EP1096603A1 - Dispositif de commande pour la formation de plusieurs faisceaux simultanes de réception radar à antenne à balayage électronique - Google Patents

Dispositif de commande pour la formation de plusieurs faisceaux simultanes de réception radar à antenne à balayage électronique Download PDF

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EP1096603A1
EP1096603A1 EP00402940A EP00402940A EP1096603A1 EP 1096603 A1 EP1096603 A1 EP 1096603A1 EP 00402940 A EP00402940 A EP 00402940A EP 00402940 A EP00402940 A EP 00402940A EP 1096603 A1 EP1096603 A1 EP 1096603A1
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EP
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optical
signal
microwave
frequency
signals
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EP00402940A
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Thomas Thomson-CSF Prop. Intellectuelle Merlet
Olivier Thomson-CSF Prop. Intellectuelle Maas
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Thales SA
Original Assignee
Thales SA
Thomson CSF SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2676—Optically controlled phased array

Definitions

  • the present invention relates to a control device for the formation of several simultaneous antenna radar reception beams at electronic scanning. It applies in particular for the control of radiation pattern of a scanning electron antenna in sight to reconfigure the reception beams with great flexibility, and regardless of the radar bandwidth.
  • An electronic scanning antenna has a plurality of radiating elements which both transmit and receive a microwave signal.
  • a transmission or reception beam is formed by all of the signals transmitted or received by each element.
  • To orient a beam in a given direction ⁇ it is necessary to create time delays between signals transmitted or received by the different radiating elements.
  • To obtain an analogous effect it was known to create a phase delay between these signals.
  • the phase shift ⁇ 1 - ⁇ 2 is equal to 2 ⁇ f (T 1 -T 2 ).
  • the radar dynamic is characterized by the signal-to-noise ratio, including in the term "noise” intermodulation phenomena which emanate from the non-linearities of the chain generally called in Anglo-Saxon literature SFDR according to the expression "Spurious Free Dynamic Range”.
  • the beam switching speed in a given direction from an order is another difficulty, second order compared to the dynamics.
  • the multi-beam reception is then possible in the techniques of control based on microwave circuits only.
  • the echo radar is detected on a network antenna by a matrix n lines per m columns of microwave detectors which constitute the antenna panel.
  • These elementary signals are individually weighted in amplitude and in phase then summed to form a reception beam. This last one is characterized by its angular direction relative to the normal of the antenna and by its radiation pattern.
  • In order to simultaneously train several receiving beams it is necessary to split the elementary signals to direct them to different weighting matrices and different adders. Realized in microwave technology, these weights and his summons are immutable.
  • An object of the invention is in particular to allow a mode of simple realization of a multibeam reception with a large dynamic.
  • the main advantages of the invention are that it allows reduce the complexity of digital processing relating to the training of radar beams, by FFC it brings immunity against electromagnetic disturbances, that it allows weight gain and gain and that it applies to all frequency bands radar.
  • the appended figure therefore presents a possible embodiment of a control device according to the invention.
  • This device controls the formation of several reception beams R 1 , ... R r of a radar antenna with electronic scanning. It performs a partial microwave summation of the signals received by the elementary antenna detectors, followed by an inconsistent summation in optics.
  • An electronically scanned receiving antenna has n microwave signal detector subnets 1.
  • Each column includes for example m detectors 1.
  • Each detector is followed by a phase shifter 2.
  • the phase shifters 2 are controlled by conventional means depending on the desired direction according to the component parallel to the column, for example vertical if the latter is vertical.
  • the signals from the phase shifters are summed by a microwave combiner 3.
  • the control device according to the invention therefore comprises means for carrying out a summation partial microwave of the signals received according to each column. These means notably include phase shifters 2 and their controls as well than microwave combiner 3. This partial summation is performed conventionally by known means.
  • Each of the n columns provides therefore a signal summed according to a dimension of space, for example the vertical dimension.
  • the optical sources L 1 , ... L n are for example lasers.
  • Each optical source is for example followed by means 4 for generating a bi-frequency optical wave in cross polarization, a frequency being at ⁇ / 2 ⁇ + f and a frequency at ⁇ / 2 ⁇ .
