EP1249894B1 - Antenne en réseau et formation de faisceau par le calcul - Google Patents

Antenne en réseau et formation de faisceau par le calcul Download PDF

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EP1249894B1
EP1249894B1 EP20020290732 EP02290732A EP1249894B1 EP 1249894 B1 EP1249894 B1 EP 1249894B1 EP 20020290732 EP20020290732 EP 20020290732 EP 02290732 A EP02290732 A EP 02290732A EP 1249894 B1 EP1249894 B1 EP 1249894B1
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EP
European Patent Office
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sub
spacing
network
networks
arrays
Prior art date
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EP20020290732
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German (de)
English (en)
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EP1249894A1 (fr
Inventor
Intellectual Property Mr. Desodt Guy c/o Thales
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Thales SA
Original Assignee
Thales SA
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Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/28Combinations of substantially independent non-interacting antenna units or systems
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart

Definitions

  • the present invention relates to a network antenna. It particularly relates to a synthetic emission radar and beamforming by calculation, especially for the surveillance of airspace.
  • the antenna of such a radar comprises, for example, a network of transmission modules and a network of reception modules.
  • the transmission network thus comprises, for example, elementary antennas distributed over a circle of diameter of several tens of meters, or even several hundred meters.
  • the circular arrangement is not mandatory, the distribution of the elementary antennas can indeed follow lines that are not circular.
  • Each elementary antenna is for example disposed at the top of a mast at the foot of which are means for transmitting a microwave wave, the assembly forming a transmission module.
  • the reception network comprises elementary sensors distributed for example on a large circle, for example concentric with respect to the previous one. Scanning of the received signal is performed at an elementary sensor, and then the digitized signal is sent to a center for computational beamforming (FFC).
  • FFC computational beamforming
  • Each transmitting module transmits in a sub-band of the instant broadcast band of the radar.
  • the radar transmission band is chosen equal to B kHz
  • each module transmits in a sub-band B / N kHz, which can in practice of the order of a few tens of kHz.
  • Such an antenna thus comprises several tens of transmitters and elementary sensors distributed in a network inscribed itself in a circle that can reach a few hundred meters. With a metric wavelength, the antenna thus constituted is therefore incomplete, that is to say that the distance between two transmitters or consecutive sensors exceeds ⁇ / 2, where ⁇ is the length of the emitted wave.
  • the subject of the invention is a network antenna as defined by claim 1.
  • the main advantages of the invention are that it does not require any particular embodiment in signal processing circuits, that it is simple to implement and that it is economical.
  • FIG. 2 illustrates the problem of secondary lobes due to the gap antenna array.
  • the reception network 2 is only illustrated in this figure.
  • a target 20 sends back to the elementary receivers R 1 , ... R j , ... R N the signals transmitted by the transmitters of the network.
  • R 1 the elementary receivers
  • R j the elementary receivers
  • R N the signals transmitted by the transmitters of the network.
  • These lobes are obtained by beamforming by calculation and by pulse compression, by processing means connected to the elementary reception modules.
  • the sidelobes 23 are distributed over a distance cT e / 2 on each side of the main lobe with a high level, and therefore disruptive, T e being the duration of an emitted pulse.
  • the distance cT e / 2 is of the order of 15 kilometers.
  • the lacunarity of the transmission and reception networks also produces secondary lobes on the same distance extension.
  • the sub-networks as defined above respect orientation and step constraints between elements, in particular in order to control the spatial ambiguity function, that is to say to enable easily know the location and level of sidelobes, obtained by computational beamforming, when the level and location of the main lobe is known. It is thus possible to ensure that the sidelobes are strong in one direction and weak in another. We can then deduce a method of false alarm regulation on secondary lobes of strong targets, and manage to detect weak targets between the side lobes.
  • the steps of the sub-networks of an antenna according to the invention are therefore not arbitrary. The particular choice of these steps relies in particular on geometry considerations of the beams formed by the different sub-networks.
