Brevet FR3164293A1 — publié le 20260109

Procédé de détection de lobes radar à partir d’une pluralité d’impulsions électromagnétiques collectées par un système antennaire de guerre électronique Procédé de détection de lobes radar consistant à : sélectionner une impulsion ( ) dont une amplitude ( ) est un maximum local dans une suite temporelle d’impulsions, en tant qu’impulsion de référence ( ) ; définir un domaine de recherche (D) dans l’espace des paramètres d’une famille paramétrique de paraboles modélisant des impulsions émises par le passage du lobe d’un radar dans une scène électromagnétique observée, le domaine de recherche prenant en compte le temps d’arrivée et l’amplitude de l’impulsion de référence ; identifier des paramètres d’une parabole optimale de la famille paramétrique de paraboles par un processus de recuit simulé parcourant le domaine de recherche ; et regrouper des impulsions proches de la parabole optimale, en tant qu’impulsions appartenant à un même lobe radar. Figure pour l'abrégé : Figure 1 Procédé de détection de lobes radar à partir d’une pluralité d’impulsions électromagnétiques collectées par un système antennaire de guerre électronique L’invention a pour domaine général celui de la guerre électronique – GE. Elle a pour domaine particulier celui des procédés de traitement de désentrelacement. En GE, un système antennaire écoute une scène électromagnétique – EM. Le système antennaire collecte, sur une fenêtre temporelle d’acquisition, une pluralité d’impulsions. Chaque impulsion est caractérisée par un temps d’arrivée – TOA (« Time of Arrival ») et une amplitude – PA (« Pulse Amplitude »). Les impulsions collectées sont mélangées au sens où elles proviennent d’un nombre inconnu de sources présentes dans la scène EM observée, chaque source émettant des impulsions selon une ou plusieurs formes d’onde inconnues (le nombre de formes d’onde étant également inconnu). L’objectif du désentrelacement est alors de partitionner les impulsions collectées en plusieurs groupes, chaque groupe étant associé à une source émettrice particulière. Parmi les sources émettrices d’intérêt, se trouve les radars à balayage. Le problème à résoudre consiste alors à détecter le passage d’un lobe d’un radar à balayage dans la scène EM observée, afin de regrouper les impulsions qui correspondent à ce lobe, de manière à informer un traitement de désentrelacement mis en œuvre en aval d’une telle détection. Le but de la présente invention est de résoudre ce problème. Pour cela l’invention a pour objet un procédé de détection de lobes radar à partir d’une pluralité d’impulsions électromagnétiques collectées, sur une fenêtre temporelle d’acquisition, par un système antennaire de guerre électronique, chaque impulsion étant caractérisée par un temps d’arrivée et une amplitude, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte les étapes de : sélectionner une impulsion dont une amplitude est un maximum local dans une suite temporelle d’impulsions, en tant qu’impulsion de référence ; définir un domaine de recherche dans l’espace des paramètres d’une famille paramétrique de paraboles modélisant des impulsions émises par le passage du lobe d’un radar dans une scène électromagnétique observée par le système antennaire de guerre électronique, le domaine de recherche prenant en compte le temps d’arrivée et l’amplitude de l’impulsion de référence ; identifier des paramètres d’une parabole optimale de la famille paramétrique de paraboles par un processus de recuit simulé parcourant le domaine de recherche et en utilisant les impulsions collectées ; et regrouper des impulsions proches de la parabole optimale, en tant qu’impulsions appartenant à un même lobe radar. Suivant des modes particuliers de réalisation, ce procédé comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - la famille paramétrique de paraboles est décrite par un modèle paramétrique : où l’ensemble de paramètres comporte une largeur de lobe à −3 dB , , et les coordonnées d’un sommet de lobe, respectivement selon une dimension temporelle et selon une dimension en amplitude ; - le domaine de recherche est défini comme le produit de trois intervalles élémentaires, respectivement un premier intervalle de valeurs pour la largeur de lobe, , un second intervalle de valeurs pour un temps d’arrivée du sommet, , et un troisième intervalle de valeurs pour l’amplitude du sommet, ; - l’impulsion de référence étant définie par un temps d’arrivée et une amplitude : le premier intervalle est choisi de largeur constante ; le second intervalle est choisi de la forme : [ − δt , + δt ], avec une demi-largeur égale à δt ; et le troisième intervalle est choisi de la forme : [ − , + ], avec une « demi-largeur » inférieure égale à et une « demi-largeur » supérieure égale à ; - le processus de recuit simulé est mis en œuvre pour optimiser une fonction score , qui à une parabole définie par un ensemble de paramètres w renvoie