  • the frequency f is that of the received signal.
  • the frequency ⁇ / 2 ⁇ is the frequency of the optical wave produced by the light source L 1 , ... L n .
  • a frequency ⁇ / 2 ⁇ + f is transmitted according to a first polarization, for example vertical E V.
  • the other frequency ⁇ / 2 ⁇ is transmitted on a perpendicular polarization, for example horizontal E H , the two polarizations being perpendicular to the direction of transmission of the optical wave.
  • the optical signal, of frequency ⁇ / 2 ⁇ is therefore transmitted according to a polarization while the optical signal modulated by the frequency f of the receiving microwave signal, of frequency ⁇ / 2 ⁇ + f, is transmitted according to the perpendicular polarization.
  • the modulated optical signal can be obtained by a frequency translator which is for example an acousto-optical Bragg cell.
  • each signal Before entering these optical phase shifting means, each signal enters a coupler optical 1 / r 6 which divides this signal into r optical signal, r being the number of radar reception beams to be formed.
  • the n optical channels 7 originating from 4 means of dual-frequency wave generation are therefore each divided into r optical channels 8 by means of these optical couplers 1 / r, an optical channel being a path along which an optical signal propagates.
  • the example of realization presented by the figure illustrates a mode of transmission of free space optical signals.
  • a device according to the invention can however include optical channels 7, 8 which are optical guides or optical fibers.
  • the nxr optical channels are directed to the optical phase-shifting means 5.
  • the latter are for example a liquid crystal matrix which comprises nxr pixels.
  • This phase matrix prints per pixel at one of the polarizations, according to an anisotropic regime, an optical phase controlled by an electric voltage.
  • the frequency ⁇ / 2 ⁇ + f becomes for example ⁇ / 2 ⁇ + f + ⁇ i, i for the optical signal which meets the pixel i, j of line i and of column j on the phase matrix 5.
  • the device according to invention has the means, not shown, of applying voltages to the pixels. These means apply a voltage V i, j to each pixel i, j .
  • the optical phase shifting means 5 are for example followed by means 9 for amplitude weighting. These means act on the two polarizations E V , E H by modifying the amplitude of the two optical waves of each of the channels 8.
  • These amplitude weighting means are for example a matrix of liquid crystals comprising nxr pixels. The amplitude weighting, like the phase shift, is controlled pixel by pixel by voltage control means not shown. Amplitude weighting is applied to each of the nxr optical signals 8.
  • the device comprises r means for detecting the microwave signal assigned to each group of n optical signals.
  • This signal is in fact the modulation signal at the reception frequency f having undergone the phase shifts ⁇ i, j .
  • the n optical channels 7, divided according to the columns (for example vertically) into r channels before the matrices are after these latter grouped in lines (for example horizontally) to form r optical beams with n phase-shifted components and optionally weighted in amplitude.
  • the channels are grouped using 1 / n 10 optical combiners.
  • the n channels of each line are combined by a combiner 10.
  • Each combiner 10 is followed by a 45 ° polarizer 11 which has for function of recombining the two polarizations in the same direction.
  • the two coherent waves then interfere at the output of each polarizer 11.
  • the latter is followed by a photodetector 12.
  • a photodetector 12 detects thus a signal proportional to the phases and amplitudes printed on the elementary optical channels 8 by means 5 of optical phase shifts and the amplitude weighting means 9.
  • the two waves therefore interfere at the entrance of the latter.
  • Their spectral lines at ⁇ / 2 ⁇ + f and at ⁇ / 2 ⁇ beat so and the difference between the two lines then gives the frequency of reception f.
  • the device according to the invention then makes it possible to obtain at the output of r photodetectors 12 r radar beams R 1 , ... R r formed in a fixed manner in one dimension where the combinations are carried out at microwave frequency and reconfigurable in the other dimension where the combinations are made in optics.
  • This latter configuration of the beams is carried out at the level of the optical phase shifting means 5.