  • the set of directions deduced from u by rotation around the axis 41 of the sub-array describes a circle on the sphere 45, and projected onto the plane, a line segment 46 orthogonal to the axis 41 of the subnet and limited by the disk 44.
  • FIG. 5 shows a network consisting of N subnetworks, of which only three SR1, SR2 and SR3 are shown.
  • the network diagram results from the addition of the N subnet diagrams.
  • the diagram of each sub-network being of revolution about its axis, the diagram of the network presents local maxima in the directions deduced from u by rotation around the axis of each sub-network.
  • FIG. 5 shows by segments of lines 51, 52, 53 inscribed in the disk 44 of the plane 43 the projection of these local maxima. These projections 51, 52, 53 of course give the position of these maxima relative to the plane 43 which can be for example the ground.
  • the intersection 54 of all these segments gives the position of the main lobe, the local maxima 51, 52, 53 corresponding to high secondary lobes.
  • Figure 6 shows the case of a lacunar subarray SR '.
  • a sub-network is incomplete when its elements, elementary transmission or reception modules, are spaced apart by more than half a wavelength, which corresponds to the case where the ambiguity factor A is greater than 1, let A> 1 for this value as defined by relation (2).
  • the ambiguity factor A is not necessarily an integer. If A is not an integer, the number of line segments is the nearest integer to A, ie E (A) or E (A + 1) if E is the integer part from A.
  • Figure 7 illustrates an extension to two subunits lacunaires which shows a mesh of the side lobes.
  • a network comprising two lacunar sub-networks oriented according to unit vectors V ⁇ 1 , V ⁇ 2 and ambiguity factors A 1 , A 2 .
  • the vectors V ⁇ 1 , V ⁇ 2 respectively define the axes V1 and V2 of the two sub-networks.
  • the network diagram thus has maxima at the intersections between these segments 71, 72. These maxima are points 73 on a triangular mesh.
  • An elementary triangle of the mesh has as heights the vectors H ⁇ 1 , H ⁇ 2 .
  • the vector H ⁇ 3 defines the height of an elementary triangle of the mesh caused by the first two sub-networks.
  • the vector pas, pas3, of the third subnet thus satisfies the relation (5).
  • the association of the three subnetworks gives the same triangular mesh as with the first two subnetworks. It would be the same with the combination of any two sub-networks among these three.
  • FIGS. 9a and 9b show inverse examples where two lacunar sub-networks are available and the third does not respect the condition.
  • H ⁇ 3 2 / AT 3 ⁇ V ⁇ 3 .
  • the unit vector V ⁇ 3 ⁇ ' defining the direction of the third subnet is not oriented according to the vector H ⁇ 3 , and the ambiguity A 3 'is such that the segments 91 which describe the main lobe do not pass through the points 92 of the mesh defined by the first two sub-networks.
  • the mesh is tighter than in the case of Figure 8, and the intersection points 92, 99 are no longer arranged in a regular mesh. The removal of ambiguity will be more difficult.
  • Figure 10 shows an example of a mesh corresponding to a maximum ambiguity for three lacunar sub-networks.
  • the largest point 101 represents the pointing direction.
  • the other points represent the associated directions related to spatial ambiguity.
  • the pitch of the third subnet pas3 is not collinear with pas1 + pas2, the vector sum of the steps of the other two networks.
  • the largest triangle 110 represents the ambiguity of the set.
  • the intermediate triangle 111 having sides one half as small as the previous one, represents the ambiguity of the first set of three sub-networks.
  • Figure 12 illustrates an example of position of the subnets within a network, which may be transmitting or receiving.
  • This network comprises a first set of three sub-networks SR1, SR2, SR3 of respective steps pas1, pas2, pas3, and a second set of three subarrays SR'1, SR'2, SR'3 respectively of steps not 1, pas'2, not'3.
  • the steps of each of the sets verify the relation (5).
  • the network thus formed forms for example a hexagon.
  • An antenna according to the invention comprises at least three sub-networks and plays on the steps of the latter.
