BE904538A - PROCESS FOR TRACKING AND CLASSIFYING HELICOPTERS USING A RADAR INSTALLATION. - Google Patents
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Abstract
Au moyen d'une installation radar comprenant un réseau de filtres Doppler, un procédé consistant à examiner si le seuil de dépistage est dépassé dans la majorité des filtres Doppler, de préférence dans plus de 75 % de ces filtres. Le cas échéant se trouve déterminée la largeur de la bande d'amplitudes qui est limitée par l'amplitude du plus grand signal de sortie et par l'amplitude du plus petit signal de sortie des filtres individuels concernés. La classification d'une cible de type hélicoptère est dérivée de la largeur de la bande d'amplitudes.By means of a radar installation comprising a network of Doppler filters, a method consisting in examining whether the screening threshold is exceeded in the majority of Doppler filters, preferably in more than 75% of these filters. If necessary, the width of the amplitude band is determined, which is limited by the amplitude of the largest output signal and by the amplitude of the smallest output signal of the individual filters concerned. The classification of a helicopter-type target is derived from the width of the amplitude band.
Description
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ayant pour objet: procédé pour dépister et classifier des hélicoptères à l'aide d'une installation radarhaving for object: method for tracking and classifying helicopters using a radar installation
La présente invention concerne un procédé pour dépister et classifier des hélicoptères à l'aide d'une installation radar.The present invention relates to a method for tracking and classifying helicopters using a radar installation.
Le dépistage de cibles volantes à l'aide d'installations radar de surveillance repose essentiellement sur l'exploitation de la vitesse radiale de l'objet volant par rapport à l'endroit où se situe le radar. Dans ce cas, la cible est détectée pendant moins de 50 ms environ à chaque rotation de l'antenne et elle réfléchit une série d'impulsions d'échos qui sont exploitées par le système de traitement du signal radar. Dans le cas où la composante radiale fait défaut, comme par exemple au cours d'un vol tangentiel, la modification de position d'une rotation de 1' antenne à l'autre sert de critère pour la cible volante.The detection of flying targets using radar surveillance systems is essentially based on the exploitation of the radial speed of the flying object relative to the location of the radar. In this case, the target is detected for less than approximately 50 ms each time the antenna is rotated and it reflects a series of echo pulses which are used by the radar signal processing system. In the case where the radial component is lacking, as for example during a tangential flight, the modification of the position of a rotation from one antenna to the other serves as a criterion for the flying target.
Dans la mesure où un hélicoptère exécute des mouvements de vol analogues, il est décelé et indiqué par le radar d'une manière similaire au dépistage d'autres cibles volantes, mais, sans mesures complémentaires, il n'est cependant pas classé comme hélicoptère, c'est-à-dire qu'il ne peut être différencié d'autres cibles en mouvement, par exemple des aéronefs à voilure fixe.Since a helicopter performs similar flight movements, it is detected and indicated by the radar in a similar manner to the detection of other flying targets, but, without additional measures, it is however not classified as a helicopter, that is, it cannot be distinguished from other moving targets, for example fixed-wing aircraft.
Une propriété importante plus particulière à l'hélicoptère de combat réside dans la possibilité de rester en sustentation sur place à faible hauteur seulement, de sorte que aussi bien la composante de vitesse radiale qu'une modification de position permettant le dépistage font défaut. Le problème qui se pose réside en ce qu'il faut pouvoir classifier l’hélicoptère comme étant un hélicoptère dans un environnement de fausses cibles (résidus de signaux parasites de cibles fixes, échos d'ange, circulation routière, échos de pluie).An important property more specific to the combat helicopter resides in the possibility of remaining in lift on site at low height only, so that both the radial speed component and a position modification allowing the detection are lacking. The problem is that you have to be able to classify the helicopter as being a helicopter in a false target environment (parasitic signals residue from fixed targets, angel echoes, road traffic, rain echoes).
Dans le cas d'installations radar de surveillance, afin d'avoir une courte durée de rotation et ainsi une grande vitesse de renouvellement de l'information, le temps de contact de la cible, c'est-à-dire la durée pendant laquelle une seule cible ponctuelle est illuminée par le lobe de rayonnement de l'antenne du radar, est la plupart du temps inférieure à 50 ms, si bien qu'une exploitation détaillée du spectre des échos de la cible ou de l'écoulement dans le temps des échos de cette même cible n'est généralement pas possible.In the case of radar surveillance installations, in order to have a short rotation time and thus a high speed of information renewal, the contact time of the target, that is to say the duration during which a single point target is illuminated by the radiation lobe of the radar antenna, is most of the time less than 50 ms, so that a detailed exploitation of the spectrum of the echoes of the target or of the flow in time echoes from this same target is generally not possible.
