Brevet FR3050537A1 — publié le 20171027

Procédé de post-traitement de signaux radars à faible puissance d'émission DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention se rapporte au domaine de la détection et du traitement de signal et/ou d'image, plus spécifiquement l'invention concerne un procédé de post-traitement de signaux radars à faible puissance d'émission, en particulier un radar de type LPI (Low Probability Interception). ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Le traitement de signaux, en particulier ceux émis par un radar, rassemble les techniques de traitement, d'analyse et d'interprétation des signaux. Une bonne interprétation des signaux émis par un radar dépend, cependant, de la qualité des signaux captés par un intercepteur et des procédés de traitement. Le principe de l'interception radar est de travailler sur les signaux dont la puissance est suffisamment grande pour détecter un signal de manière certaine et ainsi d'éviter les fausses détections; c'est-à- dire avec un rapport signal à bruit (RSB) important. Les signaux émis par les radars classiques possèdent en général une grande puissance d'émission, et sont ainsi, interceptés et traités à l'aide des méthodes de traitement de signal classiques, et ce avec une assez bonne précision. Néanmoins, lorsque le signal est émis par un radar à faible puissance d'émission, par exemple un radar de type LPI (Low Probability Interception), l'intercepteur ou les systèmes d'écoute enregistrent un signal avec un RSB très faible, qui ne peut pas être traité et/ou exploité avec les méthodes de traitement classiques, rendant le radar invisible aux yeux de l'intercepteur ou des systèmes d'écoute. Ainsi, La détection de signaux radar à faible puissance d'émission s'avère être un enjeu stratégique et technologique majeur, en particulier dans le domaine militaire ou sécuritaire pour lutter 3050537 2 contre d'éventuelles menaces, et requiert ainsi de nouveaux principes ou procédés de traitement de ces signaux à faibles puissances. DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION 5 La présente invention a pour but de pallier certains inconvénients de l'art antérieur en proposant la capacité de traiter des informations contenues dans les signaux radars et en particulier les signaux émis par des radars à faible puissance d'émission. io Ce but est atteint par un procédé de post-traitement de signaux radars à faible puissance d'émission, en particulier pour des radars de type LPI (Low Probability of Interception), ledit procédé comprenant les principales étapes suivantes: - une première étape (El) ) de numérisation du signal analogique 15 émis par le radar et enregistré par un dispositif intercepteur; - une seconde étape (E2) de génération de spectres et d'au moins une image, à partir du signal numérisé obtenu dans la première étape (El), via un traitement FFT (Fast Fourier Transform) se focalisant sur les signaux de faible puissance et 20 à l'enregistrement des spectres dans une image représentant sur trois axes, la fréquence sur l'axe des ordonnées, le temps sur l'axe des abscisses et la puissance du signal reçu; - une troisième étape (E3) de traitement de l'image obtenue dans la seconde étape (E2), de génération de spectre et d'image; 25 - une quatrième étape (E4) de mesure de segments de l'image issue de l'étape (E3) de traitement d'image, à partir du nombre de pixels blancs contigus selon l'axe des abscisses; - une cinquième étape (E5) de suppression des segments, à faible densité de pixels, obtenus dans la quatrième étape de 30 mesure, les segments à forte densité de pixels étant qualifiés 3050537 3 de détections par comparaison à une durée minimale déterminée et mémorisée; - et une sixième étape (E6) de conversion en mégahertz et milliseconde de la détection du signal pixélisée par une 5 déviation en fréquence selon l'axe des ordonnées et par une durée selon l'axe des abscisses, obtenue dans l'étape (E5) de suppression, pour lecture et interprétation. Selon une autre particularité, troisième étape (E3), de traitement de 10 l'image obtenue dans la deuxièmê étape (E2), comprend au moins une sous-étape (E31) de détection des