de durée inférieure à 50% du temps. Dans le cas d'un radar fonctionnant en mode cohérent, dans une deuxième étape possible 2, le procédé effectue une première estimation de la phase du signal utile en présence de signaux parasites, en utilisant la méthode appliquée à la détermination de la direction du signal utile de la première étape. Ainsi, dans cette première estimation, la phase du signal utile est prise égale à la médiane des phases de la population des échantillons utilisés pour fournir la mesure d'écartométrie cumulée. Les échantillons utilisés sont par exemple les échantillons de la voie somme E, les échantillons des autres voies pouvant cependant être utilisés. De même, la phase estimée est insensible à la présence de signaux parasites dans la limite ou moins de la moitié des échantillons est constituée par des signaux parasites. Dans les étapes suivantes 3, l'estimation de la direction de la cible est affinée et, si le radar fonctionne en mode cohérent, l'estimation de sa phase est également affinée. L'estimation de la direction n'est pas calculée à partir de simples moyennes sur l'ensemble des échantillons mais par des moyennes pondérées avec une loi de pondération particulière. Le coefficient de pondération appliqué à un échantillon est une fonction décroissante d'une part de l'écart angulaire entre la direction de l'échantillon et la direction médiane calculée dans la première étape, et d'autre part de l'écart entre la phase de l'échantillon et la phase médiane calculée dans la deuxième étape. L'écart angulaire d'un échantillon est pris égal à la valeur absolue de la différence entre la mesure d'écartométrie de l'échantillon et la valeur médiane des mesures d'écartométrie cumulée. L'écart de phase est pris égal à la valeur absolue de la différence entre la phase de l'échantillon et la médiane des phases. La forme analytique de la loi de pondération dépend de la dispersion statistique du signal. Pour optimiser cette loi, il est possible d'effectuer des tests sur des données réelles. La forme de la pondération dépend alors de l'écart moyen par rapport à la médiane des données de tests. Les tests sur données réelles ont notamment pour but d'estimer la statistique du signal utile, sa dispersion naturelle. Cette dispersion naturelle autour d'une valeur centrale indépendante des signaux parasites. En en effet en condition réelle, en absence de signaux parasites, la direction monopulse mesurée d'un échantillon à l'autre fluctue. En particulier, un signal rétrodiffusé par le radar provenant d'une case de résolution peut être vu comme provenant d'une continuité de points infiniment petits, réfléchissant et possédant chacun différentes surfaces équivalentes radar. Dans un type de test particulier, on effectue des mesures de calibration ne comprenant que des signaux rétrodiffusés par des cibles et/ou des terrains caractéristiques. En ce qui concerne la pondération angulaire, dans la majorité des applications, la dispersion statistique du signal utile est comprise dans un intervalle significatif de l'ordre de 1/10 du lobe d'antenne. La pondération est notamment définie de façon à pénaliser de manière non négligeable les échantillons s'écartant de plus d'une certaine partie de lobe de la direction médiane, par exemple de plus de 1/10 de lobe de la direction médiane. La forme de la décroissance en fonction de l'écart angulaire pour les dépointages supérieurs à 1/10 de lobe peut alors être de forme exponentielle linéaire, quelconque... En ce qui concerne la phase du signal utile, les échantillons s'écartant de plus d'un certain multiple de l'écart type mesuré sur une population non polluée lors de mesures de calibration sur données réelles) sont notamment 35 fortement atténués par la loi de pondération. Avantageusement, la mesure d'écartométrie selon l'invention résout notamment le problème posé. En effet, les échantillons parasites ayant une direction et/ou une phase éloignée du signal ont un poids négligeable dans les moyennes du type de la relation (2) et ne biaisent donc pas le résultat de mesure. La figure 2 illustre les étapes suivantes 3, celles-ci se composent pas exemple de quatre étapes. Dans une première étape suivante 21 on calcule, pour chaque échantillon de mesure, l'écart angulaire entre cet échantillon et la direction centrale du signal utile, définie comme la direction médiane elle-même définie par un écart angulaire égal à la médiane des mesures d'écartométrie. L'écart des directions par rapport à la direction médiane permet d'estimer de manière robuste la déviation des échantillons par rapport à la direction moyenne du signal utile. En effet, en l'absence de signaux parasites la médiane des mesures d'écartométrie est un très