La présente invention a pour objet un procédé pour un dépistage et une reconnaissance améliorés des hélicoptères à l'aide d'une installation radar avec des temps de contact de cible courts.The present invention relates to a method for improved detection and recognition of helicopters using a radar installation with short target contact times.
Le procédé selon l'invention est décrit dans la revendication 1. Des formes de réalisation avantageuses et des variantes complémentaires de l'invention sont décrites dans les revendications subsidiaires.The method according to the invention is described in claim 1. Advantageous embodiments and complementary variants of the invention are described in the subsidiary claims.
L'invention fait appel à la notion selon laquelle à côté des échos à bande spectrale étroite provenant du fuselage de l'hélicoptère, les échos qui proviennent du rotor principal et du rotor de queue sont largement réparties dans le spectre par comparaison avec les fréquences de répétition d'impulsions (FRI) usuelles des installations radar de surveillance. Par l'interférence des échos du rotor dans la plage des fréquences Doppler significatives, on obtient, pour un pourcentage élevé de situations possibles, des dépassements de la valeur de seuil dans la plupart des filtres individuels du réseau de filtres Doppler et une faible dispersion des valeurs d'amplitude des signaux de sortie de ces filtres.The invention makes use of the notion that, apart from the narrow spectral band echoes from the helicopter fuselage, the echoes from the main rotor and the tail rotor are widely distributed in the spectrum by comparison with the frequencies of Pulse repetition (FRI) common to radar surveillance installations. By the interference of rotor echoes in the range of significant Doppler frequencies, we obtain, for a high percentage of possible situations, exceedances of the threshold value in most of the individual filters of the Doppler filter network and a low dispersion of the amplitude values of the output signals from these filters.
En partant de cette notion, le procédé selon l'invention consiste à examiner si le seuil de dépistage est dépassé dans la majorité des filtres Doppler, de préférence dans plus de 75 % de ces filtres. Le cas échéant se trouve déterminée la largeur de la bande d'amplitudes qui est limitée par l'amplitude du plus grand signal de sortie et par l'amplitude du plus petit signal de sortie des filtres individuels concernés.Starting from this notion, the method according to the invention consists in examining whether the screening threshold is exceeded in the majority of Doppler filters, preferably in more than 75% of these filters. If necessary, the width of the amplitude band is determined, which is limited by the amplitude of the largest output signal and by the amplitude of the smallest output signal of the individual filters concerned.
Suivant une variante de réalisation avantageuse, ne sont pas prises en considération les amplitudes des signaux de filtres Doppler qui contiennent l'écho du fuselage de l'hélicoptère. Cet objectif est avantageusement atteint en ne tenant pas compte des n plus grandes amplitudes des signaux de sortie des filtres Doppler lors de la détermination de la largeur de la bande d'amplitudes, le nombre n étant petit vis-à-vis du nombre total N de filtres Doppler avec, de préférence, l'inégalité suivante : n N/3.According to an advantageous alternative embodiment, the amplitudes of the Doppler filter signals which contain the echo of the fuselage of the helicopter are not taken into consideration. This objective is advantageously achieved by not taking into account the n largest amplitudes of the output signals of the Doppler filters when determining the width of the amplitude band, the number n being small with respect to the total number N Doppler filters with, preferably, the following inequality: n N / 3.
De cette manière, peuvent également être exclues de l’évaluation, les fortes amplitudes d'échos parasites du sol qui se manifestent éventuellement dans les filtres à cible fixe. Pour la suppression ou l'amortissement des signaux parasites du sol peut aussi être prévue une mémoire avec stockage par décision ou par cellule de cibles terrestres connues (dutter map), ce qui permet d'exclure de l'évaluation les signaux de sortie des filtres de cible fixe sur base de l'intensité des échos parasites stockés en mémoire en vue de la classification d'une cible de type hélicoptère.In this way, the strong amplitudes of parasitic echoes from the ground that may manifest themselves in fixed target filters can also be excluded from the evaluation. For the suppression or the damping of the parasitic signals of the ground can also be provided a memory with storage by decision or by cell of known terrestrial targets (dutter map), which makes it possible to exclude from the evaluation the output signals of the filters fixed target based on the intensity of parasitic echoes stored in memory for the classification of a helicopter type target.