contours de l'image issue de l'étape (E3), une sous-étape (E32) de seuillage de l'image traitée dans l'étape (E31) de détection des contours de l'image pour mettre en exergue les segments détectés et réduire le bruit, une sous-étape (E33) de dilatation de l'image 15 traitée dans l'étape (E32) de seuillage de l'image pour combler les discontinuités des segments, et une sous-étape (E34) de regroupement des détections obtenues dans l'étape (E33) de dilatation de l'image. Selon une autre particularité, la sous-étape (E31) de détection des 20 contours de l'image consiste à accentuer les contours du signal en se basant sur le gradient d'intensité lumineuse, et à isoler le signal recherché du bruit. Selon une autre particularité, l'image est traitée par un filtre de Prewitt. 25 Selon une autre particularité, la sous-étape (E32) de seuillage de l'image consiste à passer d'une image en nuance de gris à une image noir et blanc constituée d'information binaire. Selon une autre particularité, le seuillage est effectué selon la 30 méthode de Yen. 3050537 4 Selon, une autre particularité, la sous-étape (E33) de dilatation de l'image consiste à combler les discontinuités des détections et de remplir l'intérieur des contours du signal d'intérêt par des pixels blancs. 5 Selon une autre particularité, la sous-étape (E34) de regroupement des détections consiste à regrouper par paquets contigus (à une tolérance près) les points blancs correspondant à une potentielle détection. Selon une autre particularité, les points blancs sont regroupés en 10 segments de différentes tailles. Selon une autre particularité, l'étape (E4) de mesure des segments de l'image formés de pixels blancs contigus, consiste à sélectionner les segments suivant l'axe des abscisses et correspondant physiquement à une 15 émission d'une onde radar d'une durée supérieure à environ 0.5 milliseconde. Selon une autre particularité, le procédé de post-traitement des signaux radars est mis en oeuvre sur une plateforme matérielle et logicielle 20 comprenant au moins une antenne de réception, un intercepteur, un moyen de traitement de signal compris ou non dans l'intercepteur. Selon une autre particularité, le procédé de post-traitement des signaux radars est utilisable sur toute plateforme matérielle (hardware) et 25 logicielle sans nécessiter une modification de ladite plateforme matérielle. Selon une autre particularité, un Système de détection de signaux radars à faible puissance d'émission, en particulier pour des radars de type LPI (Low Probability of Interception), caractérisé en ce qu'il comprend un 30 dispositif intercepteur, un circuit de traitement des signaux interceptés, le circuit de traitement exécutant un programme mettant en oeuvre les étapes du procédé de post-traitement. 3050537 5 DESCRIPTION DES FIGURES ILLUSTRATIVES D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en 5 référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1A représente le schéma fonctionnel du procédé de post-traitement de signaux radars à faible puissance d'émission ; - la figure 1B représente le schéma fonctionnel de la troisième étape du procédé de post-traitement de signaux radars à faible puissance io d'émission ; - la figure 2A représente le schéma fonctionnel du procédé d'émission-réception d'un signal émis par un radar classique à forte puissance d'émission et capté par un intercepteur ; 15 - la figure 2B représente le schéma fonctionnel du procédé d'émission-réception d'un signal émis par un radar de type LPI, à faible puissance d'émission, et capté par un intercepteur; DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES DE 20 L'INVENTION La présente invention concerne un procédé de post-traitement de signaux radars à faible puissance d'émission (1, figure 1A), en particulier pour des radars de type LPI (Low Probability of Interception). 