  • the phase laws to be applied are for example programmed in means for controlling the pixel voltages of a liquid crystal matrix 5.
  • amplitude weighting laws can for example be applied to the elementary channels 8 by the amplitude weighting means 9.
  • the power Pj in each of the r output beams is then given by the following relation:
  • the phases ⁇ ij are printed by the optical phase shifting means 5, and the powers P ij are for example weighted by the weighting means 9.
  • a liquid crystal matrix with nxr pixels controllable in tension was presented as an example of realization of the means of optical phase shifts.
  • This embodiment has in particular as advantage of being simple to implement. These means may well sure to be achieved otherwise.
  • phase shifting means can also be replaced by means for creating time delays on the n x r elementary signals 8.
  • These means can for example be a device for optical paths. switchable as described in French patent application No. 90 03386. The time delays then make it possible to process signals in a very instant broadband.
  • the invention can be applied with optical technology in free propagation using liquid crystal matrices 5, 9 to exercise phase and amplitude weights. These weights can also be obtained in guided optics by performing on semiconductors, e.g. InP, light guides, couplers and phase and amplitude modulators. In this case, the presence of polarizers 11 is no longer required.
  • semiconductors e.g. InP, light guides, couplers and phase and amplitude modulators.
  • the presence of polarizers 11 is no longer required.
  • a device has in particular the advantage of allow reconfiguration of radar reception beams by playing simply on the control voltages of phase 5 optical arrays and of amplitude 9, or any other means of optical phase shift, of creation of time delays or amplitude weights.
  • This possibility is not offered to microwave combiners.
  • the invention notably proposes an advantageous alternative to radar architectures with beam formation by calculation.
  • analog beam formation by optics minimizes the number of receivers and considerably simplifies processing complexity.
  • the partial combination of microwave as well as the optical summation of different beams allow in particular to alleviate the dynamic constraints which weigh on optical architectures for reception, since part of the orientation reception beams are processed by microwave techniques.
  • the invention also provides a immunity to electromagnetic interference, weight gain and space saving, thanks to optical technologies. Finally, the invention applies to all radar frequency bands.
  • each radiating element 1 emits or receives in a very large opening, but summing in a column or a line, a fine direction is preferred according to this column or this line.
  • clutter of ground or sea is added to inconsistently from column to column and the signal-to-noise ratio then increases. It would not be the same in a horizontal direction where the ground or sea clutter would be added more coherently.

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de commande pour la formation de plusieurs faisceaux simultanés de réception radar à antenne à balayage électronique.
Une antenne à balayage électronique comportant un réseau de détecteurs de signaux hyperfréquence (1) disposés en n colonnes et en m lignes, le dispositif comporte :
  • des moyens (2, 3) pour réaliser, dans le domaine hyperfréquence, une première combinaison partielle des signaux reçus, cette combinaison étant réalisée selon chaque colonne ;
  • des moyens optiques pour réaliser une seconde combinaison partielle dans le domaine optique, les moyens optiques comportant au moins n sources optiques (L1,....Ln) produisant chacune un signal optique (7) modulé à la fréquence des signaux hyperfréquence de réception (f) par un signal de combinaison hyperfréquence associé, des moyens de division (6) de ce signal optique (7) en r signaux optiques (8), des moyens de déphasages optiques (5) de chacun des nxr signaux optiques obtenus, r moyens de combinaison (10) de chaque groupe de n signaux optiques et r moyens de détection (10, 11, 12) du signal hyperfréquence (f) affecté à chaque groupe de n signaux optiques pour former r faisceaux de réception hyperfréquence (R1, ...Rr).
L'invention s'applique notamment pour une reconfiguration simple et souple des faisceaux de réception d'une antenne à balayage électronique.

Description

La présente invention concerne un dispositif de commande pour la formation de plusieurs faisceaux simultanés de réception radar à antenne à balayage électronique. Elle s'applique notamment pour le contrôle du diagramme de rayonnement d'une antenne à balayage électronique en vue de reconfigurer les faisceaux de réception avec une grande souplesse, et cela quelle que soit la bande passante du radar.
