Brevet FR3071320A1 — publié le 20190322

RADAR AEROPORTE AMELIORE ET AERONEF LEGER EQUIPE D'UN TEL RADAR La présente invention concerne les radars aéroportés. Jusqu'à présent, un tel radar est dimensionné pour pouvoir imager une zone d'intérêt jusqu'à une portée maximum théorique prédéfinie avec un taux de renouvellement de l'information constant sur l'ensemble de cette zone. Ce dimensionnement à partir du pire cas se fait au détriment de la puissance requise et par conséquent de la consommation du radar et de la quantité d'énergie thermique à dissiper. Cela se traduit par l'emploi de sources de puissances et de 10 dissipateurs thermiques volumineux, lourds et incidemment coûteux. De tels radars, gourmands, volumineux et lourds, ne sont pas adaptés pour pouvoir être embarqués à bord d'un porteur léger, tel qu'un hélicoptère de petite taille, de préférence sans pilote et autonome. Par ailleurs, la portée maximale réelle étant fonction de l'altitude du porteur, un 15 radar est rarement utilisé jusqu'à sa portée maximale théorique. Les radars de l'état de la technique apparaissent donc comme surdimensionnés. L'invention a donc pour but de pallier ce problème, en proposant un radar qui, tout en offrant la possibilité d'imager correctement jusqu'à une portée maximale théorique identique à celle d'un radar de l'état de la technique, présente une consommation réduite 20 par rapport à ce même radar. Pour cela l'invention a pour objet un radar aéroporté, caractérisé en ce qu'il est propre à fonctionner dans un régime optimal pour imager de manière optimale une première zone de portée réduite, et dans un régime forcé pour imager une seconde zone de portée étendue, le radar étant, dans le régime forcé, configuré pour présenter un taux 25 de renouvellement de l'information réduit par rapport à celui utilisé pour imager la première zone dans le régime optimal, le taux de renouvellement de l'information réduit permettant, en régime forcé, de limiter la consommation énergétique moyenne et l'énergie thermique moyenne à dissiper. Suivant des modes particuliers de réalisation, le radar comporte une ou plusieurs 30 des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - le taux de renouvellement de l'information est réduit en augmentant le temps d'intégration du signal reçu. le taux de renouvellement de l'information est réduit en augmentant le 35 nombre de coup au but. 2 l'augmentation du nombre de coups au but est réalisée en diminuant une vitesse angulaire de rotation du radar. le taux de renouvellement de l'information est réduit en imageant la seconde zone par secteurs, l'observation de deux secteurs successivement dans le temps étant espacée par une période de repos dans laquelle le régime forcé n'est pas utilisé. le taux de renouvellement de l'information est réduit en modifiant la forme d'onde. la période de répétition est augmentée. 10 le radar adapte sa portée de détection en fonction d'une altitude à laquelle ledit radar se trouve, pour atteindre un horizon radar (Dh), qui est défini par ladite altitude. le radar est du type à antenne tournante ou à antenne active. L'invention a également pour objet un aéronef léger embarquant un radar conforme au radar précédent. 15 L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation particulier, donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, cette description étant faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 est une représentation d'une première manière de modifier une forme 20 d'onde entre un régime optimal et un régime forcé ; - La figure 2 est une représentation d'une seconde manière de modifier une forme d'onde entre un régime optimal et un régime forcé ; - La figure 3 est une représentation d'une manière de modifier un secteur imagé entre un régime optimal et un régime forcé ; 25 - la figure 4 représente, successivement dans le temps, le secteur imagé par le régime forcé à chaque tour d'antenne ; et, - la figure 5 représente schématiquement un radar aéroporté selon l'invention, embarqué à bord d'un aéronef léger selon l'invention. 30 De manière générale, la solution proposée consiste, dans un régime forcé de fonctionnement du radar, à adapter le taux de renouvellement de l'information en fonction de la portée du radar et du besoin opérationnel, dans le but de diminuer la consommation et la dissipation thermique globales. Ainsi, plus on se rapproche de la portée maximale théorique plus le taux de 35 renouvellement de l'information est réduit. 3 Le dimensionnement du radar est donc réalisé en tenant compte d'un régime optimal d'observation d'une portée réduite avec un taux de renouvellement de l'information élevé et d'un régime forcé d'observation d'une portée étendue avec un taux de renouvellement de l'information réduit. Il s'agit donc de dimensionner le radar sur une moyenne de son fonctionnement et non plus sur son pire cas de fonctionnement. Par exemple, comme illustré par la figure 3, le radar permet, dans le régime optimal, d'imager une première zone Z1 s'étendant jusqu'à une première portée R, et, dans le régime forcé, d'imager une seconde zone Z2 s'étendant jusqu'à une seconde portée 2R, la seconde portée 2R correspondant à la portée maximale théorique du radar 10 de l'état de la technique. Toutes choses égales par ailleurs, l'équation radar, connue de l'homme du métier, indique que pour pouvoir multiplier par un facteur 2 la