un nombre d’impulsions proches de ladite parabole : avec et N le nombre d’impulsions collectées ; - une impulsion est dite proche de la parabole lorsqu’elle est à une distance inférieure à une constante ∈ prédéfinie : , avec l’impulsion de référence étant définie par un temps d’arrivée et une amplitude ; - à l’itération courante k du processus de recuit simulé, un nouvel ensemble de paramètres est échantillonné dans le domaine de recherche, puis comparé à un ensemble de paramètre retenu à l’itération précédente, en utilisant les critères suivants : si > , alors l’ensemble de paramètres est retenu en tant qu’ensemble de paramètres retenu à l’itération courante ; sinon l’ensemble de paramètres est retenu en tant qu’ensemble de paramètres retenu à l’itération courante avec une probabilité de la forme : ; et sinon, lorsque l’ensemble de paramètres n’est pas retenu, l’ensemble de paramètres est retenu en tant qu’ensemble de paramètres retenu à l’itération courante ; - l’ensemble de paramètres retenu à l’itération K est la solution optimale , K étant un entier prédéfini ; - les impulsions collectées qui sont proches de la parabole optimale sont regroupées selon la relation : , où une constante prédéfinie. L’invention a également pour objet un programme d’ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ordinateur, mettent en œuvre un procédé conforme au procédé précédent. 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 : FIG. 1 La FIG. 1 est un graphe temps d’arrivée TOA – amplitude PA sur lequel sont reportées les impulsions collectées durant une fenêtre d’acquisition par le système antennaire de GE ; et, FIG. 2 La FIG. 2 est une représentation sous forme de blocs d’un mode de réalisation préféré du procédé selon l’invention. Le procédé de détection de lobes radar selon l’invention se fonde sur l’hypothèse que les impulsions émises par un radar impulsionnel à balayage dont un lobe, principal ou secondaire, passe à travers la scène électromagnétique observée par le système antennaire de GE, sont distribuées selon une parabole, dans le plan temps d’arrivée - amplitude. Une famille de paraboles est définie par le modèle paramétrique suivant : où l’ensemble de paramètres comporte la largeur du lobe à −3 dB , , et les coordonnées de position du sommet S du lobe, respectivement selon la dimension temporelle et selon la dimension en amplitude. Il s’agit ensuite d’identifier les paramètres d’une parabole optimale de cette famille qui s’ajuste à un sous-ensemble des impulsions acquises et que l’on peut par conséquent regrouper comme émises par une même source radar. Plus précisément, en se référant à la FIG. 2 , le procédé 100 selon l’invention débute par une étape 110 de collecte, par le système antennaire de GE, d’une pluralité d’impulsions, au cours d’une fenêtre temporelle d’acquisition, par exemple de 120 ms. N impulsions sont collectées. N n’est pas constant et varie d’une fenêtre d’acquisition à l’autre. Chaque impulsion , i entier entre 1 et N, se caractérise par un instant d’arrivée et une amplitude . L’étape 120 consiste à définir un domaine de recherche. Empiriquement, on constate que l’impulsion ayant localement l’amplitude la plus élevée est proche du sommet d’une parabole. Par exemple, l’impulsion correspond à un maximum local de l’amplitude. Par exemple, l’impulsion est sélectionnée si son amplitude est supérieure à m impulsions précédentes et à m impulsions suivantes (m entier supérieur à l’unité). En variante, il est possible d’itérer le procédé. On utilise alors comme impulsion de référence à l’itération courante, le maximum global du lot d’impulsions. On supprime alors les impulsions regroupées autour de la parabole optimisée à l’itération courante du lot d’impulsions, avant de reprendre le procédé pour l’itération suivante sur les impulsions restantes. Il ne suffit cependant pas de considérer cette impulsion de référence comme le sommet d’une parabole. Non seulement les impulsions sont, de manière générale, soumises à un bruit, mais encore certains radars utilisent une forme d’onde pour laquelle les impulsions successivement émises ont des fréquences différentes. Or, l’atténuation par l’air de l’amplitude d’une impulsion entre son émission par le radar et sa détection par le système antennaire dépend de la fréquence. Il peut donc se faire que l’impulsion corresponde à une fréquence fortement absorbée et que son amplitude ne corresponde donc pas au sommet de la parabole à identifier. On définit donc un domaine de recherche dans l’espace tridimensionnel des paramètres du modèle paramétrique. Ce domaine résulte du produit de trois intervalles élémentaires, respectivement un premier intervalle de valeurs pour la largeur du lobe, , un second intervalle de valeurs pour l’instant du sommet du lobe, , et un troisième intervalle de valeurs pour l’amplitude du sommet du lobe, . Le premier intervalle est par exemple choisi de largeur constante, entre