Une antenne à balayage électronique comporte une pluralité d'éléments rayonnants qui assurent à la fois l'émission et la réception d'un signal hyperfréquence. Un faisceau d'émission ou de réception, est formé par l'ensemble des signaux émis ou reçus par chaque élément. Pour orienter un faisceau dans une direction donnée , il est nécessaire de créer des retards temporels entre signaux émis ou reçus par les différents éléments rayonnants. Pour obtenir un effet analogue, il était connu de créer un retard de phase entre ces signaux. Le déphasage 1-2 entre les signaux émis ou reçus par deux éléments rayonnants est donné par la relation suivante : Φ1-Φ2=d sin c ×2πf où d, f et c représentent respectivement la distance entre les deux éléments rayonnants, f la fréquence des signaux et c la vitesse de la lumière, le retard temporel créé étant T1-T2 = d sin  / c. De son côté, le déphasage 1-2 est égal à 2πf(T1-T2).
A la solution précédemment décrite qui fait appel à des circuits de commande hyperfréquence peut être préférée une solution utilisant des circuits de commande optiques, notamment pour des problèmes de bande passante. La relation (1) précédente met en effet en évidence un inconvénient, dans le fait que le déphasage dépend de la fréquence. En conséquence, si la fréquence varie, l'angle de pointée varie aussi. Cette méthode d'orientation d'un faisceau n'est donc pas adaptée pour un radar à large bande. Cependant, les techniques hyperfréquence ne permettent pas de créer un retard temporel entre les signaux autrement que par la création du déphasage précédent, sauf à mettre en oeuvre un dispositif prohibitif du point de vue de l'encombrement et du coût.
L'utilisation des techniques optiques permet de s'affranchir de l'inconvénient précité, en commandant les éléments rayonnants directement par des retards temporels, sans passer par l'artifice de déphasages, ces retards étant créés dans le domaine optique. A cet effet, des solutions de commande optique d'antennes à balayage électronique ont déjà été mises en oeuvre. En ce qui concerne l'émission, de nombreuses architectures de commandes optiques ont donc déjà été proposées afin de contrôler le diagramme de rayonnement à l'émission.
En ce qui concerne la réception des signaux par l'antenne, la formation de faisceau nécessite une dynamique très importante encore inaccessible aux composants optiques. La dynamique au sens radar est caractérisée par le rapport signal à bruit, en incluant dans le terme « bruit » les phénomènes d'intermodulation qui émanent des non-linéarités de la chaíne généralement dénommées dans la littérature anglo-saxonne SFDR selon l'expression "Spurious Free Dynamic Range".
La vitesse de commutation du faisceau dans une direction donnée à partir d'une commande est une autre difficulté, du second ordre par rapport à la dynamique.
Afin de pallier ce problème de dynamique, une architecture de commande optique basée sur la corrélation a été présentée dans la demande de brevet français n°94 11498 puis complétée par une architecture présentée dans la demande de brevet français n° 98 07240. Cette architecture optique à corrélation permet pour la réception comme pour l'émission, une commande en retards temporels suivant les deux plans en site et en gisement. Cependant, cette architecture ne permet la formation que d'un faisceau unique, elle ne permet pas une réception multifaisceaux, c'est-à-dire à plusieurs faisceaux simultanés. Or, pour de nombreuses applications radar, il est nécessaire de former dans au moins un des plans du radar, site ou gisement, plusieurs faisceaux à la réception, par exemple des ensembles de faisceaux sommes et différences.