portée d'un radar donné, il convient de multiplier par un facteur 16 la puissance émise par ce radar. Dans un bilan énergétique (utilisant des logarithmes décimaux), ce facteur 16 représente un gain de 12 dB. 15 Il y donc besoin de 12 dB supplémentaires pour observer la seconde zone. Pour compenser tout ou partie des effets associés à une augmentation de la puissance émise pour imager la seconde zone, le régime forcé va être utilisé sur des durées courtes. Par exemple, on se fixe la contrainte que l'énergie consommée et l'énergie 20 thermique à dissiper en régime forcé soient égales à l'énergie consommée et à l'énergie thermique à dissiper en régime optimal. Dans un premier mode de réalisation, illustré sur la figure 1, la période de répétition Tr définie pour imager la première zone dans le régime optimal est conservée 25 dans le régime forcé. La forme d'onde M2 dans le régime forcé par rapport à celle M1 dans le mode optimal est alors modifiée pour émettre plus d'énergie dans le secteur angulaire dans lequel pointe le radar. On considère qu'un émetteur du type état solide, qui fonctionne avec un facteur de forme de 10% dans le régime optimal (c'est-à-dire dont le rapport de la 30 largeur d'impulsion sur la période de répétition Tr est de 0,1), peut fonctionner avec un facteur de forme à 50% dans le régime forcé. Ainsi un facteur 5 est obtenu sur la puissance émise par période de répétition. Ce gain correspond à 7 dB dans le bilan énergétique. Pour obtenir les 12 dB nécessaires à 1"augmentation d'un facteur deux de la 35 portée, il est prévu d'adapter le temps d'intégration dans le régime forcé. 4 Le temps d'intégration cohérent sur une cible peut être augmenté d'un facteur deux, soit 3 dB de gain supplémentaire, en baissant la vitesse de balayage de ce même facteur. Une intégration non cohérente apportera les deux derniers décibels au bilan énergétique. L'augmentation des temps d'intégration cohérente et non cohérente pour la zone lointaine constitue une autre manière de réduire le taux de renouvellement de l'information. Eventuellement, cela conduit à limiter la détection lointaine à des cibles de grandes dimensions, la détection de petites cibles peut se faire à un rythme plus lent. Dans un second mode de réalisation, pour le régime forcé, la période de répétition est augmentée en fonction de la portée. Par exemple, comme illustré sur la figure 2, pour imager jusqu'à une portée 2R, la forme d'onde M2 du régime forcé est modifiée par rapport à la forme d'onde M1 du régime optimal en multipliant la période de répétition dans le régime forcé par deux par rapport à la période de répétition Tr du régime optimal. Avec un émetteur fonctionnant avec un facteur de forme de 10% dans le régime optimal et un facteur de forme de 50 % dans le régime forcé, la largeur d'impulsion est multipliée par 10, soit 10 dB. Mais, la puissance émise sur la période de répétition, c'est-à-dire à l'intérieur du secteur éclairé pendant la durée 2Tr, n'est multipliée que par 5, soit 7 dB dans le bilan énergétique. Pour obtenir les 12 dB nécessaires à l'augmentation d'un facteur 2 de la portée, il est prévu, dans ce second mode de réalisation, d'adapter la vitesse angulaire w du radar, en la diminuant pour la détection lointaine. Ainsi, comme illustré sur la figure 3, si al est le secteur angulaire observé pendant une durée T en régime optimal, le secteur angulaire a2 observé pendant la même durée en régime forcé est réduit. En diminuant la vitesse de rotation w du radar d'un facteur 3 entre le régime optimal et le régime forcé, on multiplie d'un facteur 3 le nombre de coups au but dans le secteur angulaire a2 observé. Un facteur 3 est donc obtenu par une intégration cohérente de la puissance reçue. Le temps d'intégration dans le régime forcé reste ici égal à celui utilisé dans le régime optimal. Cette augmentation de l'énergie reçue correspond à un gain de 5 dB supplémentaires dans le bilan énergétique. 5 Cependant, l'augmentation de l'énergie émise en régime forcé pose le problème de la consommation énergétique. Pour que la puissance consommée pour imager la seconde zone Z2 soit égale à la puissance consommée pour imager la première zone Z1, le taux de renouvellement de l'information doit encore être réduit davantage dans le régime forcé. Plus une cible est éloignée, plus le taux de renouvellement de l'information peut être réduit, car la cible bouge, de manière relative, moins rapidement que si elle était proche. Un taux de renouvellement de l'information 5 fois plus faible en régime forcé qu'en 10 régime optimal, permet donc, en moyenne, de garder la puissance nécessaire pour imager la seconde zone au même niveau que la puissance nécessaire pour imager la première zone. Par exemple, les régimes optimal et forcé étant mis en oeuvre en parallèle, alors que le régime optimal fonctionne en temps continu, le régime forcé n'est utilisé que durant 15 des périodes courtes, par exemple au rythme de 1/16 du temps d'utilisation du régime optimal. Le dénominateur de cette fraction du temps reprend le facteur d'augmentation de la puissance nécessaire pour imager la seconde zone, mais d'autre valeur sont envisageables, notamment en fonction de la valeur d'ajustement des autres paramètres présentés ci-dessus (vitesse angulaire de l'antenne, temps d'intégration cohérente et/ou 20 non cohérente, facteur de forme, etc.) Par exemple, et comme