des bornes prédéfinies, respectivement inférieure et supérieure : [ , ]. Le second intervalle est par exemple choisi de la forme : [ − δt , + δt ]. Il est symétrique autour du temps d’arrivée de l’impulsion de référence, , avec une demi-largeur égale à δt , paramètre prédéfini. Le troisième intervalle est par exemple choisi de la forme : [ − , + ]. Il est de préférence asymétrique autour de l’amplitude de l’impulsion d’arrivée, , avec une « demi-largeur » inférieure égale à et une « demi-largeur » supérieure égale à . Les demi-largeurs inférieure et supérieure, qui sont prédéfinies, peuvent être différentes l’une de l’autre. Ceci notamment pour prendre en compte les effets d’une variation de fréquence entre impulsions provenant d’une même source. L’étape 130 consiste à optimiser les paramètres du modèle parabolique pour identifier les paramètres de la parabole optimale. Cette étape d’optimisation est réalisée en mettant en œuvre un processus de recuit simulé. Le recuit simulé, qui est présenté en détail dans l’article Scott Kirkpatricket al., « Optimization by simulated annealing », Science, 220(4598):671–680, 1983, est une métaheuristique d’optimisation, utilisée ici pour estimer les paramètres de la parabole qui s’ajuste le mieux à une partie des impulsions collectées dans la scène EM. Le recuit simulé est ici mis en œuvre pour optimiser une fonction score , qui à la parabole définie par les paramètres w renvoie le nombre d’impulsions proches de cette parabole. Une impulsion i est dite proche de la parabole lorsqu’elle est à une distance inférieure à une constante ∈ prédéfinie. On a donc : Avec : Ainsi, on cherche, dans le domaine de recherche D, la parabole optimale dont les paramètres sont donnés par : Le recuit simulé est un algorithme de recherche d’un optimum par parcours dans le domaine de recherche D . Le recuit simulé est un processus itératif. Pour l’initialisation, un ensemble de paramètres est échantillonné, par exemple par tirage aléatoire, dans le domaine de recherche D . Puis, l’itération k débute par une sous-étape 132 au cours de laquelle un nouvel ensemble de paramètre est échantillonné dans le domaine de recherche D. Puis, dans la sous-étape 134, est comparé à l’ensemble de paramètres retenu à l’itération précédente : Si > , alors l’ensemble est retenu en tant qu’ensemble de paramètres retenu à l’itération courante ; et, Sinon l’ensemble est retenu en tant qu’ensemble de paramètres retenu à l’itération courante avec une certaine probabilité : En cas de refus de l’ensemble , l’ensemble de paramètres retenu à l’itération précédente est conservé : . Puis, à l’étape 136, l’entier k est incrémenté d’une unité pour l’itération suivante. Selon le processus de recuit simulé, la variable dite de « température », T , à valeurs positives, suit une loi d’évolution qui est décroissante au fur et à mesure des itérations. Dans l’étape 138, une nouvelle température est définie pour l’itération suivante. La condition d’arrêt du processus itératif est par exemple un nombre d’itérations maximum K (test effectué au cours de la sous-étape 135). La solution renvoyée est alors considérée comme la solution optimale. Ainsi : . Cela permet d’obtenir une estimation de malgré un grand nombre d’impulsions en dehors du modèle à optimiser. L’étape 140 consiste ensuite à regrouper les impulsions. Sont associées dans le groupe , les impulsions collectées à l’étape 110 qui sont proches de la parabole optimale , c’est-à-dire les impulsions telles que : Il est possible d’extraire les impulsions appartenant au groupe de l’ensemble des impulsions considéré en entrée de l’étape 120 et d’itérer les étapes 120 à 140 autour d’un autre maximum local parmi les impulsions restantes, pour chercher à constituer d’autres groupes, notamment des groupes associés à d’autres lobes radar. En variante, la condition de proximité entre parabole optimale et impulsion pourrait prendre une autre forme, comme une distance quadratique, ou encore avec un paramètre qui n’est pas constant, mais évolue par exemple en fonction de l’amplitude. L’invention permet donc d’identifier, dans une scène d’observation composée d’impulsions radar provenant de différents émetteurs, le passage de lobe, sans connaissance a priori sur cette source. Les méthodes existantes ont pour inconvénient soit de ne pas être robustes aux impulsions appartenant à d’autres sources, soit d’être trop sensible à leur proportion. Au contraire, l’invention a pour avantage d’être robuste aux impulsions hors du modèle parabolique grâce à la fonction score. De plus, l’algorithme a un temps de calcul indépendant de la proportion de telles impulsions. Une itération du procédé, avec extraction des impulsions regroupées à chaque étape, permet de détecter plusieurs lobes, et donc de répartir les impulsions dans plusieurs groupes. Il est à noter que plusieurs groupes peuvent être construits pour un même radar à balayage, chaque groupe correspondant