Installation de 'détection d'obstacles La présente invention a pour objet une instal lation de détection d'obstacles.
Dans les systèmes connus de détection par ondes électromagnétiques désignés dans la technique sous le nom de radar , on transmet avec une fréquence de répétition convenable des impulsions à très haute fréquence au moyen d'une antenne d'émission direc tive et les signaux résultant de la réflexion des ondes émises sur des obstacles fixes ou mobiles sont reçus au moyen de la même antenne ou d'une antenne de réception associée, ces signaux comportant des in formations sur la présence, la distance et la nature (fixe ou mobile) des obstacles leur ayant donné nais sance.
Lors de l'exploitation de tels systèmes, on re marque que les obstacles fixes, notamment les obs tacles fixes proches de l'antenne d'émission, produi sent sur l'écran du tube indicateur à rayon cathodique des taches importantes qui empêchent de distinguer les échos correspondant à des obstacles mobiles qui ont généralement un niveau beaucoup plus faible. Il est de pratique courante d'utiliser dans ce cas des ra dars mettant à profit l'effet Doppler et au moyen desquels il est possible de supprimer sur l'écran du tube indicateur à rayon cathodique les échos prove nant de réflexions sur des obstacles fixes. Ces systèmes sont particulièrement intéressants dans le cas de ra dars à faible portée du fait de la présence de nom breux obstacles fixes qui donnent naissance à des échos importants.
Lorsque le radar est prévu pour une grande portée, par exemple plusieurs centaines de kilomètres, l'effet des obstacles fixes devient beau coup moins important, ce qui résulte notamment du fait qu'on cherche à repérer des obstacles mobiles dans des zones ne comportant que peu ou pas d'obs- tacles fixes. Dans ces conditions, le système de détec tion d'obstacles mobiles mettant à profit l'effet Dop pler présente beaucoup moins d'intérêt du fait qu'il diminue la sensibilité du système de détection.
Dans le cas où l'on désire uniquement surveiller une zone éloignée, on est alors amené à utiliser des systèmes de détection électroniques fonctionnant, suivant une terminologie courante, en radar normal ; autre ment dit, on utilise uniquement l'information trans portée par l'écho relativement à la présence et à la distance de l'obstacle sans tenir compte de l'informa tion relative à la nature (fixe ou mobile) de l'obstacle. Dans ce cas, pour augmenter la sensibilité du sys tème, il est connu de mettre en oeuvre un arrangement intégrateur au moyen duquel les signaux obtenus à la suite d'un sondage sont additionnés aux signaux obte nus aux sondages précédents.
On obtient alors une amélioration sensible du rapport signal-bruit, de tels circuits mettant à profit, comme il a été exposé dans des ouvrages théoriques, la nature aléatoire du bruit.
Un des buts de la présente invention est de pré voir un arrangement d'utilisation des informations fournies par un système classique de détection par ondes électromagnétiques fonctionnant par impul sions, arrangement dans lequel des moyens sont pré vus pour obtenir un fonctionnement avec élimination des échos obtenus après réflexion sur des obstacles fixes pendant un intervalle de temps de durée va riable au début de la période de répétition des im pulsions d'émission et un fonctionnement en radar normal associé à des moyens d'intégration pendant la fin de la période de répétition.
Un autre but de la présente invention est de prévoir dans un tel système de détection des moyens pour éliminer de l'écran du dispositif indicateur les échos résultant de la réflexion sur des objets se dé plaçant dans une direction fixe avec une vitesse constante.
L'installation de détection d'obstacles fixes ou mobiles selon l'invention, dans laquelle les obstacles sont détectés au moyen d'impulsions réfléchies sur eux, est caractérisée en ce qu'elle comprend deux voies (13 à 15 et 18 à 20) dont l'une présente des éléments pour détecter toutes les impulsions-échos et l'autre présente des éléments fonctionnant selon le principe de la discrimination de phase, pour détecter unique ment les impulsions-échos provenant d'obstacles mo biles, un dispositif de commutation (24) couplé aux deux voies de réception et à un indicateur, et un dispositif de commande (35) pour commander de façon réglable le dispositif de commutation pour ap pliquer audit indicateur les signaux provenant des deux voies pendant des temps sélectionnés.
Comme il est bien connu, la mise en évidence des échos sur obstacles mobiles peut être obtenue en comparant la phase des impulsions reçues avec la phase de l'onde émise. La mémoire de la phase de l'onde émise peut être conservée au moyen d'un os cillateur dit oscillateur cohérent , qui est bloqué à la fin de chaque période de répétition et qui est dé clenché au début de chaque période de répétition par une impulsion d'asservissement obtenue à partir de l'impulsion émise. En outre, pour éliminer certains obtstacles mobiles se déplaçant avec une vitesse constante dans une direction fixe,
on peut utiliser un arrangement permettant de faire varier la fré quence de l'oscillation de référence d'une quantité proportionnelle à la vitesse radiale instantanée des obstacles mobiles considérés. C'est en particulier le cas lorsqu'on veut éliminer sur l'écran de l'indicateur les échos provoqués par des nuages se déplaçant dans une direction déterminée avec une vitesse cons tante Le dessin annexé représente, à titre d'exemple,
une forme d'exécution de l'objet de l'invention. La fig. 1 montre schématiquement l'équipement haute fréquence d'un système de détection par ondes électromagnétiques constituant ladite forme d'exécu tion la fig. 2 montre sous forme schématique l'équipe ment basse fréquence associé au radar représenté à la fig. 1 ; la fig. 3 montre des formes d'ondes en différents points du circuit de la fig. 2.
A la fig. 1, on voit en 1 l'émetteur et en 2 les étages haute fréquence et moyenne fréquence du récepteur d'un radar. Dans l'exemple considéré, une même antenne 3, coopérant avec un réflecteur 4, est associée à l'émetteur et au récepteur au moyen d'un dispositif de commutation 5. Dans le but d'ex plorer une portion déterminée de l'espace, l'antenne 3 et le réflecteur 4 sont montés de manière à pou- voir tourner autour d'un axe 6, comme il est bien connu dans la technique.