25 Dans certains modes de réalisation, le procédé (1) [1, figure 1A] de post-traitement de signaux radars à faible puissance d'émission (figure 2B), en particulier pour des radars (2) de type LPI (Low Probability of Interception), comprend les principales étapes suivantes: 3050537 6 - une première étape (El) de numérisation du signal analogique émis par le radar (2) et enregistré par un dispositif intercepteur (3); - une seconde étape (E2) de génération de spectres et d'au 5 moins une image, à partir du signal numérisé obtenu dans la première étape (El), via un traitement FFT (Fast Fourier Transform) se focalisant sur les signaux de faible puissance et à l'enregistrement des spectres dans une image représentant sur trois axes, la fréquence sur l'axe des ordonnées, le temps 10 sur l'axe des abscisses et la puissance du signal reçu ; - une troisième étape (E3) de traitement de l'image obtenue dans la seconde étape (E2, de génération de spectre et d'image; - une quatrième étape (E4) de mesure de segments de l'image issue de l'étape (E3) de traitement d'image, à partir du nombre 15 de pixels blancs contigus selon l'axe des abscisses; - une cinquième étape (E5) de suppression des segments, à faible densité de pixels, obtenus dans la quatrième étape de mesure, les segments à forte densité de pixels étant qualifiés de détections par comparaison à une durée minimale 20 déterminée et mémorisée; - et une sixième étape (E6) de conversion en mégahertz et milliseconde de la détection du signal pixélisée par une déviation en fréquence selon l'axe des ordonnées et par une durée selon l'axe des abscisses, obtenue dans l'étape (E5) de 25 suppression, pour lecture et interprétation. Un signal analogique, émis par un radar (2), est réceptionné par un intercepteur (3) et enregistré (figure 2A, figure 2B) pour traitement. Le signal analogique intercepté, qui comporte un ensemble continu d'informations 30 physiques pouvant prendre une infinité de valeurs différentes, est alors transformé en signal numérique (E1, figure 1A), qui comporte un ensemble 3050537 7 discret d'informations physiques avec un nombre finies de valeurs. La numérisation du signal s'accompagne d'une perte d'informations et une première vérification du rapport signal à bruit (RSB) du signal numérisé est alors effectuée pour séparer le bruit du signal. Pour un signal émis par un 5 radar classique (2, figure 2A), la puissance d'émission est assez élevée pour que le signal soit facilement différentiable du bruit. Le signal peut alors être traité sans difficulté en se limitant aux données numérisées. Pour un signal avec urte amplitude difficilement différentiable du bruit, on est en présence, par exemple d'un radar LPI (Low Probability of Interception), c'est à dire 'à 10 faible puissance d'émission (2, figure 2B). L'analyse est alors complétée par les étapes successives, (E2), (E3), (E4), (E5) et (E6), définies ci-dessus pour obtenir un signal exploitable. En particulier dans l'étape (E2) une transformation du signal en image permet une première séparation visible du signal d'intérêt, en forme de segments, et du bruit. Plus la puissance du 15 signal d'intérêt est faible, plus la présence du bruit perturbe la bonne détection et caractérisation du signal. Il est alors nécessaire de procéder aux étapes suivantes, à savoir les étapes (E3), (E4), (E5) et (E6). Dans certains modes de réalisation, la troisième étape (E3) [figure 1A, 20 figure 1B], de traitement de l'image obtenue dans la deuxième étape (E2), comprend au moins une sous-étape (E31) [figure 1B] de détection des contours de l'image issue de l'étape (E3), une sous-étape (E32) de seuillage de l'image traitée dans l'étape (E31) de détection des contours de l'image pour mettre en exergue les segments détectés et réduire le bruit, une sous- 25 étape (E33) de dilatation de l'image traitée dans l'étape (E32) de seuillage pour combler les discontinuités des segments, et une sous-étape (E34) de regroupement des détections obtenues dans l'étape (E33) de dilatation de l'image. 