A partir de l'établissement de la largeur de la bande d'amplitudes, se fait la distinction entre la présence et l'absence d'une cible du type hélicoptère. En première approximation, on se base sur le fait que la probabilité de la présence d'une cible du type hélicoptère est d'autant plus grande que la bande d'amplitudes est plus étroite.From the establishment of the width of the amplitude band, a distinction is made between the presence and the absence of a helicopter-type target. As a first approximation, it is based on the fact that the probability of the presence of a helicopter-type target is greater the narrower the band of amplitudes.
Outre la distinction oui/non obtenue par comparaison de la largeur établie de la bande d'amplitudes précitée avec une valeur seuil, on peut avantageusement prévoir d'attribuer chaque fois une valeur de probabilité à la présence d'une cible du type hélicoptère et d'émettre ou afficher cette valeur lors de l'émission ou de l'affichage de la signalisation de cible. Même la distinction quant au type de cible peut être effectuée par la comparaison de la valeur de probabilité avec une valeur seuil au lieu d'être déduite directement de la largeur de la bande d'amplitudes.In addition to the yes / no distinction obtained by comparing the established width of the aforementioned amplitude band with a threshold value, provision can advantageously be made each time to assign a probability value to the presence of a helicopter-type target and d '' transmit or display this value when transmitting or displaying target signaling. Even the distinction as to the type of target can be made by comparing the probability value with a threshold value instead of being deduced directly from the width of the amplitude band.
Le procédé conforme à la présente invention peut être supporté par un procédé de corrélation par rotation supplémentaire. En vue de la suppression des fausses signalisations de cible qui prennent naissance par interférence avec d'autres installations radar ou des émetteurs de brouillage, il peut être prévu de comparer des signalisations de cible dans des périodes radar successives ou des blocs (bursts) successifs du traitement Doppler et de déterminer qu'une cible est réelle seulement lorsque deux signalisations de cible successives en azimut au moins sont détectées.The method according to the present invention can be supported by an additional rotational correlation method. With a view to suppressing false target signals which arise by interference with other radar installations or interference transmitters, provision may be made to compare target signals in successive radar periods or successive blocks (bursts) of the Doppler processing and determining that a target is real only when at least two successive target signals in azimuth are detected.
La détermination de la largeur de la bande d'amplitudes et la classification d'une cible comme étant un hélicoptère se font de préférence de manière autonome, un processeur programmable, prévu éventuellement pour l'extraction générale de cibles, étant alors adapté pour la classification de cibles de type hélicoptère moyennant logiciel additionnel.The determination of the width of the amplitude band and the classification of a target as being a helicopter are preferably carried out autonomously, a programmable processor, possibly provided for the general extraction of targets, then being suitable for classification helicopter-type targets using additional software.
L'invention est exposée dans ce qui suit sur un exemple de réalisation illustré dans les dessins ci-annexés.The invention is set out in the following on an exemplary embodiment illustrated in the accompanying drawings.
La fig. 1 montre le spectre typique d'un aéronef à voilure fixe sous forme d'amplitudes de signaux à la sortie du filtre dans l'exemple d'un réseau de filtre Doppler comprenant quatorze filtres individuels numérotés de 0 à 13. On voit que l'amplitude dépasse le seuil de dépistage D dans trois filtres seulement (filtres 2, 3 et 4). Dans le filtre 0 apparaît un fort écho qui provient du sol.Fig. 1 shows the typical spectrum of a fixed-wing aircraft in the form of signal amplitudes at the output of the filter in the example of a Doppler filter network comprising fourteen individual filters numbered from 0 to 13. It can be seen that the amplitude exceeds the screening threshold D in only three filters (filters 2, 3 and 4). In filter 0, a strong echo from the ground appears.