Le système de détection électromagnétique considéré ici est du type à im pulsions, c'est-à-dire que l'émetteur 1 projette au moyen de l'antenne 3 des ondes électromagnétiques sous forme d'impulsions, ayant par exemple une durée de 1 microseconde et une fréquence de répétition de l'ordre de 400 périodes par seconde. Pendant chaque impulsion fournie par l'émetteur 1, l'antenne 3 est connectée à l'émetteur 1 par le dispositif de commu tation 5 et pendant le reste de la période de répé tition l'antenne 3 est connectée au récepteur 2 par le même dispositif de commutation.
Le récepteur 2 comporte, d'une part, des circuits à très haute fré quence et, d'autre part, des circuits de changement des fréquences, de sorte qu'on obtient à la borne de sortie 7, fig. 1 et 2, les signaux moyenne fréquence reçus en écho après réflexion sur des obstacles fixes ou mobiles. L'émetteur 1 est commandé par des im pulsions de synchronisation qui sont fournies par l'équipement représenté à la fig. 2 et qui apparaissent à la borne 8 (fig. 1 et 2). On comprend que, par exemple, en réponse à chaque impulsion fournie à partir de la borne 8, le radar émet une impulsion, le commutateur 5 étant alors dans la position conve nable.
L'émetteur 1 fournit également, à la borne 9 (fig. 1 et 2) une fraction de l'impulsion émise, éven tuellement après changement de fréquence, qui est utilisée pour asservir la phase de l'oscillateur de référence, souvent désigné dans la technique sous le nom d'oscillateur cohérent. Cet oscilla teur est utilisé pour la mise en évidence des échos reçus après réflexion sur des obstacles mo biles. Le circuit 10, commandé à partir de l'axe de rotation de l'antenne 3, fournit à la borne 11 (fig. 1 et 2) un signal qui indique la position angu laire de la direction de pointage de l'antenne par rapport à une direction fixe. Ce signal peut, par exemple, être constitué par une sinusoïde de fréquence convenable.
On dispose donc à la sortie du radar classique représenté à la fig. 1 de signaux moyenne fréquence - borne 7 - qui contiennent les infor mations relatives aux obstacles fixes ou mobiles ayant provoqué des réflexions de l'onde émise, de signaux d'asservissement de l'oscillateur cohérent qui appa raissent après changement de fréquence à la borne 9, et enfin de signaux contenant des informations sur la position angulaire de la direction de pointage de l'an tenne par rapport à une direction prédéterminée.
On se reportera maintenant à la fig. 2 qui montre sous forme schématique la partie à basse fré quence de la forme d'exécution que l'on est en train de décrire. Les signaux moyenne fréquence obtenus à la borne 7 (fig. 1 et 2) sont amplifiés au moyen du circuit 12 (fig. 2) et sont simultanément appliqués à deux voies de réception.
L'une de ces voies fonctionne en radar normal, c'est-à-dire sans différencier les échos reçus après réflexion sur des obtsacles fixes ou mobiles, la seconde voie, repré sentée à la partie inférieure, fonctionne de manière connue pour mettre en évidence les échos reçus après réflexion sur des échos mobiles. La voie de récep tion fonctionnant en radar normal, comporte un am plificateur 13, un circuit détecteur 14 et un amplifi cateur vidéo 15. Le circuit amplificateur moyenne fréquence 13 est associé à un circuit de blocage 16 qui, lorsqu'il est commandé par des signaux conve nables, bloque le fonctionnement du circuit amplifi cateur 13 et, en conséquence, la voie de réception en radar normal.
Les signaux de sortie de l'amplificateur vidéo 15 sont appliqués à un circuit d'addition 17 qui fait partie d'un arrangement intégrateur, comme on le verra plus loin. La voie de réception permet tant la mise en évidence des échos reçus après ré flexion sur des obstacles mobiles comporte un am plificateur moyenne fréquence. 18 associé à des moyens de limitation d'amplitude, un circuit détec teur de phase 19 et un amplificateur vidéo 20. Comme il est bien connu, pour la mise en évidence des échos reçus après réflexion sur des obstacles mo biles, on met à profit la variation de phase dont est affectée l'onde reçue après réflexion sur un obstacle mobile et qui est connue sous le nom d'effet Doppler .
A cet effet, on prévoit un oscillateur, dit oscillateur cohérent , qui est bloqué à la fin de chaque période de répétition et dont le fonctionne ment est déclenché en coïncidence avec l'impulsion qui détermine le début de chaque période de répé tition. On applique à cet effet à l'oscillateur cohé rent simultanément un signal de déblocage et une impulsion obtenue, éventuellement après un change ment de fréquence, en prélevant une partie de l'im pulsion émise. De cette manière, l'oscillateur démarre avec une phase qui est liée à celle de l'impulsion d'émission par une relation fixe. L'oscillateur cohé rent continue à fonctionner pendant la presque tota lité de la période de répétition et conserve l'infor mation sur la phase de l'onde émise.
A la fig. 2, l'oscillateur cohérent est représenté en 21 ; l'impul sion d'asservissement obtenue à partir de l'impulsion d'émission, est appliquée à la borne 9 et par le circuit amplificateur 22 à l'oscillateur cohérent 21 qui re çoit par ailleurs un signal de déblocage du circuit 23.
0n supposera à ce stade de l'explication du fonc tionnement du circuit que les commutateurs C1 et C2, qui sont des commutateurs à commande ma nuelle, sont dans la position 1, c'est-à-dire la posi tion dans laquelle ils sont représentés et qu'en con séquence l'oscillation de sortie de l'oscillateur cohé rent 21 est appliquée au détecteur de phase 19, de sorte que ce circuit peut comparer l'onde reçue à l'onde émise et mettre en évidence les échos reçus après réflexion sur des obstacles mobiles. Les si gnaux de sortie du circuit amplificateur 20 et ceux du circuit d'addition 17 sont appliqués à un circuit de commutation 24 adapté pour appliquer à l'entrée d'un circuit modulateur 25 les signaux de sortie de l'un ou l'autre des circuits 17 et 20.