30 Dans certains modes de réalisation, la sous-étape (E31) de détection des contours de l'image consiste à accentuer les contours du signal en se basant sur le gradient d'intensité lumineuse, et à isoler le signal recherché du 3050537 8 bruit. Le contour d'une image se matérialise par une rupture d'intensité dans l'image suivant une direction donnée et représente sa partie la plus informative. La mise en évidence des points représentant les contours dans une image permet ainsi, par exemple, de différencier des zones de l'image 5 ou d'extraire une information réduite pouvant être pertinente pour la caractérisation de l'image. Plusieurs méthodes de filtrage, plus ou moins complexes, par exemple et de manière non limitative les méthodes de Sobel, Roberts ou Scharr, peuvent être mise en oeuvre pour détecter les ruptures ou contours dans une image. De préférence, on utilisera un filtre de Prewitt io pour la détection des contours de l'image obtenue dans l'étape (E2) de génération de spectres et d'au moins une image. Outre le calcul du gradient ou de la variation de l'intensité dans les deux directions (horizontal et vertical), le filtre de Prewitt effectue également, dans les deux directions, un lissage de l'image permettant ainsi de mieux isoler le signal d'intérêt du bruit. 15 L'image obtenue dans cette étape de détection de contours s'exprime en nuance de gris indiquant l'importance de chaque gradient d'intensité. Dans certains modes de réalisation, la sous-étape (E32) de seuillage de l'image consiste à passer d'une image en nuance de gris à une image 20 noir et blanc constituée d'information binaire. Le passage de l'image en nuance de gris, obtenue dans l'étape de détection de contours, à une image noir et blanc permet de confirmer ou d'infirmer la présence ou non de contours. Les pixels blancs qui attestent la présence d'un contour se voient attribuer la valeur de 1 et les pixels noirs, attestant de l'absence de contours, 25 se voient attribuer la valeur O. Cette binarisation en chaque point de l'image (attribution du chiffre 1 ou 0 aux pixels) se fait en définissant au préalable un seuil que l'on compare avec le gradient d'intensité en chaque point. Le seuillage est qualifié de global si on utilise un seuil identique pour chaque point de l'image et de local si le seuil concerne une portion de l'image. 30 Néanmoins, le bruit n'est pas constant dans l'image et l'utilisation d'un seuil identique en tout point ne contribue pas à diminuer le bruit. Il est alors adéquat d'utiliser un seuillage adaptatif, avec un seuil s'ajustant selon les 3050537 parties de l'image. Un point se voit, ainsi, attribuer la valeur 1 si son gradient est supérieur au seuil adaptatif et 0 sinon. Plusieurs méthodes de seuillage adaptatif peuvent être mises en oeuvre pour filtrer l'image en nuance de gris en donnant des résultats plus ou moins satisfaisants. De préférence, pour 5 effectuer le seuillage, on utilisera la méthode de Yen, qui présente l'avantage de ne pas faire ressortir le bruit en cas d'absence de signal d'intérêt, afin de ne pas provoquer artificiellement des détections. La méthode de Yen permet également d'obtenir une image binaire présentant moins de bruit. 10 Dans certains modes de réalisation, la sous-étape (E33) de dilatation de l'image consiste à combler les discontinuités des détections et de remplir l'intérieur des contours du signal d'intérêt par des pixels blancs. L'image obtenue est élargie, les points blancs prennent plus d'importance et les contours sont bien définis, en particulier grâce à la réduction de bruit dans 15 l'étape de seuillage (E32). Dans certains modes de réalisation, la sous-étape (E34) de regroupement des détections consiste à regrouper par paquets contigus (à une tolérance près) les points blancs correspondant à une potentielle 20 détection. Contrairement aux résidus de bruit qui se matérialisent sur l'image traitée par des points, les signaux recherchés représentent des segments d'une longueur importante. Dans certains modes de réalisation, les points blancs sont regroupés 25 en segments de différentes tailles. Dans certains modes de réalisation, l'étape (E4) de mesure des segments de l'image formés de pixels blancs contigus, consiste à sélectionner les segments suivant l'axe des abscisses et correspondant 30 physiquement à une émission d'une onde radar d'une durée supérieure à un seuil, de préférence on utilisera un seuil d'environ 0.5 milliseconde. Les 3050537 10 segments correspondant à une émission en dessous de ce seuil sont, alors, considérés comme des bruits et supprimés dans l'étape (E5). Dans certains modes de réalisation, le