illustré sur la figure 4, si l'antenne du radar effectue un tour par seconde, le régime forcé n'est utilisé que 1/16 du temps, c'est-à-dire pour observer un secteur angulaire de 1/16 de tour (360°). La direction de pointage du radar en régime forcé est alors décalée de 1/16 de tour à chaque tour de manière à couvrir en 16 25 tours l'intégralité de la seconde zone Z2. Dans ces conditions d'utilisation, le régime thermique du radar n'a pas le temps d'être impacté. En effet, la plaque froide jouant le rôle d'intégrateur thermique, elle lisse l'écart de température causé par le surplus d'énergie apporté par le régime forcé. Lorsque les deux régimes sont mis en oeuvre en parallèle, la plaque froide du radar accumule 30 l'énergie thermique du régime optimal et celle du régime forcé, c'est-à-dire 2 fois l'énergie thermique du régime optimal dans le cas où les niveaux d'énergie des deux régimes sont égaux. La mise en oeuvre d'un tel régime forcé pour un radar tournant est contrainte par la 35 rotation de l'antenne, qui laisse peu de liberté et oblige à recomposer la zone lointaine par morceaux. 6 Dans le cas d'une antenne active AESA (« Active Electronically Scanned Array » en anglais), cette contrainte est levée. Il est alors par exemple possible de faire tourner synthétiquement la courte portée avec une vitesse différente de la portée lointaine. On peut par exemple interrompre la rotation rapide (par exemple de 1 tour par seconde) du 5 régime optimal pour complémenter la rotation lente (par exemple de 6 tours par minute) du régime forcé en mettant en mémoire la position relative des deux directions de pointage. La rotation lente progressera donc à son rythme en temps partagé avec la rotation lente. 10 On constate que par cette optimisation du taux de renouvellement de l'information afin de ne pas forcer le porteur à délivrer une puissance pour instrumenter la portée 2R de plus de deux fois la puissance utile pour instrumenter la portée R, la consommation énergétique reste bien inférieure à celle d'un radar de l'état de la technique et les besoins en dissipation thermiques sont également bien inférieurs. 15 Dans l'exemple présenté, le domaine d'observation jusqu'à la portée maximale théorique est subdivisée en deux zones. D'autres approches sont possibles, par exemple un ajustement du taux de renouvellement de l'information évoluant continument avec la portée, ou par paliers en fonction d'une pluralité de plages successives de la portée. Grâce à ces méthodes le radar pourra notamment adapter sa portée à l'horizon 20 radar Dh , qui suit la formule : Dh = \12xHx (4-33 ; avec R le rayon de la terre (égal à 6,4x106m) et H l'altitude du porteur. La figure 5 représente un radar aéroporté 10 conforme à la présente description. Il est embarqué à bord d'un aéronef léger 12, tel qu'un hélicoptère, de préférence autonome. 25 Le radar 10 est propre à fonctionner soit en mode optimal, soit en mode forcé. Dans ce dernier mode de fonctionnement, il est programmé pour ajuster ces paramètres de fonctionnement pour observer une zone s'étendant jusqu'à une portée maximale de détection, avantageusement égale à la l'horizon radar Dh, qu'il est susceptible de calculer à partir de la donnée de l'altitude REVENDICATIONS1.- Radar aéroporté (10), caractérisé en ce qu'il est propre à fonctionner dans un régime optimal pour imager de manière optimale une première zone (Z1) de portée réduite (R), et dans un régime forcé pour imager une seconde zone (Z2) de portée étendue (2R), le radar étant, dans le régime forcé, configuré pour présenter un taux de renouvellement de l'information réduit par rapport à celui utilisé pour imager la première zone dans le régime optimal, le taux de renouvellement de l'information réduit permettant, en régime forcé, de limiter la consommation énergétique moyenne et l'énergie thermique moyenne à dissiper. 2.- Radar selon la revendication 1, dans lequel le taux de renouvellement de l'information est réduit en augmentant le temps d'intégration du signal reçu. 3.- Radar selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le taux de renouvellement de l'information est réduit en augmentant le nombre de coup au but. 4.- Radar selon la revendication 3, dans lequel l'augmentation du nombre de coups au but est réalisée en diminuant une vitesse angulaire de rotation du radar. 5.- Radar selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le taux de renouvellement de l'information est réduit en imageant la seconde zone par secteurs, l'observation de deux secteurs successivement dans le temps étant espacée par une période de repos dans laquelle le régime forcé n'est pas utilisé. 6.- Radar selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le taux de renouvellement de l'information est réduit en modifiant la forme d'onde (M1, M2). 30 7.- Radar selon la revendication 6, dans lequel la période de répétition est augmentée. 8.- Radar selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le radar adapte sa portée de détection en fonction d'une altitude à laquelle ledit radar se 35 trouve, pour atteindre un horizon radar (Dh), qui est défini par ladite altitude. 25 8 9.- Radar selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le radar est du type à antenne tournante ou à antenne active. 10.- Aéronef léger (12), caractérisé en ce qu'il embarque un radar selon l'une 5 quelconque des revendications précédentes.