Les moyens de commande de cette commutation seront décrits plus loin. Comme il est bien connu, les signaux provenant d'échos sur des obstacles mobiles obtenus à la sortie du circuit de détection de phase 19 sont modulés en amplitude, la fréquence de cette modulation d'ampli tude étant fonction de la vitesse radiale de l'objectif et de la longueur d'onde d'émission, tandis que les signaux reçus après réflexion sur des obstacles fixes ont une amplitude constante d'un sondage à l'autre. Pour mettre en évidence les signaux reçus après ré flexion sur des obstacles mobiles, on soustrait les signaux obtenus d'un sondage de ceux obtenus au sondage précédent. Cette soustraction est effectuée en utilisant deux voies parallèles auxquelles les si gnaux sont appliqués simultanément.
L'une de ces voies comporte une ligne à retard qui introduit un re tard égal à la période de répétition des impulsions émises. Les signaux de sortie des deux voies sont appliqués à un circuit de soustraction qui annule les signaux reçus des obstacles fixes, mettant ainsi en évidence les signaux reçus après réflexion sur des obstacles mobiles. A la fig. 2, on a représenté en haut et à droite les deux voies parallèles, la voie supérieure étant la voie dans laquelle les signaux sont retardés, ce retard étant égal à la durée de la période de répétition des impulsions émises par l'an tenne du radar.
Les signaux de sortie du circuit de commutation 24 sont appliqués, comme il a été ex posé plus haut, au circuit modulateur 25 où ils sont utilisés pour moduler en fréquence une onde por teuse d'une fréquence convenable pour le fonction nement de la ligne à retard 26 qui, dans l'exemple considéré, est une ligne à retard à mercure. Chaque voie comporte, par ailleurs, un amplificateur (27 et 27') associé à des moyens de limitation et un circuit discriminateur (28a et 28b), la voie retardée com portant, en outre, un ligne à retard d'appoint 29. Les deux voies aboutissent à un circuit de soustrac tion 30, d'un type classique.
Les signaux de sortie du circuit de soustraction 30, qui correspondent uni quement à des échos reçus après réflexion sur des obstacles mobiles, sont appliqués à l'une des entrées du circuit de commutation 31 qui reçoit par ailleurs les signaux de sortie du circuit de commutation 24. Les circuits de commutation 24 et 31 sont similaires et sont commandés de la même manière, comme il sera exposé plus loin.
Les signaux de sortie du cir cuit 31, qui proviennent, suivant les positions de commutation, soit du circuit de commutation 24 et, en conséquence, du circuit d'addition 17 ou bien du circuit de soustraction 30, sont appliqués par l'inter médiaire d'un amplificateur 32 à la borne de sortie 33 d'où ils peuvent être utilisés par un dispositif in dicateur d'un type classique 34, par exemple un in dicateur panoramique. La description de l'utilisation des signaux obtenus à la borne de sortie 33 et du dispositif indicateur sort du cadre du présent exposé, de tels indicateurs étant, par ailleurs, bien connus dans la technique.
Les deux circuits de commutation 24 et 31 fonc tionnent en synchronisation et sont commandés par des impulsions produites par un générateur 35 qui fournit à chaque période de répétition deux impul sions, la première représentée en 35a, fig. 3, immé diatement après l'impulsion d'émission déterminant le début de la période de répétition et la seconde re présentée en 35b, fig. 3, après un intervalle de temps variable qui détermine la fraction de la période de répétition pendant laquelle on élimine sur l'écran de l'indicateur les échos obtenus après réflexion sur des obstacles fixes.
Pendant cette première fraction de la période de répétition, le commutateur 24 con necte la sortie de l'amplificateur 20 au modulateur 25 tandis que le commutateur 31 connecte la sortie du circuit de soustraction 30 à l'entrée de l'amplifi cateur 32. Après la seconde impulsion de commu tation, les commutateurs passent à leur seconde po sition dans laquelle le circuit de commutation 24 connecte la sortie du circuit d'addition 17 à l'entrée du circuit modulateur 25, tandis que le circuit de commutation 31 connecte la sortie du circuit de commutation 24 à l'entrée de l'amplificateur 32.
Au cours de cette seconde fraction de la période de ré pétition pendant laquelle le système fonctionne en intégrateur, la voie de réception 18-19-20 fonction nant en radar Doppler , est déconnectée et il en est de même du circuit de soustraction 30 et des cir cuits associés. Seuls la ligne à retard 26 et l'amplifi cateur 27 sont utilisés pour le fonctionnement en in tégrateur. A cet effet, les signaux de sortie du circuit amplificateur 27, connecté à la sortie de la ligne à retard 26, sont appliqués par l'intermédiaire d'un cir cuit discriminateur 36 au circuit d'addition 17 de manière que les échos obtenus après réflexion sur des obstacles fixes ou mobiles au cours d'une pé riode de répétition s'ajoutent aux échos obtenus aux sondages précédents.
On obtient ainsi, comme il est bien connu, une amélioration du rapport signal-bruit. Le résultat de cette commutation, qui modifie le fonctionnement du radar au cours de chaque pé riode de répétition, est que l'écran du dispositif in dicateur présente successivement deux parties dans le sens des distances croissantes à partir de l'antenne, à savoir une partie dans laquelle sont éliminés les échos obtenus après réflexion sur des obstacles fixes et qui correspond à une zone proche de l'antenne dans laquelle existent généralement des obstacles fixes importants, et une seconde partie pendant la quelle le système fonctionne en intégrateur, qui cor respond à une zone plus éloignée de l'antenne d'émis sion.
On exposera maintenant, en se reportant à la fig. 3 le fonctionnement de l'ensemble du dispositif. Les signaux de synchronisation sont obtenus à par tir d'un oscillateur 37 dont la fréquence peut être ajustée, comme il sera exposé plus loin, et qui four nit une onde sinusoïdale dont la fréquence est un multiple de la fréquence de répétition des impul sions émises. Dans un exemple particulier de réali sation, on utilise un oscillateur dont la fréquence est de 3200 hertz, la fréquence de répétition des impul- sions émises étant de 400 hertz. Le signal de sortie de cet oscillateur est représenté en 37a, fig. 3.
Un générateur d'impulsions 38 d'un type classique, four nit à partir du signal de sortie de l'oscillateur 37, des impulsions primaires ayant la même fréquence et qui sont représentées en 38a. Ce générateur d'impul sions alimente un circuit diviseur 39 qui fournit deux trains d'impulsions à la fréquence de répétition des impulsions émises par l'antenne (fig. 1), ces deux trains étant décalés de l'intervalle séparant deux im pulsions primaires successives 38a. Les deux trains d'impulsions fournis par le circuit 39 ont été re présentés respectivement en 39a et 39b à la fig. 3 et apparaissent à la fig. 2 sur les conducteurs portant les mêmes références.