  • the pitch of the sub-networks takes only three values pas1, pas2, pas3 which verify the vector relation (5). It is thus possible to make a set of three subarrays arranged for example in a triangle or Y.
  • the pitch of the subnets takes values among several triplets linked by the relation (5). This is for example the case of the antenna illustrated in Figure 12 where the step takes the values among the two triplets of vectors (pas1, pas2, pas3) and (pas'1, pas'2, pas'3).
  • the invention applies to antennas distributed in a network, for transmission and / or reception. It has been described for a radar function. It can be applied to fields other than electromagnetism. It can especially apply for acoustic or optical networks.
  • the invention does not require any particular embodiment in terms of signal processing. It imposes its constraints on the structure geometric networks. It goes without saying that the invention is simple to implement and that it is economical.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Description

  • La présente invention concerne une antenne en réseau. Elle concerne particulièrement un radar à émission synthétique et à formation de faisceau par le calcul, destiné notamment à la surveillance de l'espace aérien.
  • Il est connu, notamment par la demande de brevet française FR n° 87 08186 (n° de publication FR 2709835) de réaliser un radar de surveillance aérienne à antenne répartie sur une grande surface. Le principe de fonctionnement de ce type de radar est décrit dans l'ouvrage de J. Darricaud : Physique et théorie du radar, Tome 3, 3ème édition 1994, pages 538 et suivantes. L'antenne d'un tel radar comporte par exemple un réseau de modules d'émission et un réseau de modules de réception. Le réseau d'émission comporte ainsi par exemple des antennes élémentaires réparties sur un cercle de diamètre de plusieurs dizaines de mètres, voire plusieurs centaines de mètres. La disposition circulaire n'est pas obligatoire, la répartition des antennes élémentaires peut en effet suivre des lignes qui ne sont pas circulaires. Chaque antenne élémentaire est par exemple disposée au sommet d'un mât au pied duquel se trouvent des moyens d'émission d'une onde hyperfréquence, l'ensemble formant un module d'émission. De même, le réseau de réception comporte des capteurs élémentaires répartis par exemple sur un cercle de grande dimension, par exemple concentrique par rapport au précédent. La numérisation du signal reçu est effectuée au niveau d'un capteur élémentaire, puis le signal numérisé est envoyé à un centre pour la formation de faisceau par le calcul (FFC). Une telle antenne répartie a notamment comme avantage d'être peu vulnérable. En effet, une attaque extérieure peut facilement détruire un ou plusieurs modules élémentaires mais très difficilement la totalité ou la majeure partie du réseau. En cas d'agression, seuls quelques modules élémentaires sont détruits mais pas l'ensemble. L'antenne peut donc continuer à fonctionner. Elle présente donc une faible vulnérabilité, du moins elle suit une dégradation douce en cas d'attaque.
    Chaque module d'émission émet dans une sous-bande de la bande instantanée d'émission du radar. Ainsi, si la bande d'émission du radar est choisie égale à B kHz, et si le réseau d'émission comporte N modules d'émission, chaque module émet dans une sous-bande de B/N kHz, ce qui peut faire en pratique de l'ordre de quelques dizaines de kHz.
    Une telle antenne comporte donc plusieurs dizaines d'émetteurs et de capteurs élémentaires répartis dans un réseau inscrit lui-même dans un cercle qui peut atteindre quelques centaines de mètres. Avec une longueur d'onde métrique, l'antenne ainsi constituée est par conséquent lacunaire, c'est-à-dire que la distance entre deux émetteurs ou capteurs consécutifs dépasse λ/2, où λ est la longueur de l'onde émise. Il en résulte à l'émission et à la réception des lobes secondaires très importants qui rendent donc la détection des cibles difficile. Ces lobes secondaires sont en effet très perturbateurs puisque leur niveau peut culminer jusqu'à -15 dB.
    Un but de l'invention est notamment de maîtriser ces lobes secondaires. A cet effet, l'invention a pour objet une antenne en réseau telle que définie par la revendication 1.