bon estimateur de la direction moyenne des signaux rétrodiffusés par une cible. De plus par définition de la médiane, la présence d'échantillons pollués ne change pas la valeur médiane pourvu qu'ils soient inférieurs à la moitié de l'ensemble des échantillons qui reste la même que celle prise sur les échantillons constitués uniquement de signal utile. Avantageusement l'invention exploite un opérateur d'écartométrie particulier. Cet opérateur effectue pour chaque échantillon une mesure d'écart centré sur la médiane, prise par exemple sur les n échantillons utilisés pour estimer l'écart angulaire dans une opération d'écartométrie du type écartométrie cumulée. Plus précisément (4, ) étant l'échantillon d'ordre i, l'opérateur calcule l'écart angulaire X1 entre la direction de l'échantillon i et la médiane de la population des directions de tous les échantillons monopulses. Il est défini par la relation suivante : Ai - ,4 xi= Re(w) medi,-ix(Rel 14 )2 (4) ( OÙ medi=i,' Re(4) est la médiane des mesures d'écartométries PA monopulse sur les n échantillons, 4 étant la valeur d'un signal de la voie différence pour l'échantillon d'ordre j et étant la valeur d'un signal de la voie somme pour l'échantillon d'ordre j, j variant de 1 à n. L'opérateur est appliqué pour le calcul de l'écart angulaire de chacun des n échantillons. Dans une étape suivante 22, pour chaque échantillon, on calcule sur la voie E l'écart de phase entre cet échantillon et la mediane de la population des phases proses sur tous le sechantillons du signal utile. L'écart de phases par rapport à la phase médiane permet d'estimer de manière robuste la déviation des échantillons par rapport à la phase moyenne du signal utile. En effet, en l'absence de signaux parasites la médiane des phases est un très bon estimateur de la phase moyenne des signaux rétrodiffusés par une cible. Par ailleurs, la présence d'échantillons pollués ne change pas la valeur médiane, pourvu que leur nombre soit inférieur à la moitié du total des échantillons. Cette valeur médiane reste la même que celle prise sur les échantillons constitués uniquement de signal utile. Avantageusement, l'invention exploite également un opérateur particulier. Cet opérateur effectue, pour chaque échantillon, un calcul de phase centrée sur la médiane prise par exemple sur les n échantillons à disposition pour une opération d'écartométrie cumulée. Plus précisément en considérant un échantillon d'ordre i sur la voie somme ayant une phase Oh l'écart de phase 80; entre la phase de l'échantillon et le signal utile, est défini par : Mei =Pj - medi=1,'(0i) (5) où medi="(03) , la médiane des phases de la voie somme prise sur les n échantillons. Dans une phase suivante 23, on calcule le coefficient de pondération à appliquer à chaque échantillon pour le calcul de l'écartométrie affinée. La loi de pondération est une fonction décroissante de l'écart angulaire X1 défini à la relation (4). La loi de pondération tient compte du fait que plus la direction d'un échantillon s'éloigne de la direction centrale du signal utile, plus son influence sur le résultat est négligeable. Le coefficient de pondération qi d'un échantillon i est donc une fonction de son écart angulaire = q( ) (6) La forme analytique de la loi de pondération q dépend de la dispersion naturelle de la direction du signal utile d'un échantillon à l'autre et du compromis entre non régression en mode clair et suppression des signaux parasites. Un exemple de loi de pondération permettant de résoudre les problèmes de signaux parasites dans un mode ayant un écart type angulaire de 1/10 de lobe, par exemple, est donné par la relation suivante : 12 (7) = eXp( V27ro-7, 2 an 2 avec par exemple an = 2std((X1}i.1,n) « std » étant la fonction écart type. En ce qui concerne le coefficient de pondération provenant de l'écart de la phase 60i par rapport à la médiane, il est fonction décroissante et paire de 8ePi. La loi de pondération tient compte du fait que plus la phase d'un échantillon s'éloigne de la phase du signal utile, plus son influence sur le résultat est négligeable. Le coefficient de pondération gi est donc une fonction de l'écart de phase 8(P1: = g(M) (8)30 La forme analytique de la loi de pondération g dépend de la dispersion naturelle de la phase du signal utile d'un échantillon à l'autre et du compromis entre non régression en mode claire et suppression des signaux parasites. Un exemple de pondération utilisé est la fonction rectangle de largeur deux fois l'écart type de la statistique : bei (9) gi = rect{2 std({50j}j=i,n)) « rect » étant la fonction rectangle ou fonction porte, définie comme suit : rect (x/a) = 1 pour -a/2 Dans une étape suivante 24, l'écartométrie affinée est obtenue calcul