Les impulsions 39b sont uti lisées pour commander dans le circuit 40 un généra teur d'impulsions qui fournit deux impulsions adja centes 40a et 40b, le flanc avant de l'impulsion 40a coïncidant avec l'impulsion 39b. Ces deux im pulsions seront utilisées, comme il sera expliqué plus loin, pour la stabilisation de la fréquence des impul sions émises. Les impulsions 39b sont ensuite retar dées de la durée de l'impulsion 40n de manière à donner les impulsions 41a qui sont utilisées pour commander, par l'intermédiaire de la borne 8, la syn chronisation des impulsions émises par l'antenne 3 et dont la position dans le temps est indiquée en 41a, fig. 3.
Les impulsions de sortie de la ligne à retard 41 sont de nouveau retardées, au moyen d'une ligne à retard d'appoint 42, d'un intervalle de temps très lé gèrement supérieur à la durée des impulsions 40b. On obtient alors les impulsions 42a qui sont utili sées pour commander par l'intermédiaire des circuits 23 et 16 respectivement le déblocage de l'oscillateur cohérent 21 de la voie de réception fonctionnant en radar Doppler et celui de l'amplificateur moyenne fréquence 13 de la voie de réception en radar nor mal. L'impulsion de synchronisation 39a est utilisée directement pour provoquer le blocage de l'oscillateur cohérent 21 à la fin de la période de répétition et on a représenté en 211 (fig. 3) l'intervalle de temps pendant lequel l'oscillateur cohérent 21 est débloqué.
L'impulsion 39a est retardée, d'un intervalle de temps voisin de 200 microsecondes dans l'exemple de réa lisation considéré, au moyen du circuit 43 et l'impul sion 43a ainsi obtenue est utilisée pour commander, par l'intermédiaire du circuit 16, le blocage de l'am plificateur moyenne fréquence 13. Les intervalles de temps pendant lesquels l'amplificateur moyenne fré quence 13 est débloqué ont été représentés en 13a, fig. 3.
Le blocage de l'oscillateur cohérent 21 qui, dans l'exemple de réalisation considéré, est effectué 312 microsecondes avant la fin de la période de répéti tion, ne nuit pas au fonctionnement du dispositif du fait que la fin de la période de répétition correspond à des échos reçus après réflexion sur des obstacles situés dans une zone comportant peu ou pas d'obs tacles fixes, le système fonctionnant pendant cet in tervalle de temps en radar normal.
Le blocage de l'amplificateur moyenne fréquence 13 pendant un intervalle de temps correspondant au moins à la durée des impulsions 40a et 40b utili sées pour la stabilisation de la fréquence de l'oscil lateur 37, comme il sera exposé plus loin, a pour effet de bloquer la chaîne de réception fonction nant en radar normal et d'éliminer les signaux de bruit provenant de cette chaîne pendant le passage dans la ligne à retard 26 d'une impulsion de réfé rence dont il sera question plus tard. Les impulsions de commutation 35a et 35b, fig. 3, sont obtenues au moyen du circuit 35 qui est commandé par les impulsions de synchronisation 41a.
Le circuit 35 peut être un circuit générateur d'impulsions d'un type quelconque qui fournit une première impulsion 35a, fig. 3, en coïncidence avec l'impulsion de commande 41a et une seconde impulsion 35b, fig. 3, après un retard qui peut être réglé manuellement ; de tels cir cuits sont bien connus dans la technique.
On expliquera maintenant le fonctionnement des circuits utilisés pour la stabilisation de la fréquence de l'oscillateur 37. L'impulsion 41a qui est l'impul sion de référence mentionnée ci-dessus, est appliquée au circuit modulateur 25 à un instant où l'amplifica teur moyenne fréquence 13 est bloqué, comme il a été expliqué plus haut. Le modulateur 25 applique donc cette impulsion à la ligne à retard 26 et, après un retard de 2500 microsecondes, elle est amplifiée par le circuit 27 et appliquée, après passage dans le discriminateur 28a, au circuit 40 qui comporte, comme il a été exposé plus haut, un générateur four nissant deux impulsions adjacentes 40a et 40b.
Par comparaison de l'impulsion obtenue après passage dans la ligne à 1 etard 26 et des impulsions 40a et 40b on obtient un signal, par exemple positif ou néga tif, suivant que cette impulsion coïncide avec l'im pulsion 40a ou celle 40b. Ce signal est utilisé de ma nière classique pour commander la fréquence de l'oscillateur 37. Le circuit utilisé pour effectuer la comparaison dans le temps entre l'impulsion de sortie de la ligne à retard 26 et les impulsions 40a et 40b peut être d'un type classique tel que celui utilisé pour effectuer la poursuite en distance dans les radars de poursuite automatique d'un obstacle mobile.
C'est une caractéristique de la forme d'exécution décrite d'utiliser successivement la même ligne à retard 26 pour le fonctionnement avec l'élimination des échos reçus après réflexion sur des obstacles fixes, pour le fonctionnement en radar normal asso cié à des moyens d'amélioration du rapport signal bruit par intégration et pour stabiliser la fréquence de répétition des impulsions émises à chaque son dage.
Lors de la mise en marche du système décrit, l'oscillateur 37 dont la fréquence est variable peut démarrer avec une fréquence sensiblement différente de celle qu'on désire obtenir après stabilisation. Dans ce cas, l'impulsion obtenue après passage dans la ligne à retard 26 est en dehors de l'intervalle de temps déterminé par les deux impulsions adjacentes 40a et 40b de sorte que le circuit de stabilisation ne peut pas fonctionner, aucun signal n'apparaissant alors à la sortie du circuit 40. A cet effet, on a prévu le circuit 37A dont le but est de faire varier auto matiquement, lors de la mise en marche du disposi tif, la fréquence de l'oscillateur 37 et ce dans une bande de fréquences suffisamment large pour qu'elle contienne nécessairement la fréquence désirée.