procédé (1) de post-traitement 5 des signaux radars est mis en oeuvre sur une plateforme matérielle et logicielle comprenant au moins une antenne de réception, un intercepteur, un moyen de traitement de signal compris ou non dans l'intercepteur. Dans certains modes de réalisation, le procédé de post-traitement des 10 signaux radars est utilisable sur toute plateforme matérielle (hardware) et logicielle, sans nécessiter une modification de ladite plateforme matérielle. Dans, certains modes de réalisation, un système de détection de signaux radars à faible puissance d'émission, en particulier pour des radars 15 (2) de type LPI (Low Probability of Interception), comprend un dispositif intercepteur (3), un circuit de traitement des signaux interceptés, le circuit de traitement exécutant un programme mettant en oeuvre les étapes procédé (1) de post-traitement. 20 Passer par un traitement d'image pour effectuer des détections présente plusieurs avantages parmi lesquelles: - un temps d'exécution réduit par rapport à une méthode consistant à ne travailler que sur les signaux numérisés. En effet les étapes essentielles, en procédant au traitement 25 d'image, sont le transfert des données, le traitement, et éventuellement le stockage. Une image représente un montant d'information de 8 à 200 fois inférieure à celui de données numérisées qui dépend énormément de l'encodage, par exemple: une image au format bitmap (image matricielle) ou 30 image au format jpeg (joint photographic experts group); - l'ajout unique de ce traitement suffit à détecter les signaux des radars LPI. La plateforme hardware n'a ainsi pas besoin de 3050537 11 subir une modification, à condition qu'elle fournisse déjà un flux de données numérisées. - une détection de signaux d'intérêt dont la puissance est équivalente à celle du bruit, ce qui peut représenter un gain en 5 sensibilité d'environ 20dB. - une différentiation aisée des signaux perturbateurs (non LPI), en se basant sur le nombre de pixels. 10 15 20 25 30 3050537 12 La présente demande décrit diverses caractéristiques techniques et avantages en référence aux figures et/ou à divers modes de réalisatiori. L'homme de métier comprendra que les caractéristiques techniques d'un mode de réalisation donné peuvent en fait être combinées avec des caractéristiques d'un autre mode de réalisation à moins que l'inverse ne soit explicitement mentionné ou qu'il ne soit évident que ces caractéristiques sont incompatibles ou que la combinaison ne fournisse pas une solution à au moins un des problèmes techniques mentionnés dans la présente demande. De plus, les caractéristiques techniques décrites dans un mode de io réalisation donné peuvent être isolées des autres caractéristiques de ce mode à moins que l'inverse ne soit explicitement mentionné. Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses 15 autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, mais peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes, et l'invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus. 20 REVENDICATIONS1. Procédé (1) de post-traitement de signaux radars à faible puissance d'émission, en particulier pour des radars (2) de type LPI (Low Probability of Interception), ledit procédé (1) comprenant les principales étapes suivantes: - une première étape (El ) de numérisation du signal analogique émis par le radar (2) et enregistré par un dispositif intercepteur (3); - une seconde étape (E2) de génération de spectres et d'au moins une image, à partir du signal numérisé obtenu dans la première étape (El), via un traitement FFT (Fast Fourier Transform) se focalisant sur les signaux de faible puissance et à l'enregistrement des spectres dans une image représentant sur trois axes, la fréquence sur l'axe des ordonnées, le temps sur l'axe des abscisses et la puissance du signal reçu; - une troisième étape (E3) de traitement de l'image obtenue dans la seconde étape (E2), de génération de spectre et d'image; - une quatrième étape (E4) de mesure de segments de l'image issue de l'étape (E3) de traitement d'image, à partir du nombre de pixels blancs contigus selon l'axe des abscisses; - une cinquième étape (E5) de suppression des segments, à faible densité de pixels, obtenus dans la quatrième étape de mesure, les segments à forte densité de pixels étant qualifiés de détections par comparaison à une durée minimale déterminée et mémorisée; - et une sixième étape (E6) de conversion en mégahertz et milliseconde de la détection du signal pixélisée par une 3050537 14 déviation en fréquence selon l'axe des ordonnées et par une durée selon l'axe des abscisses, obtenue dans l'étape (E5) de suppression, pour lecture et interprétation. 