de l'écart angulaire par moyenne pondérée des écarts angulaires et pour certains cas des écarts de phases. L'écart final du traitement, du type écartométrie cumulée, est déterminé par 15 une moyenne pondérée dont la forme dépend du mode d'émission des signaux, en particulier selon que le mode est non cohérent ou cohérent. Dans le cas d'un mode non cohérent, le coefficient de pondération appliqué à chaque échantillon i est déterminé par la relation (6) et dépend uniquement 20 de son écart angulaire X1 par rapport à la direction médiane des signaux et de la forme de la fonction q. L'écart angulaire final 69 ,obtenu à partir de n échantillons de mesure d'écartométrie (4, lfl, est alors donné par la moyenne pondérée des écarts angulaires selon la relation suivante : 25 80= k qi q R e zr. 1.«4. I 142 (10) ou selon la relation suivante : qi 80= kRe( Ai- 4) Er- q1 Les écarts angulaires étant définis selon la relation (3), k étant la pente d'écartométrie, et qi étant les coefficients de pondération fonction des écarts angulaires Xi avec la médiane donnés par exemple par la relation (7). Ces échantillons de mesure d'écartométrie sont par exemple ceux utilisés 10 pour une écartométrie cumulée classique. Dans le cas d'un fonctionnement en mode cohérent, l'écart angulaire final, affiné, est donné la moyenne pondérée selon la relation suivante : 1 15 0=k Er p.Re(2-A 1412 ou selon la relation suivante : Er- Pilit- 80= kRe( 20 k étant la pente d'écartométrie et pi le coefficient de pondération appliqué à chaque échantillon i dépendant à la fois de l'écart angulaire X1 et de l'écart de phase 801 par rapport à la médiane. Le coefficient de pondération finale pi peut alors être obtenu de plusieurs 25 façons, qi étant donné par (6) et g; donné par (8) : - Par une combinaison linéaire des pondérations provenant des écarts de phase et d'angle : pi = aqi + bgi (14) (12) (13) - Par un produit des pondérations provenant des écarts de phase et d'angle : pi = qi* gi (15) Par une fonction quelconque des pondérations provenant des écarts de phase et d'angle pi = f (qi, g i) (16)10 REVENDICATIONS1. Procédé de mesure d'écartométrie d'une cible à partir d'un ensemble d'échantillons de mesures d'écartométrie monopulse de signaux rétrodiffusés par ladite cible, caractérisé en ce que la mesure d'écartométrie de ladite cible est obtenue en effectuant (24) une moyenne pondérée desdits échantillons de mesure dont les coefficients de pondération décroissent en fonction de l'écart de l'échantillon à pondérer par rapport à la médiane de la population des mesures d'écartométrie monopulse (21, 22). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce pour un échantillon (Ah ) d'ordre i, di étant la valeur dudit échantillon sur la voie différence et étant la valeur dudit échantillon sur la voie somme, ledit écart comporte un écart angulaire )(défini par la relation suivante : Ai - zii .4 xi= Re(-1412) inedi.i,n(Re(--r) 1.11 ) medj=i, (n Re(4 I ) étant la médiane des mesures d'écartométries sur 14 les n échantillons, 4 étant la valeur d'un échantillon d'ordre j et étant la valeur d'un échantillon d'ordre j, j variant de 1 à n. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits coefficients de pondération (q1) sont décroissant en fonction des écarts angulaires X,, i variant de 1 à n. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les coefficients de pondération qi décroissent en fonction de l'écart angulaire selon la relation suivante :1 x.2 qi = eXp( V-Fro-i, 2 a-, 2 un étant égal à deux fois l'écart type des valeurs eili=i,n) 5. Procédé selon l'une quelconques des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que lesdits signaux étant issus d'une émission cohérente, pour un échantillon d'ordre i ayant une phase Oh ledit écart comporte un écart de phase 50; entre ladite phase (1); et une médiane des phases défini par la relation suivante : (501. = - medirri,n(Oi) étant la médiane des phases (Of) de la voie somme prise sur les n échantillons, un coefficient de pondération gi étant affecté à chaque échantillon d'ordre i, ledit coefficient décroissant en fonction dudit écart de phase. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les coefficients de pondération pi utilisés dans ladite moyenne pondérée sont fonction desdits coefficients de pondération qi et g; . 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits coefficients de pondération pi sont une combinaison linéaire desdits coefficients qi et gi. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits coefficients de pondération pi sont le produit desdits coefficients qi et g. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits échantillons sont ceux utilisés pour une mesure 25 d'écartométrie cumulée.