Le dispositif 37A est prévu de manière à appliquer aux éléments variables de l'oscillateur 37 un signal qui provoque le passage de la fréquence de l'oscillateur 37 d'une valeur f 1 sensiblement supérieure à la fréquence désirée jusqu'à une valeur f2 légèrement inférieure à ladite fréquence. De cette manière, lorsque la fréquence d'oscillation du circuit 37 passe par la fréquence désirée, telle qu'elle est déterminée par la ligne à retard 26, le circuit de stabilisation compre nant le circuit 40 fonctionne en maintenant la fré quence de sortie de l'oscillateur 37 à la valeur dé sirée.
Pour que le circuit de stabilisation compre nant la ligne à retard puisse agir efficacement, il est nécessaire que la constante de temps du circuit 37A soit sensiblement plus grande que la constante de temps du circuit de stabilisation. Si la variation de fréquence de l'oscillateur 37 est obtenue en agissant sur la valeur d'une grandeur électrique, par exemple une tension, le circuit 37A peut être prévu de ma nière à fournir lors de la mise en marche du dispo sitif une tension en dent de scie, dont les valeurs extrêmes correspondent aux fréquences f 1 et f 2 de sortie de l'oscillateur 37. On obtient automatique ment de cette manière un accrochage du circuit de stabilisation, ce qui évite des réglages manuels lors de la mise en marche.
Comme il a été exposé plus haut, les signaux de sortie de l'oscillateur cohérent 21 sont appliqués au circuit discriminateur de phase 19 par l'intermédiaire de moyens de commutation, par exemple manuels, C1 et C2, qui sont, dans ce cas, en position 1. Lors que les commutateurs C1 et C2 sont en position 2, les signaux de sortie de l'oscillateur cohérent 21 sont appliqués à un circuit 44 qui introduit une variation de fréquence de l'onde de sortie de l'oscillateur co hérent 21, les signaux de sortie du circuit 44 étant appliqués par le commutateur C2 en position 2 au discriminateur de phase 19.
La variation de fré quence introduite par le circuit 44 est commandée au moyen du circuit 45 qui reçoit, d'une part, par la borne 11, des signaux caractéristiques de la posi tion angulaire de la direction de pointage de l'antenne par rapport à une direction fixe et, d'autre part, au moyen d'un réglage manuel, une information sur l'amplitude de cette variation de fréquence. Un tel dispositif permet d'éliminer de l'écran de l'indicateur, au cours du fonctionnement avec élimi nation des échos obtenus après réflexion sur des obstacles fixes, certains obstacles tels que des nuages se déplaçant dans une direction fixe avec une vitesse constante.
Le fonctionnement du dispositif est basé sur le fait que la vitesse radiale d'un objectif se déplaçant à vitesse constante dans une direction fixe est, du point de vue d'une antenne animée d'un mouvement de rotation uniforme, une fonction sinusoïdale de la différence angulaire entre la direction fixe de dé placement de l'obstacle mobile et la direction du pointage de l'antenne. Le circuit 45 reçoit, d'une part, par la borne 11, une indication sur la position angulaire de pointage de l'antenne et, d'autre part, au moyen d'un dispositif manuel, une indication de la direction fixe dans laquelle se déplace l'obstacle mobile.
Il donne à sa sortie un signal sinusoïdal fonction de cette différence angulaire. Ce signal est appliqué au circuit 44 qui est prévu de manière connue pour faire varier la fréquence de l'onde de référence suivant ladite fonction sinusoïdale. L'am plitude de la variation de fréquence peut être réglée manuellement en fonction de la vitesse de déplace ment de l'obstacle mobile qu'on désire éliminer. Le signal obtenu à la sortie du circuit 44 est appliqué comme onde de référence au circuit 19.
Dans les circuits décrits en relation avec les fig. 1 à 3, on a indiqué les circuits de retard néces saires pour le fonctionnement du système sans tenir compte des retards qui peuvent être introduits, par exemple, par des câbles interconnectant les diffé rents éléments de l'arrangement décrit. Toutefois, les dispositifs retardateurs d'appoint qui doivent être introduits dans de tels cas apparaîtront clairement à l'homme de métier et ne modifient en rien le fonc tionnement du circuit.
Obstacle detection installation The present invention relates to an obstacle detection installation.
In the known electromagnetic wave detection systems referred to in the art under the name of radar, very high frequency pulses are transmitted with a suitable repetition frequency by means of a directional transmitting antenna and the signals resulting from the transmission. reflection of the waves emitted on fixed or mobile obstacles are received by means of the same antenna or of an associated reception antenna, these signals comprising information on the presence, distance and nature (fixed or mobile) of the obstacles. having given birth.
When operating such systems, it is noted that fixed obstacles, in particular fixed obstacles close to the transmitting antenna, produce large spots on the screen of the cathode ray indicator tube which make it difficult to distinguish. the echoes corresponding to moving obstacles which generally have a much lower level. It is common practice in this case to use radars which take advantage of the Doppler effect and by means of which it is possible to suppress on the screen of the cathode ray indicator tube the echoes coming from reflections on fixed obstacles. . These systems are particularly advantageous in the case of low range radar due to the presence of numerous fixed obstacles which give rise to large echoes.
When the radar is intended for a large range, for example several hundred kilometers, the effect of the fixed obstacles becomes much less important, which results in particular from the fact that one seeks to locate moving obstacles in areas comprising only few or no fixed obstacles. Under these conditions, the mobile obstacle detection system making use of the doppler effect is of much less interest because it reduces the sensitivity of the detection system.
In the case where it is only desired to monitor a remote area, it is then necessary to use electronic detection systems operating, according to current terminology, in normal radar; in other words, only the information transmitted by the echo relative to the presence and distance of the obstacle is used, without taking into account the information relating to the nature (fixed or mobile) of the obstacle. In this case, in order to increase the sensitivity of the system, it is known to implement an integrating arrangement by means of which the signals obtained following a sounding are added to the signals obtained from the previous soundings.
A significant improvement in the signal-to-noise ratio is then obtained, with such circuits taking advantage, as has been explained in theoretical works, of the random nature of the noise.
One of the aims of the present invention is to provide an arrangement for using the information supplied by a conventional system of detection by electromagnetic waves operating by pulses, an arrangement in which means are provided for obtaining operation with elimination of the echoes obtained. after reflection on fixed obstacles for a time interval of variable duration at the start of the repetition period of the transmission pulses and normal radar operation associated with integration means during the end of the repetition period.