    L'invention a notamment pour principaux avantages qu'elle ne nécessite pas de réalisation particulière au niveau des circuits de traitement des signaux, qu'elle est simple à mettre en oeuvre et qu'elle est économique.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard des dessins annexés qui représentent :
    • la figure 1, une antenne en réseau ;
    • la figure 2, une illustration du problème des lobes secondaires dus au réseau d'antenne lacunaire ;
    • la figure 3, un sous-réseau d'une antenne selon l'invention caractérisé par son pas, cette dernière comportant des sous-réseau linéaires ;
    • les figures 4 et 5, la position de lobes d'émission ou de réception par rapport à l'orientation de sous-réseaux linéaires non lacunaires ;
    • la figure 6, la position des lobes pour un réseau lacunaire ;
    • la figure 7, un maillage représentant la position des lobes pour un réseau comportant deux sous-réseaux lacunaires ;
    • la figure 7, un maillage représentant la position des lobes pour un réseau comportant deux sous-réseaux lacunaires ;
    • les figures 8, 9a, 9b et 10 des exemples de maillage pour un réseau comportant trois sous-réseaux selon les pas de ces derniers ;
    • la figure 11, un maillage correspondant à deux ensembles de sous-réseaux dont les pas sont homothétique ;
    • la figure 12, un exemple de disposition des réseaux dans une antenne selon l'invention.
  • La figure 1 présente de façon schématique une antenne en réseau, par exemple celle d'un radar à émission synthétique et à formation de faisceau par le calcul, notamment par la disposition de ses éléments. Ce radar comporte un réseau de P modules d'émission élémentaires E1,... Ei, ...EP et un réseau de N modules de réception élémentaires R1, ...Rj, ...RN. Le réseau d'émission 1 est de préférence situé à l'intérieur du réseau de réception 2. L'émission est réalisée par l'ensemble des P éléments rayonnant E1,... Ei, ...EP qui émettent simultanément des signaux différents. La réception est assurée par l'ensemble des N récepteurs R1, ...Rj, ...RN qui reçoivent quasi simultanément les échos issus de l'émission.
    A la réception, le filtrage adapté aux échos issus d'une direction de visée donnée consiste par exemple à :
    • décomposer le signal reçu sur chaque récepteur selon les P composantes émises ;
    • appliquer un jeu de NxP phases (une par émetteur et par récepteur), jeu qui dépend de la direction de visée ;
    • additionner les NxP signaux ainsi déphasés.
    Il existe d'autres façons d'organiser le traitement, par exemple en traitant par sous-bandes, ou en appliquant des retards purs au lieu des déphasages.
  • La figure 2 illustre le problème des lobes secondaires dus au réseau d'antenne lacunaire. Le réseau de réception 2 est seul illustré sur cette figure. Une cible 20 renvoie vers les récepteurs élémentaires R1, ...Rj, ...RN les signaux émis par les émetteurs du réseau. Dans une direction donnée 21 concentrique par rapport au réseau 2, il y a une distribution des lobes de réception, c'est-à-dire le lobe principal 22 et ses lobes secondaires. Ces lobes sont obtenus par formation de faisceaux par le calcul et par compression d'impulsion, par des moyens de traitements reliés aux modules de réception élémentaires. Les lobes secondaires 23 sont répartis sur une distance cTe /2 de chaque côté du lobe principal avec un niveau important, et donc perturbateur, Te étant la durée d'une impulsion émise. A titre d'exemple si Te = 100µs, la distance cTe /2 est de l'ordre de 15 kilomètres. Dans les directions 21', 21" différentes de celles de la cible, donc tout autour du radar, aussi bien en site qu'en gisement, la lacunarité des réseaux émission et réception produit également des lobes secondaires sur la même extension distance.