5 2. Procédé (1) de post-traitement de signaux radars selon la revendication 1, caractérisé en ce que la troisième étape (E3), de traitement de l'image obtenue dans la deuxième étape (E2), comprend au moins une sous-étape (E31) de détection des contours de l'image issue de l'étape (E3), une sous-étape (E32) de seuillage de l'image traitée dans 10 l'étape (E31) de détection des contours de l'image pour mettre en exergue les segments détectés et réduire le bruit, une sous-étape (E33) de dilatation de l'image traitée dans l'étape (E32) de seuillage de l'image, pour combler les discontinuités des segments, et une sous-étape (E34) de regroupement des détections obtenues dans l'étape (E33) de 15 dilatation de l'image. 3. Procédé (1) de post-traitement des signaux radars selon la revendication 2, caractérisé en ce que la sous-étape (E31) de détection des contours de l'image consiste à accentuer les contours du signal en se basant sur le gradient d'intensité lumineuse, et à isoler le signal 20 recherché du bruit. 4. Procédé (1) de post-traitement des signaux radars selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'image est traitée par un filtre de Prewitt. 5. Procédé (1) de post-traitement des signaux radars selon la 25 revendication 2, caractérisé en ce que la sous-étape (E32) de seuillage de l'image consiste à passer d'une image en nuance de gris à une image noir et blanc constituée d'information binaire. 3050537 15 6. Procédé (1) de post-traitement des signaux radars selon la revendication 5, caractérisé en ce que le seuillage est effectué selon la méthode de Yen 7. Procédé (1) de post-traitement des signaux radars selon la 5 revendication 2, caractérisé en ce que la sous-étape (E33) de dilatation de l'image consiste à combler les discontinuités des détections et de remplir l'intérieur des contours du signal d'intérêt par des pixels blancs. 8. Procédé (1) de post-traitement des signaux radars selon la revendication 2, caractérisé en ce que la sous-étape (E34) de 10 regroupement des détections consiste à regrouper par paquets contigus (à une tolérance près) les points blancs correspondant à une potentielle détection. 9. Procédé (1) de post-traitement des signaux radars selon la revendication 6, caractérisé en ce que les points blancs sont regroupés 15 en segments de différentes tailles. 10.Procédé (1) de post-traitement des signaux radars selon les revendications 1 et 9, caractérisé en ce que l'étape (E4) de mesure des segments de l'image formés de pixels blancs contigus, consiste à sélectionner les segments suivant l'axe des abscisses et correspondant 20 physiquement à une émission d'une onde radar d'une durée supérieure à environ 0.5 milliseconde. 11. Procédé (1) de post-traitement des signaux radars selon les revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre sur une plateforme matérielle et logicielle comprenant au moins une antenne 25 de réception, un intercepteur, un moyen de traitement de signal compris ou non dans l'intercepteur. 12. Procédé (1) de post-traitement des signaux radars selon les revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est utilisable sur toute 3050537 16 plateforme matérielle (hardware) et logicielle, sans nécessiter une modification de ladite plateforme matérielle. 13.Système de détection de signaux radars à faible puissance d'émission, en particulier pour des radars (2) de type LPI (Low Probability 5 of Interception), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif intercepteur (3), un circuit de traitement des signaux interceptés, le circuit de traitement exécutant un programme mettant en oeuvre les étapes du procédé (1) de post-traitement. 10