Si la bande passante n'est pas essentielle pour certaines applications radar qui peuvent accepter des largeurs de bande moyenne, la réception multifaisceaux est alors possible dans les techniques de commande à base de circuits hyperfréquence seuls. A la réception, l'écho radar est détecté sur une antenne à réseaux par une matrice n lignes par m colonnes de détecteurs hyperfréquence qui constituent la dalle de l'antenne. Ces signaux élémentaires sont individuellement pondérés en amplitude et en phase puis sommés pour former un faisceau de réception. Ce dernier est caractérisé par sa direction angulaire par rapport à la normale de l'antenne et par son diagramme de rayonnement. Afin de former simultanément plusieurs faisceaux de réception, il est nécessaire de diviser les signaux élémentaires pour les diriger vers différentes matrices de pondération et différents sommateurs. Réalisées en technologie hyperfréquence, ces pondérations et ses sommations sont immuables. La reconfiguration des faisceaux de réception est néanmoins possible en utilisant des architectures à formation de faisceaux par le calcul, dites FFC. Ces dernières se traduisent néanmoins par une complexité accrue au niveau du traitement radar. Il s'agit en effet de traitements temps réels qui imposent d'utiliser de nombreux processeurs numériques complexes et coûteux. En d'autres termes, la complexité du traitement limite le nombre de récepteurs dans les architectures à FFC.
Ainsi, une mise en oeuvre simple d'une réception radar multifaisceaux à grande dynamique n'est possible ni par l'utilisation d'une commande hyperfréquence, qui ne permet pas une allocation dynamique des faisceaux formés, ni dans le domaine numérique qui impose une limitation sur le nombre de voies (sous-réseaux) échantillonnées.
Un but de l'invention est notamment de permettre un mode de réalisation simple d'une réception multifaisceaux avec une grande dynamique.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de commande pour la formation de faisceaux de réception radar d'une antenne à balayage électronique comportant un réseau de détecteurs de signaux hyperfréquence disposés en n sous-réseaux de détecteurs, caractérisé en ce qu'il comporte :
  • des moyens pour réaliser, dans le domaine hyperfréquence, une première combinaison partielle des signaux reçus, cette combinaison étant réalisée selon chaque sous-réseau ;
  • des moyens optiques pour réaliser une seconde combinaison partielle dans le domaine optique, les moyens optiques comportant au moins n sources optiques produisant chacune un signal optique modulé à la fréquence des signaux hyperfréquence de réception f par un signal de combinaison hyperfréquence associé, des moyens de division de ce signal optique en r signaux optiques, des moyens de déphasages optiques de chacun des nxr signaux optiques obtenus, r moyens de combinaison de chaque groupe de n signaux optiques et r moyens de détection du signal de modulation f affecté à chaque groupe de n signaux optiques pour former r faisceaux de réception hyperfréquence
L'invention a par ailleurs pour principaux avantages qu'elle permet de réduire la complexité de traitement numérique relatif à la formation des faisceaux radar, par FFC qu'elle apporte une immunité contre les perturbations électromagnétiques, qu'elle permet un gain de poids et un gain d'encombrement, et qu'elle s'applique à toutes les bandes de fréquences radar.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront à l'aide de la description qui suit faite en regard de l'unique figure qui représente, par un synoptique, un mode de réalisation possible d'un dispositif de commande selon l'invention.
La figure annexée présente donc un exemple de réalisation possible d'un dispositif de commande selon l'invention. Ce dispositif commande la formation de plusieurs faisceaux de réception R1,...Rr d'une antenne radar à balayage électronique. Il réalise une sommation hyperfréquence partielle des signaux reçus par les détecteurs élémentaires d'antenne, suivie d'une sommation incohérente en optique.
Une antenne de réception à balayage électronique comporte n sous-réseaux détecteurs de signaux hyperfréquence 1. Pour faciliter la description de l'invention on considère que les sous-réseaux sont des colonnes, cependant ceux-ci pourraient être quelconque. Chaque colonne comporte par exemple m détecteurs 1. Chaque détecteur est suivi d'un déphaseur 2. Pour des facilités de représentation, seuls les détecteurs et les déphaseurs de la première colonne sont représentés. Les déphaseurs 2 sont commandés par des moyens classiques en fonction de la direction souhaitée selon la composante parallèle à la colonne, par exemple verticale si celle-ci est verticale. Pour chaque colonne, les signaux issus des déphaseurs sont sommés par un combineur hyperfréquence 3. Le dispositif de commande selon l'invention comporte donc des moyens pour réaliser une sommation partielle hyperfréquence des signaux reçus selon chaque colonne. Ces moyens comportent notamment les déphaseurs 2 et leurs commandes ainsi que les combineurs hyperfréquence 3. Cette sommation partielle est réalisée classiquement par des moyens connus. Chacune des n colonnes fournit donc un signal sommé selon une dimension de l'espace, par exemple la dimension verticale.