Another object of the present invention is to provide in such a detection system means for eliminating from the screen of the indicating device the echoes resulting from the reflection on objects moving in a fixed direction with a constant speed.
The installation for detecting fixed or moving obstacles according to the invention, in which the obstacles are detected by means of pulses reflected on them, is characterized in that it comprises two channels (13 to 15 and 18 to 20) one of which has elements for detecting all the echo pulses and the other has elements operating according to the principle of phase discrimination, for detecting only the echo pulses coming from moving obstacles, a switching device (24) coupled to the two receive channels and to an indicator, and a controller (35) for adjustably controlling the switching device to apply to said indicator the signals from the two channels for selected times.
As is well known, the detection of echoes on moving obstacles can be obtained by comparing the phase of the pulses received with the phase of the transmitted wave. The memory of the phase of the emitted wave can be preserved by means of a cillator bone known as a coherent oscillator, which is blocked at the end of each repetition period and which is triggered at the start of each repetition period by a pulse servo control obtained from the transmitted pulse. Further, to eliminate some moving obstacles moving with constant speed in a fixed direction,
it is possible to use an arrangement making it possible to vary the frequency of the reference oscillation by an amount proportional to the instantaneous radial speed of the moving obstacles considered. This is in particular the case when it is desired to eliminate on the display of the indicator the echoes caused by clouds moving in a determined direction with a constant speed. The appended drawing represents, by way of example,
an embodiment of the object of the invention. Fig. 1 schematically shows the high frequency equipment of an electromagnetic wave detection system constituting said embodiment in FIG. 2 shows in schematic form the low-frequency equipment associated with the radar shown in FIG. 1; fig. 3 shows waveforms at different points of the circuit of FIG. 2.
In fig. 1, we see in 1 the transmitter and in 2 the high frequency and medium frequency stages of the receiver of a radar. In the example considered, the same antenna 3, cooperating with a reflector 4, is associated with the transmitter and the receiver by means of a switching device 5. With the aim of exploring a determined portion of the space , antenna 3 and reflector 4 are mounted so as to be rotatable about an axis 6, as is well known in the art.
The electromagnetic detection system considered here is of the pulse type, that is to say that the transmitter 1 projects by means of the antenna 3 electromagnetic waves in the form of pulses, for example having a duration of 1 microsecond and a repetition frequency of the order of 400 periods per second. During each pulse supplied by the transmitter 1, the antenna 3 is connected to the transmitter 1 by the switching device 5 and during the rest of the repetition period the antenna 3 is connected to the receiver 2 by the same switching device.
The receiver 2 comprises, on the one hand, very high frequency circuits and, on the other hand, circuits for changing the frequencies, so that output terminal 7, fig. 1 and 2, the medium frequency signals received in echo after reflection on fixed or moving obstacles. The transmitter 1 is controlled by synchronization pulses which are supplied by the equipment shown in FIG. 2 and which appear at terminal 8 (fig. 1 and 2). It will be understood that, for example, in response to each pulse supplied from terminal 8, the radar emits a pulse, the switch 5 then being in the appropriate position.
Transmitter 1 also supplies to terminal 9 (fig. 1 and 2) a fraction of the transmitted pulse, possibly after changing the frequency, which is used to control the phase of the reference oscillator, often designated in the technique known as the coherent oscillator. This oscillator is used to highlight echoes received after reflection on moving obstacles. Circuit 10, controlled from the axis of rotation of antenna 3, supplies terminal 11 (fig. 1 and 2) with a signal which indicates the angular position of the pointing direction of the antenna with respect to to a fixed direction. This signal can, for example, consist of a sine wave of suitable frequency.
Therefore, at the output of the conventional radar shown in FIG. 1 of medium frequency signals - terminal 7 - which contain information relating to fixed or moving obstacles which have caused reflections of the emitted wave, of coherent oscillator control signals which appear after change of frequency at the terminal 9, and finally signals containing information on the angular position of the pointing direction of the antenna relative to a predetermined direction.
We will now refer to FIG. 2 which shows in schematic form the low frequency part of the embodiment which is being described. The medium frequency signals obtained at terminal 7 (fig. 1 and 2) are amplified by means of circuit 12 (fig. 2) and are simultaneously applied to two reception channels.
One of these channels operates in normal radar, that is to say without differentiating the echoes received after reflection on fixed or mobile obstacles, the second channel, represented at the lower part, operates in a known manner to put into place. evidence of the echoes received after reflection on moving echoes. The reception channel operating in normal radar, comprises an amplifier 13, a detector circuit 14 and a video amplifier 15. The medium frequency amplifier circuit 13 is associated with a blocking circuit 16 which, when it is controlled by suitable signals, blocks the operation of the amplifier circuit 13 and, consequently, the reception channel in normal radar.
The output signals of the video amplifier 15 are applied to an addition circuit 17 which is part of an integrating arrangement, as will be seen later. The reception channel allows both the detection of the echoes received after reflection on moving obstacles and includes a medium frequency amplifier. 18 associated with amplitude limiting means, a phase detector circuit 19 and a video amplifier 20. As is well known, for the detection of the echoes received after reflection on moving obstacles, advantage is taken of the phase variation with which the wave received after reflection on a moving obstacle is affected and which is known as the Doppler effect.
For this purpose, an oscillator, called a coherent oscillator, is provided which is blocked at the end of each repetition period and whose operation is triggered in coincidence with the pulse which determines the start of each repetition period. To this end, a release signal and a pulse obtained, possibly after a change in frequency, by taking part of the pulse emitted, are applied to the oscillator simultaneously. In this way, the oscillator starts with a phase which is linked to that of the transmit pulse by a fixed relation. The consistent oscillator continues to operate for most of the repetition period and retains information on the phase of the transmitted wave.
In fig. 2, the coherent oscillator is represented at 21; the servo pulse obtained from the transmission pulse is applied to terminal 9 and by the amplifier circuit 22 to the coherent oscillator 21 which also receives an unblocking signal from the circuit 23.