  • La figure 3 illustre la position des modules de réception élémentaires R1, R2, ...Rk, Rk+1, ...RP dans un sous-réseaux de réception. Dans une antenne selon l'invention, les modules d'émission et/ou de réception élémentaires sont en effet répartis dans des sous-réseaux d'émission et/ou de réception. Les sous-réseaux sont linéaires, c'est-à-dire que les modules sont alignés. L'espacement entre deux modules consécutifs Rk, Rk+1 est multiple entier d'un vecteur commun P as
    Figure imgb0001
    propre à chaque sous-réseau, le multiple entier pouvant être égal à 1. Le vecteur P as
    Figure imgb0002
    sera par la suite appelé pas du sous-réseau. Chaque sous-réseau d'émission ou de réception est donc entièrement décrit par :
    • le pas du sous-réseau, c'est-à-dire par trois composantes d'espace ;
    • la position du centre C, ou d'un autre point du réseau, par trois coordonnées ;
    • le nombre P d'éléments R1, R2, ...Rk, Rk+1, ...RP du sous-réseau.
    Ces données permettent en effet de retrouver la position de chaque élément Rk du sous-réseau.
    Le pas peut être représenté par le vecteur unitaire V
    Figure imgb0003
    correspondant à l'orientation du sous-réseau et son facteur d'ambiguïté A de telle sorte que : P as = A λ / 2 V
    Figure imgb0004

    soit : A = P as λ / 2
    Figure imgb0005
  • Dans une antenne selon l'invention, les sous-réseaux tels que définis ci-dessus respectent des contraintes d'orientation et de pas entre éléments afin notamment de maîtriser la fonction d'ambiguïté spatiale, c'est-à-dire de permettre de connaître facilement l'emplacement et le niveau des lobes secondaires, obtenus par formation de faisceau par le calcul, lorsque l'on connaît le niveau et l'emplacement du lobe principal. Il est ainsi possible de faire en sorte que les lobes secondaires soient forts dans une direction donnée et faibles dans une autre. On peut alors par ailleurs en déduire une méthode de régulation de fausse alarme sur lobes secondaires de cibles fortes, et arriver à détecter des cibles faibles entre les lobes secondaires. Les pas des sous-réseaux d'une antenne selon l'invention ne sont donc pas quelconques. Le choix particulier de ces pas s'appuie notamment sur des considérations de géométries des faisceaux formés par les différents sous-réseaux.
  • On considère d'abord un seul sous-réseau SR, représenté par un segment de droite, focalisé dans une direction u comme l'illustre la figure 4, ce sous-réseau n'étant pas lacunaire. Puisque le sous-réseau est linéaire, son diagramme de réseau présente une symétrie de révolution autour de l'axe du sous-réseau 41. Son lobe principal présente donc un maximum non seulement dans la direction u mais aussi dans toutes les directions déduites de u par rotation 42 autour de l'axe 41 du réseau. On choisit de représenter toute direction par l'extrémité de son vecteur unitaire. Une direction, par exemple la direction u, est donc représentée par un point sur la sphère 45 de rayon 1. Si on projette ce point dans un plan 43 qui contient l'axe 41 du sous-réseau, le point projeté est alors dans un disque 44 de rayon 1. L'ensemble des directions déduites de u par rotation autour de l'axe 41 du sous-réseau décrit un cercle sur la sphère 45, et projeté sur le plan, un segment de droite 46 orthogonal à l'axe 41 du sous-réseau et limité par le disque 44.
  • La figure 5 représente maintenant un réseau constitué de N sous-réseaux, dont trois seulement SR1, SR2 et SR3 sont représentés. Le diagramme de réseau résulte de l'addition des N diagrammes de sous-réseaux. Lorsque les sous-réseaux focalisent dans la direction u précédente, le diagramme résultant est maximal dans cette direction u. Le diagramme de chaque sous-réseau étant de révolution autour de son axe, le diagramme du réseau présente des maxima locaux dans les directions déduites de u par rotation autour de l'axe de chaque sous-réseau. La figure 5 représente par des segments de droites 51, 52, 53 inscrits dans le disque 44 du plan 43 la projection de ces maxima locaux. Ces projections 51, 52, 53 donnent bien sûr la position de ces maxima par rapport au plan 43 qui peut être par exemple le sol. L'intersection 54 de tous ces segments donne la position du lobe principal, les maxima locaux 51, 52, 53 correspondant à des lobes secondaires élevés.