La fig. 2 montre le spectre d'un hélicoptère dont le fuselage a la même vitesse radiale que l'aéronef dont le spectre est illustré à la fig. 1. On distingue également l'écho de sol dans le filtre 0, mais on observe par contre que l'amplitude du signal dépasse ici le seuil de dépistage dans treize des quatorze filtres. Un premier critère pour le dépistage d'hélicoptères se trouve ainsi satisfait. Ne considérant pas les quatres amplitudes les plus grandes, on peut délimiter une bande d'amplitudes de largeur B qui s'étend entre la plus petite amplitude et la cinquième plus grande amplitude. La largeur B est comparée à un seuil et lorsque B est plus petit que ce seuil, on a reconnu un hélicoptère. La plus petite limite de la bande d'amplitudes est le seuil de dépistage D.Fig. 2 shows the spectrum of a helicopter whose fuselage has the same radial speed as the aircraft whose spectrum is illustrated in FIG. 1. We also distinguish the ground echo in filter 0, but we observe on the other hand that the amplitude of the signal here exceeds the screening threshold in thirteen of the fourteen filters. A first criterion for screening helicopters is thus satisfied. Not considering the four largest amplitudes, we can delimit a band of amplitudes of width B which extends between the smallest amplitude and the fifth largest amplitude. The width B is compared to a threshold and when B is smaller than this threshold, a helicopter has been recognized. The smallest limit of the amplitude band is the screening threshold D.
De la fig. 2 il ressort que le procédé proposé pour différencier un hélicoptère d'un aéronef à voilure fixe est applicable aussi bien à un hélicoptère qui se trouve en sustentation qu'à un hélicoptère qui se trouve en mouvement de translation.From fig. 2 it appears that the proposed method for differentiating a helicopter from a fixed-wing aircraft is applicable both to a helicopter which is in lift and to a helicopter which is in translational movement.
La fig. 3 représente schématiquement la composition d'un dispositif de traitement du signal d'un radar détecteur d'objets mobiles (MTD radar) ou d'un radar anti-brouilleur basé sur l'effet Doppler, dans lequel est réalisée la reconnaissance d'hélicoptère.Fig. 3 schematically represents the composition of a signal processing device of a moving object radar (MTD radar) or an anti-jammer radar based on the Doppler effect, in which helicopter recognition is carried out .
Les détecteurs de phase Phi et Ph2 reçoivent le signal de fréquence intermédiaire ZF et le transposent dans la bande video (ZF=o) et les signaux sont ensuite filtrés dans les filtres adaptés MF. Dans les convertisseurs analogique/ numérique, les signaux en phase (I) et en quadrature (Q) sont explorés et convertis en numérique. Les signaux numériques sont appliqués à un réseau de filtres Doppler DF comprenant N filtres (N=14 dans l'exemple illustré). Les signaux de sortie des filtres sont appliqués à un seul détecteur CFAR qui traite les signaux de tous les filtres en multiplexage par répartition dans le temps. Lorsqu'un seuil se trouve dépassé, un dispositif d'édition F engendre un signal qui contient entre autres la cellule de distance, le numéro du filtre et l'amplitude du signal de sortie du filtre.The phase detectors Phi and Ph2 receive the intermediate frequency signal ZF and transpose it into the video band (ZF = o) and the signals are then filtered in the suitable filters MF. In analog / digital converters, the phase (I) and quadrature (Q) signals are explored and converted to digital. The digital signals are applied to a network of Doppler filters DF comprising N filters (N = 14 in the example illustrated). The filter output signals are applied to a single CFAR detector which processes the signals of all filters in time division multiplexing. When a threshold is exceeded, an editing device F generates a signal which contains inter alia the distance cell, the filter number and the amplitude of the filter output signal.
Les signaux de sortie du dispositif d'édition F sont appliqués à un extracteur de paramètre EX. Celui-ci recherche chaque cellule de distance, si presque tous les filtres, par exemple onze des quatorze filtres, ont répondu. Dans l'affirmative, ce dispositif calcule la larguer B de la bande d'amplitudes, comme décrit plus haut, et il compare la valeur B à un seuil. Si B reste en-dessous de ce seuil, une cible type hélicoptère est reconnue et une indication correspondante Z se trouve engendrée. Le nombbre n d'amplitudes les plus grandes des filtres-Doppler peut être introduit à la demande dans l'extracteur par l'opérateur radar.The output signals from the editing device F are applied to an EX parameter extractor. This searches for each distance cell, if almost all of the filters, for example eleven of the fourteen filters, have responded. If so, this device calculates the drop B of the amplitude band, as described above, and compares the value B with a threshold. If B remains below this threshold, a helicopter-type target is recognized and a corresponding indication Z is generated. The number n of the greatest amplitudes of the Doppler filters can be introduced on demand into the extractor by the radar operator.
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