It will be assumed at this stage of the explanation of the operation of the circuit that the switches C1 and C2, which are manually operated switches, are in position 1, i.e. the position in which they are shown and that in sequence the output oscillation of the coherent oscillator 21 is applied to the phase detector 19, so that this circuit can compare the wave received with the wave emitted and highlight the echoes received after thinking about moving obstacles. The output signals of the amplifier circuit 20 and those of the addition circuit 17 are applied to a switching circuit 24 adapted to apply to the input of a modulator circuit 25 the output signals of one or the other circuits 17 and 20.
The means for controlling this switching will be described below. As is well known, the signals coming from echoes on moving obstacles obtained at the output of the phase detection circuit 19 are amplitude modulated, the frequency of this amplitude modulation being a function of the radial speed of the objective and emission wavelength, while signals received after reflection on fixed obstacles have a constant amplitude from sounding to sounding. To highlight the signals received after reflection on moving obstacles, the signals obtained from a sounding are subtracted from those obtained from the previous sounding. This subtraction is performed using two parallel paths to which the signals are applied simultaneously.
One of these channels has a delay line which introduces a late delay equal to the repetition period of the transmitted pulses. The output signals of the two paths are applied to a subtraction circuit which cancels the signals received from fixed obstacles, thus highlighting the signals received after reflection on moving obstacles. In fig. 2, the two parallel channels are shown above and on the right, the upper channel being the channel in which the signals are delayed, this delay being equal to the duration of the repetition period of the pulses emitted by the radar antenna. .
The output signals of the switching circuit 24 are applied, as discussed above, to the modulator circuit 25 where they are used to frequency modulate a carrier wave of a frequency suitable for the operation of the line to. delay 26 which, in the example considered, is a mercury delay line. Each channel furthermore comprises an amplifier (27 and 27 ') associated with limiting means and a discriminator circuit (28a and 28b), the delayed channel comprising, in addition, an auxiliary delay line 29. two paths lead to a subtraction circuit 30, of a conventional type.
The output signals of the subtraction circuit 30, which correspond only to echoes received after reflection on moving obstacles, are applied to one of the inputs of the switching circuit 31 which also receives the output signals of the switching circuit 24. The switching circuits 24 and 31 are similar and are controlled in the same way, as will be discussed later.
The output signals of the circuit 31, which come, depending on the switching positions, either from the switching circuit 24 and, consequently, from the addition circuit 17 or else from the subtraction circuit 30, are applied through the intermediary from an amplifier 32 to the output terminal 33 from where they can be used by an indicator device of a conventional type 34, for example a panoramic indicator. The description of the use of the signals obtained at the output terminal 33 and of the indicating device goes beyond the scope of the present disclosure, such indicators being, moreover, well known in the art.
The two switching circuits 24 and 31 operate in synchronization and are controlled by pulses produced by a generator 35 which supplies two pulses at each repetition period, the first shown at 35a, FIG. 3, immediately after the transmission pulse determining the start of the repetition period and the second shown in 35b, fig. 3, after a variable time interval which determines the fraction of the repetition period during which the echoes obtained after reflection on fixed obstacles are eliminated on the display of the indicator.
During this first fraction of the repetition period, switch 24 connects the output of amplifier 20 to modulator 25 while switch 31 connects the output of subtraction circuit 30 to the input of amplifier 32. Afterwards the second switching pulse, the switches go to their second position in which the switching circuit 24 connects the output of the addition circuit 17 to the input of the modulator circuit 25, while the switching circuit 31 connects the output from the switching circuit 24 to the input of amplifier 32.
During this second fraction of the repetition period during which the system operates as an integrator, the reception channel 18-19-20, functioning as Doppler radar, is disconnected and the same applies to the subtraction circuit 30 and the associated circuits. Only the delay line 26 and the amplifier 27 are used for the operation as an integrator. To this end, the output signals of the amplifier circuit 27, connected to the output of the delay line 26, are applied by means of a discriminator circuit 36 to the addition circuit 17 so that the echoes obtained after reflection on fixed or moving obstacles during a rehearsal period are added to the echoes obtained in previous soundings.
As is well known, an improvement in the signal-to-noise ratio is thus obtained. The result of this switching, which modifies the operation of the radar during each repetition period, is that the display of the indicating device successively presents two parts in the direction of increasing distances from the antenna, namely a part in which the echoes obtained after reflection on fixed obstacles are eliminated and which corresponds to an area close to the antenna in which there are generally significant fixed obstacles, and a second part during which the system operates as an integrator, which corresponds to an area further away from the transmitting antenna.
We will now explain, with reference to FIG. 3 the operation of the entire device. The synchronization signals are obtained by firing an oscillator 37 whose frequency can be adjusted, as will be explained later, and which provides a sine wave whose frequency is a multiple of the repetition frequency of the pulses emitted. . In a particular embodiment, an oscillator is used, the frequency of which is 3200 hertz, the repetition frequency of the pulses emitted being 400 hertz. The output signal of this oscillator is shown at 37a, fig. 3.
A pulse generator 38 of a conventional type, provides from the output signal of oscillator 37, primary pulses having the same frequency and which are shown at 38a. This pulse generator supplies a divider circuit 39 which supplies two trains of pulses at the repetition frequency of the pulses emitted by the antenna (FIG. 1), these two trains being offset by the interval separating two primary pulses. successive 38a. The two pulse trains supplied by circuit 39 have been shown respectively at 39a and 39b in FIG. 3 and appear in fig. 2 on conductors with the same references.
The pulses 39b are used to control in the circuit 40 a pulse generator which supplies two adjacent pulses 40a and 40b, the leading edge of the pulse 40a coinciding with the pulse 39b. These two pulses will be used, as will be explained later, for stabilizing the frequency of the pulses emitted. The pulses 39b are then delayed by the duration of the pulse 40n so as to give the pulses 41a which are used to control, via terminal 8, the synchronization of the pulses transmitted by the antenna 3 and of which the position in time is indicated at 41a, fig. 3.
The output pulses of the delay line 41 are again delayed, by means of an extra delay line 42, by a time interval very slightly greater than the duration of the pulses 40b. The pulses 42a are then obtained which are used to control, via circuits 23 and 16, respectively the unblocking of the coherent oscillator 21 of the reception channel operating as Doppler radar and that of the medium frequency amplifier 13 of the normal radar reception channel. The synchronization pulse 39a is used directly to cause the blocking of the coherent oscillator 21 at the end of the repetition period and the time interval during which the coherent oscillator 21 has been shown in 211 (FIG. 3). is unlocked.