  • La figure 6 représente le cas d'un sous-réseau lacunaire SR'. Un sous-réseau est lacunaire lorsque ses éléments, modules élémentaires d'émission ou de réception, sont espacés de plus d'une demi-longueur d'onde, ce qui correspond au cas où le facteur d'ambiguïté A est supérieur à 1, soit A>1 pour cette valeur telle que définie par la relation (2). Un tel sous-réseau, focalisé dans la direction u, présente un maximum non seulement vers u, et les direction déduites par rotation, mais également dans d'autres directions. Ces directions sont représentées dans le disque unité par A segments de droites 61 espacés du vecteur H = 2 / A V ,
    Figure imgb0006
    V
    Figure imgb0007
    est le vecteur unitaire indiquant l'orientation du sous-réseau SR' et A est le facteur d'ambiguïté précédemment défini. Ces segments représentent la position du lobe principal du diagramme d'antenne du sous-réseau SR'. Le facteur d'ambiguïté A n'est pas obligatoirement un nombre entier. Si A n'est pas un nombre entier, le nombre de segments de droites est le nombre entier le plus proche de A, c'est-à-dire E(A) ou E(A+1) si E désigne la partie entière de A.
  • La figure 7 illustre une extension à deux sous-réseaux lacunaires qui montre un maillage des lobes secondaires. On considère donc un réseau comportant deux sous-réseaux lacunaires orientés selon des vecteurs unitaires V 1 ,
    Figure imgb0008
    V 2
    Figure imgb0009
    et de facteurs d'ambiguïté A1, A2. Les vecteurs V 1 ,
    Figure imgb0010
    V 2
    Figure imgb0011
    définissent respectivement les axes V1 et V2 des deux sous-réseaux. Dans le plan qui contient à la fois l'axe V1 et l'axe V2, les diagrammes des lobes principaux des sous-réseaux sont représentés par des segments de droites 71 séparés de H 1 = 2 / A 1 V 1
    Figure imgb0012
    pour le premier et par des segments de droites 72 séparés de H 2 = 2 / A 2 V 2
    Figure imgb0013
    pour le second. Le diagramme du réseau présente donc des maxima aux intersections entre ces segments 71, 72. Ces maxima sont des points 73 sur un maillage triangulaire. Un triangle élémentaire du maillage a comme hauteurs les vecteurs H 1 ,
    Figure imgb0014
    H 2 .
    Figure imgb0015
    Le vecteur H 3
    Figure imgb0016
    qui décrit la troisième hauteur est alors imposé, une fois connus les deux premiers. On peut alors montrer que les trois vecteurs vérifient la relation suivante : H 1 H 1 2 + H 2 H 2 2 + H 3 H 3 2 = 0
    Figure imgb0017
  • Comme H k = 2 / A k V k
    Figure imgb0018
    pour k = 1, 2, 3, il vient : A 1 / 2 V 1 + A 2 / 2 V 2 + A 3 / 2 V 3 = 0
    Figure imgb0019
  • En multipliant la relation (4) par la longueur d'onde λ, on obtient la relation suivante : pas 1 + pas 2 + pas 3 = 0
    Figure imgb0020

    où pas1 et pas2 représentent les vecteur pas des deux sous-réseaux et pas3, le vecteur pas d'un troisième sous-réseau fictif.
  • La figure 8 représente le diagramme des lobes principaux d'un réseau comportant un troisième sous-réseaux, dont l'orientation V 3
    Figure imgb0021
    et le facteur d'ambiguïté A3 sont tels que H 3 = 2 / A 3 V 3 .