au passage du lobe principal ou d’un des lobes secondaires de ce radar. De plus, à l’issue de la mise en œuvre du procédé de détection de lobe selon l’invention, il peut rester un certain nombre d’impulsions hors du modèle de lobe radar. En aval du procédé de détection selon l’invention, c’est le procédé de désentrelacement proprement dit qui effectue, à partir des impulsions et des groupes auxquels ces impulsions ont pu être rattachées, un traitement d’identification et de caractérisation des différentes sources présentes dans la scène EM écoutée. Le procédé selon invention est mis en œuvre par ordinateur, par exemple par un calculateur associé au système antennaire de GE et convenablement programmé pour ce faire. Procédé (100) de détection de lobes radar à partir d’une pluralité d’impulsions électromagnétiques collectées, sur une fenêtre temporelle d’acquisition, par un système antennaire de guerre électronique, chaque impulsion ( ) étant caractérisée par un temps d’arrivée ( ) et une amplitude ( ), le procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte les étapes de : sélectionner une impulsion dont une amplitude est un maximum local dans une suite temporelle d’impulsions, en tant qu’impulsion de référence ( ) ; définir un domaine de recherche (D) dans l’espace des paramètres d’une famille paramétrique de paraboles modélisant des impulsions émises par le passage du lobe d’un radar dans une scène électromagnétique observée par le système antennaire de guerre électronique, le domaine de recherche prenant en compte le temps d’arrivée et l’amplitude de l’impulsion de référence ; identifier des paramètres d’une parabole optimale de la famille paramétrique de paraboles par un processus de recuit simulé parcourant le domaine de recherche et en utilisant les impulsions collectées ; et, regrouper des impulsions proches de la parabole optimale, en tant qu’impulsions appartenant à un même lobe radar. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la famille paramétrique de paraboles est décrite par un modèle paramétrique : où l’ensemble de paramètres comporte une largeur de lobe à −3 dB , , et les coordonnées d’un sommet de lobe, respectivement selon une dimension temporelle et selon une dimension en amplitude. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le domaine de recherche est défini comme le produit de trois intervalles élémentaires, respectivement un premier intervalle de valeurs pour la largeur de lobe, , un second intervalle de valeurs pour un temps d’arrivée du sommet, , et un troisième intervalle de valeurs pour l’amplitude du sommet, . Procédé selon la revendication 3, dans lequel, l’impulsion de référence étant définie par un temps d’arrivée et une amplitude : - le premier intervalle est choisi de largeur constante ; - le second intervalle est choisi de la forme : [ − δt , + δt ], avec une demi-largeur égale à δt ; et, - le troisième intervalle est choisi de la forme : [ − , + ], avec une « demi-largeur » inférieure égale à et une « demi-largeur » supérieure égale à . Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le processus de recuit simulé est mis en œuvre pour optimiser une fonction score , qui à une parabole définie par un ensemble de paramètres w renvoie un nombre d’impulsions proches de ladite parabole : avec et N le nombre d’impulsions collectées. Procédé selon la revendication 5, dans lequel une impulsion est dite proche de la parabole lorsqu’elle est à une distance inférieure à une constante ∈ prédéfinie : , avec l’impulsion de référence étant définie par un temps d’arrivée et une amplitude . Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, à l’itération courante k du processus de recuit simulé, un nouvel ensemble de paramètres est échantillonné dans le domaine de recherche, puis comparé à un ensemble de paramètre retenu à l’itération précédente, en utilisant les critères suivants : si > , alors l’ensemble de paramètres est retenu en tant qu’ensemble de paramètres retenu à l’itération courante ; sinon l’ensemble de paramètres est retenu en tant qu’ensemble de paramètres retenu à l’itération courante avec une probabilité de la forme : ; et, sinon, lorsque l’ensemble de paramètres n’est pas retenu, l’ensemble de paramètres est retenu en tant qu’ensemble de paramètres retenu à l’itération courante. Procédé selon la revendication 7, dans laquelle l’ensemble de paramètres retenu à l’itération K est la solution optimale , K étant un entier prédéfini. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les impulsions collectées qui sont proches de la parabole optimale sont regroupées selon la relation : , où une constante prédéfinie. Programme d’ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ordinateur, mettent en œuvre un procédé de détection de lobes radar à partir d’une pluralité d’impulsions collectées par un système antennaire de guerre électronique selon l’une quelconque des revendications précédentes.