The pulse 39a is delayed, by a time interval close to 200 microseconds in the exemplary embodiment considered, by means of the circuit 43 and the pulse 43a thus obtained is used to control, by means of the circuit. 16, the blocking of the medium frequency amplifier 13. The time intervals during which the medium frequency amplifier 13 is released have been shown at 13a, FIG. 3.
The blocking of the coherent oscillator 21 which, in the exemplary embodiment considered, is effected 312 microseconds before the end of the repetition period, does not adversely affect the operation of the device because the end of the repetition period corresponds to echoes received after reflection on obstacles located in an area with few or no fixed obstacles, the system operating during this time interval in normal radar.
The blocking of the medium frequency amplifier 13 for a time interval corresponding at least to the duration of the pulses 40a and 40b used for stabilizing the frequency of the oscillator 37, as will be explained below, has the effect of of blocking the reception chain functioning as normal radar and of eliminating the noise signals coming from this chain during the passage through delay line 26 of a reference pulse which will be discussed later. The switching pulses 35a and 35b, fig. 3, are obtained by means of the circuit 35 which is controlled by the synchronization pulses 41a.
Circuit 35 may be a pulse generator circuit of any type which provides a first pulse 35a, FIG. 3, coinciding with the control pulse 41a and a second pulse 35b, fig. 3, after a delay which can be manually set; such baked circuits are well known in the art.
The operation of the circuits used for stabilizing the frequency of oscillator 37 will now be explained. The pulse 41a which is the reference pulse mentioned above, is applied to the modulator circuit 25 at a time when the amplifier medium frequency tor 13 is blocked, as explained above. The modulator 25 therefore applies this pulse to the delay line 26 and, after a delay of 2500 microseconds, it is amplified by the circuit 27 and applied, after passing through the discriminator 28a, to the circuit 40 which comprises, as has been explained above, a furnace generator providing two adjacent pulses 40a and 40b.
By comparing the pulse obtained after passing through the 1-stage line 26 and the pulses 40a and 40b, a signal is obtained, for example positive or negative, depending on whether this pulse coincides with the pulse 40a or that 40b. This signal is conventionally used to control the frequency of oscillator 37. The circuit used to perform the time comparison between the output pulse of the delay line 26 and the pulses 40a and 40b can be of a conventional type such as that used for performing distance tracking in radars for automatic tracking of a mobile obstacle.
It is a characteristic of the embodiment described to successively use the same delay line 26 for operation with the elimination of echoes received after reflection on fixed obstacles, for operation in normal radar associated with means improvement of the signal-to-noise ratio by integration and to stabilize the repetition frequency of the pulses emitted at each sound.
When the system described is started up, the oscillator 37, the frequency of which is variable, can start with a frequency appreciably different from that which is desired to be obtained after stabilization. In this case, the pulse obtained after passing through the delay line 26 is outside the time interval determined by the two adjacent pulses 40a and 40b so that the stabilization circuit cannot operate, no signal is absent. then appearing at the output of the circuit 40. For this purpose, the circuit 37A is provided, the purpose of which is to vary automatically, when the device is switched on, the frequency of the oscillator 37 and this in a sufficiently wide frequency band so that it necessarily contains the desired frequency.
Device 37A is provided so as to apply to the variable elements of oscillator 37 a signal which causes the frequency of oscillator 37 to pass from a value f 1 substantially greater than the desired frequency to a value f2 slightly. lower than said frequency. In this way, when the oscillation frequency of circuit 37 passes through the desired frequency, as determined by delay line 26, the stabilization circuit comprising circuit 40 operates by maintaining the output frequency of oscillator 37 to the desired value.
In order for the stabilization circuit including the delay line to operate effectively, it is necessary that the time constant of the circuit 37A be substantially greater than the time constant of the stabilization circuit. If the frequency variation of oscillator 37 is obtained by acting on the value of an electrical quantity, for example a voltage, circuit 37A can be provided in such a way as to provide a voltage when switching on the device. sawtooth, the extreme values of which correspond to the output frequencies f 1 and f 2 of oscillator 37. In this way, a latching of the stabilization circuit is automatically obtained, which avoids manual adjustments when switching on. market.
As explained above, the output signals of the coherent oscillator 21 are applied to the phase discriminator circuit 19 by means of switching means, for example manual, C1 and C2, which are, in this case, in position 1. When the switches C1 and C2 are in position 2, the output signals of the coherent oscillator 21 are applied to a circuit 44 which introduces a variation in frequency of the output wave of the coherent oscillator 21, the output signals of circuit 44 being applied by switch C2 in position 2 to phase discriminator 19.
The frequency variation introduced by circuit 44 is controlled by means of circuit 45 which receives, on the one hand, via terminal 11, signals characteristic of the angular position of the pointing direction of the antenna with respect to a fixed direction and, on the other hand, by means of manual adjustment, information on the amplitude of this frequency variation. Such a device makes it possible to eliminate from the screen of the indicator, during operation with elimination of the echoes obtained after reflection on fixed obstacles, certain obstacles such as clouds moving in a fixed direction with a constant speed.
The operation of the device is based on the fact that the radial speed of an objective moving at constant speed in a fixed direction is, from the point of view of an antenna animated by a uniform rotational movement, a sinusoidal function of the angular difference between the fixed direction of movement of the mobile obstacle and the direction of the pointing of the antenna. Circuit 45 receives, on the one hand, via terminal 11, an indication of the angular pointing position of the antenna and, on the other hand, by means of a manual device, an indication of the fixed direction in which the moving obstacle moves.
It gives at its output a sinusoidal signal as a function of this angular difference. This signal is applied to circuit 44 which is provided in a known manner to vary the frequency of the reference wave according to said sinusoidal function. The amplitude of the frequency variation can be adjusted manually as a function of the speed of movement of the movable obstacle which it is desired to eliminate. The signal obtained at the output of circuit 44 is applied as a reference wave to circuit 19.
In the circuits described in relation to FIGS. 1 to 3, the delay circuits necessary for the operation of the system have been indicated without taking into account the delays which may be introduced, for example, by cables interconnecting the various elements of the arrangement described. However, the supplemental delay devices which must be introduced in such cases will be apparent to those skilled in the art and in no way modify the operation of the circuit.