Les signaux issus des n colonnes, en sortie des combineurs 3, modulent chacun une source optique L1,...Ln à la fréquence de réception f des signaux reçus. Les sources optiques L1,...Ln sont par exemple des lasers. Chaque source optique est par exemple suivie de moyens 4 de génération d'une onde optique bi-fréquence en polarisation croisée, une fréquence étant à ω/2π + f et une fréquence à ω/2π. La fréquence f est celle du signal reçu. La fréquence ω/2π est la fréquence de l'onde optique produite par la source lumineuse L1,...Ln. Une fréquence ω/2π + f est transmise selon une première polarisation, par exemple verticale EV. L'autre fréquence ω/2π est transmise sur une polarisation perpendiculaire, par exemple horizontale EH, les deux polarisations étant perpendiculaires à la direction de transmission de l'onde optique. Le signal optique, de fréquence ω/2π, est donc transmis selon une polarisation alors que le signal optique modulé par la fréquence f du signal hyperfréquence de réception, de fréquence ω/2π + f, est transmis selon la polarisation perpendiculaire. Le signal optique modulé peut être obtenu par un translateur de fréquence qui est par exemple une cellule de Bragg acousto-optique.
Les n signaux optiques bi-fréquence en polarisation croisée sont envoyés vers des moyens de déphasages optiques 5. Avant d'entrer dans ces moyens de déphasage optique, chaque signal entre dans un coupleur optique 1/r 6 qui divise ce signal en r signal optique, r étant le nombre de faisceaux de réception du radar à former. Les n canaux optiques 7 issus des moyens 4 de génération d'onde bi-fréquence sont donc divisés chacun en r canaux optiques 8 au moyen de ces coupleurs optiques 1/r, un canal optique étant une voie selon laquelle se propage un signal optique. L'exemple de réalisation présenté par la figure illustre un mode de transmission des signaux optiques en espace libre. Un dispositif selon l'invention peut cependant comporter des canaux optiques 7, 8 qui sont des guides optiques ou des fibres optiques.
En sortie des coupleurs 6, les nxr canaux optiques sont dirigés vers les moyens de déphases optiques 5. Ces derniers sont par exemple une matrice à cristaux liquides qui comporte nxr pixels. Cette matrice de phase imprime par pixel à l'une des polarisations, selon un régime anisotropique, une phase optique commandée par une tension électrique. La fréquence ω/2π + f devient par exemple ω/2π + f + ϕi,i pour le signal optique qui rencontre le pixel i, j de ligne i et de colonne j sur la matrice de phase 5. Le dispositif selon l'invention dispose des moyens, non représentés, d'application de tensions aux pixels. Ces moyens appliquent à chaque pixel i, j une tension Vi,j.
Les moyens de déphasages optiques 5 sont par exemple suivis par des moyens 9 de pondération d'amplitudes. Ces moyens agissent sur les deux polarisations EV, EH en modifiant l'amplitude des deux ondes optiques de chacun des canaux 8. Ces moyens de pondération d'amplitude sont par exemple une matrice de cristaux liquides comportant nxr pixels. La pondération d'amplitude, comme le déphasage, est pilotée pixel par pixel par des moyens de commande en tension non représentés. Une pondération d'amplitude est appliquée à chacun des nxr signaux optiques 8.
Pour former r faisceaux de réception hyperfréquence R1, ...Rr, le dispositif selon l'invention comporte r moyens de détection du signal hyperfréquence affecté à chaque groupe de n signaux optiques. Ce signal est en fait le signal de modulation à la fréquence de réception f ayant subit les déphasages ϕi,j. Ainsi, les n canaux optiques 7, divisés selon les colonnes (par exemple verticalement) en r canaux avant les matrices sont après ces dernières regroupés en lignes (par exemple horizontalement) pour former r faisceaux optiques à n composantes déphasées et éventuellement pondérées en amplitude. Le regroupement des canaux se fait au moyen de combineurs optiques 1/n 10. Les n canaux de chaque ligne sont combinés par un combineur 10.
Chaque combineur 10 est suivi d'un polariseur 45° 11 qui a pour fonction de recombiner les deux polarisations selon une même direction. Les deux ondes cohérentes interfèrent alors en sortie de chaque polariseur 11. Ce dernier est suivi d'un photodétecteur 12. Un photodétecteur 12 détecte ainsi un signal proportionnel aux phases et amplitudes imprimées sur les canaux optiques élémentaires 8 par les moyens 5 de déphasages optiques et les moyens 9 de pondération d'amplitude. Les deux ondes interfèrent donc à l'entrée de ce dernier. Leurs raies spectrales à ω/2π + f et à ω/2π battent donc et la différence entre les deux raies donne alors la fréquence de réception f.
Le dispositif selon l'invention permet alors d'obtenir en sortie des r photodétecteurs 12 r faisceaux radar R1,...Rr formés de manière fixe dans une dimension où les combinaisons sont effectuées en hyperfréquence et reconfigurables dans l'autre dimension où les combinaisons sont effectuées en optique. Cette dernière configuration des faisceaux est réalisée au niveau des moyens de déphasages optiques 5. Les lois de phase à appliquer sont par exemple programmées dans des moyens de commande des tensions de pixels d'une matrice à cristaux liquides 5. En plus de lois de phases, des lois de pondérations d'amplitudes peuvent être par exemple appliquées aux canaux élémentaires 8 par les moyens de pondération d'amplitude 9. La puissance Pj dans chacun des r faisceaux de sortie est alors donnée par la relation suivante :
Figure 00070001
Les phases ϕij sont imprimées par les moyens de déphasages optiques 5, et les puissances Pij sont par exemple pondérées par les moyens de pondération 9.
Une matrice à cristaux liquides à nxr pixels commandables en tension a été présentée à titre d'exemple de réalisation des moyens de déphasages optiques. Ce mode de réalisation a notamment comme avantage le fait d'être simple à mettre en oeuvre. Ces moyens peuvent bien sûr être réalisés autrement.
Ces moyens de déphasage peuvent aussi être remplacés par des moyens de création de retards temporels sur les n x r signaux élémentaires 8. Ces moyens peuvent par exemple être un dispositif de trajets optiques commutable tel que décrit dans la demande de brevet français n° 90 03386. Les retards temporels permettent alors de traiter des signaux dans une très large bande instantanée.
L'invention peut s'appliquer avec une technologie optique en propagation libre utilisant des matrices à cristaux liquides 5, 9 pour exercer les pondérations en phase et en amplitude. Ces pondérations peuvent également être obtenues en optique guidée en réalisant sur semiconducteurs, par exemple InP, des guides optiques, des coupleurs et des modulateurs de phase et d'amplitude. Dans ce cas, la présence de polariseurs 11 n'est plus nécessaire.
Un dispositif selon l'invention présente notamment l'avantage de permettre la reconfiguration des faisceaux de réception radar en jouant simplement sur les tensions de commande des matrices optiques de phase 5 et d'amplitude 9, ou tous autres moyens de déphasages optiques, de création de retards temporels ou de pondérations d'amplitudes. Cette possibilité n'est pas offerte aux combineurs hyperfréquence. De ce fait, l'invention propose notamment une alternative avantageuse aux architectures radar à formation de faisceaux par le calcul. Comparée à une solution numérique, une formation de faisceaux analogiques par l'optique permet de minimiser le nombre de récepteurs et simplifie considérablement la complexité de traitement. Par ailleurs, la combinaison partielle en hyperfréquence ainsi que la sommation optique de différents faisceaux permettent notamment d'alléger les contraintes de dynamique qui pèsent sur les architectures optiques pour la réception, puisqu'une partie de l'orientation des faisceaux de réception est traitée par les techniques hyperfréquences.
Comme autres avantages, l'invention apporte encore une immunité contre les perturbations électromagnétiques, un gain de poids et un gain d'encombrement, grâce aux technologies optiques. Enfin, l'invention s'applique pour toutes les bandes de fréquence radar.
L'invention a été décrite dans le cas où les signaux de réception hyperfréquence sont sommés par colonnes, verticalement. Il est bien sûr possible de sommer les signaux de réception hyperfréquence par lignes, horizontalement ou par tous réseaux de forme géométrique donnée. Toutefois, une sommation hyperfréquence selon des colonnes verticales permet, par exemple, de diminuer les effets des fouillis, encore appelés clutters, de sol ou de mer. En effet, chaque élément rayonnant 1 émet ou reçoit selon une très grande ouverture, mais en sommant selon une colonne ou une ligne, une direction fine est privilégiée selon cette colonne ou cette ligne. Selon une direction verticale le clutter de sol ou de mer s'ajoute de façon incohérente d'une colonne à l'autre et le rapport signal à bruit augmente alors. Il n'en serait pas de même selon une direction horizontale où le clutter de sol ou de mer s'ajouterait de manière plus cohérente.

Claims (10)

  1. Dispositif de commande pour la formation de faisceaux de réception radar d'une antenne à balayage électronique comportant un réseau de détecteurs d'un signal hyperfréquence de réception (1) disposés en n sous-réseaux de détecteurs, caractérisé en ce qu'il comporte :
    des moyens (2, 3) pour réaliser, dans le domaine hyperfréquence, une première combinaison partielle des signaux reçus, cette combinaison étant réalisée selon chaque sous-réseau ;
    des moyens optiques pour réaliser une seconde combinaison partielle dans le domaine optique, les moyens optiques comportant au moins n sources optiques L1,...Ln associées chacune à un sous-réseau et produisant un signal optique (7) modulé par le signal issu de son sous-réseau, à la fréquence du signal hyperfréquence de réception (f), des moyens de division (6) de ce signal optique (7) en r signaux optiques (8), des moyens de déphasages optiques (5) de chacun des nxr signaux optiques obtenus, r moyens de combinaison (10) de chaque groupe de n signaux optiques et r moyens de détection (10, 11, 12) du signal hyperfréquence (f) affecté à chaque groupe de n signaux optiques pour former r faisceaux de réception hyperfréquence R1,...Rr.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens optiques comportent en sortie de chaque source optique L1,...Ln des moyens (4) de génération d'une onde optique bi-fréquence en polarisation croisée, une fréquence étant à ω/2π + f et une fréquence à ω/2π, la fréquence f étant celle du signal reçu, la fréquence ω/2π étant la fréquence de l'onde optique produite par la source optique L1,...Ln, une fréquence ω/2π + f étant transmise selon une première polarisation, l'autre fréquence ω/2π étant transmise sur une polarisation perpendiculaire.
  3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de déphasages optiques sont une matrice à cristaux liquides comportant nxr pixels, appliquant pixel par pixel un déphasage (ϕi,j) aux nxr signaux optiques issus des moyens de division (6), un déphasage étant commandé par une tension électrique (Vi,j).
  4. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le déphasage (ϕi,j) est appliqué à la polarisation véhiculant le signal à la fréquence ω/2π + f.
  5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'un moyen de détection d'un signal hyperfréquence comporte un polariseur 45° (10) recombinant les deux polarisations selon une même direction et un photodétecteur détectant le signal hyperfréquence.
  6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens optiques comportent, associés aux moyens de déphasages optiques (5), des moyens de pondération d'amplitudes (9), une pondération d'amplitude étant appliquée à chacun des nxr signaux optiques (8).
  7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal optique est modulé par une cellule de Bragg.
  8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de combinaison hyperfréquence comportent des déphaseurs hyperfréquences (2) et des moyens de commande de ces déphaseurs pour configurer les faisceaux de réception R1,...Rr selon la direction définie par les sous-réseaux.
  9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les sous-réseaux sont des colonnes, les détecteurs des colonnes étant disposés verticalement.
  10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les sous-réseaux sont des lignes, les détecteurs des lignes étant disposés horizontalement.
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