    Figure imgb0022
    Le vecteur H 3
    Figure imgb0023
    définit la hauteur d'un triangle élémentaire du maillage provoqué par les deux premiers sous-réseaux. Le vecteur pas, pas3, du troisième sous-réseau vérifie donc la relation (5). Dans ce cas, l'association des trois sous-réseaux donne le même maillage triangulaire qu'avec les deux premiers sous-réseaux. Il en serait de même avec l'association de deux sous-réseaux quelconques parmi ces trois.
  • Les figure 9a et 9b présentent des exemples inverses où l'on dispose de deux sous-réseaux lacunaires et où le troisième ne respecte pas la condition H 3 = 2 / A 3 V 3 .
    Figure imgb0024
    Dans le cas de la figure 9a, le vecteur unitaire V 3 ʹ
    Figure imgb0025
    définissant la direction du troisième sous-réseau n'est pas orienté selon le vecteur H 3 ,
    Figure imgb0026
    et l'ambiguïté A3' est telle que les segments 91 qui décrivent le lobe principal ne passent pas par les points 92 du maillage défini par les deux premiers sous-réseaux. Le maillage est plus serré que dans le cas de la figure 8, et les points d'intersection 92, 99 ne sont plus disposés selon un maillage régulier. La levée d'ambiguïté sera donc plus difficile. Dans ce cas, seule la direction de visée u est commune aux lobes principaux des trois sous-réseaux. L'ambiguïté commune aux deux premiers sous-réseaux est levée par leur association avec le troisième.
    Dans le cas de la figure 9b, le vecteur V 3 ʹ
    Figure imgb0027
    est bien orienté selon la direction de H 3 ,
    Figure imgb0028
    mais la valeur (2/A3') n'est pas égale au module de H 3
    Figure imgb0029
    ni à l'un des ses multiples ou sous-multiples, ni même dans un rapport rationnel. Dans ce cas, les ambiguïtés 98 sont alignées sur un seul segment 91. L'ambiguïté commune aux deux premiers réseaux est partiellement levée avec le troisième.
    Si le rapport entre 2 / A 3 V 3
    Figure imgb0030
    et H 3
    Figure imgb0031
    est rationnel, c'est-à-dire que m 2 / A 3 V 3 = n H 3 ,
    Figure imgb0032
    où m et n sont des entiers premiers entre eux, alors les lobes principaux se situent sur des segments espacés de m 2 / A 3 V 3 = n H 3 .
    Figure imgb0033
    Comme cet espacement est plus grand que le précédent, l'ambiguïté est partiellement levée. Si l'espacement m(2/A3) est supérieur à deux, un seul segment se situe dans le cercle unité, et on est ramené au cas de la figure 9b. L'espacement m(2/A3)>2 revient à pas 3 m < λ / 2.
    Figure imgb0034
  • La structure d'une antenne selon l'invention exploite les considérations géométriques précédentes sur la répartition des lobes d'émission ou de réception. En particulier, le choix des pas de chacun des trois sous-réseaux lacunaires détermine l'ambiguïté spatiale du réseau formé de ces trois sous-réseaux. Il est ainsi possible de choisir des pas allant :
    • de l'ambiguïté minimale (aucune autre direction commune que la direction de pointage), ceci pouvant notamment être mis à profit pour mesurer une direction sans ambiguïté bien que les sous-réseaux soient lacunaires ;
    • à l'ambiguïté maximale (même directions communes à tous les couples de sous-réseaux), ceci pouvant notamment être mis à profit notamment pour maîtriser la répartition des lobes secondaires, il faut alors d'autres éléments pour lever l'ambiguïté, par exemple d'autres sous-réseaux ou d'autres fréquences, ou encore des informations externes sur la zone de provenance du signal.
    Pour obtenir l'ambiguïté maximale avec trois sous-réseaux, telle qu'illustrée par exemple par la figure 8, il faut lier les pas des sous-réseaux conformément à la relation (5), soit pas1 + pas2 + pas3 = 0. Avec ce lien entre les sous-réseaux, la fonction d'ambiguïté est périodique selon un motif triangulaire. Le triangle de périodicité est défini par ses hauteurs H k ,
    Figure imgb0035
    orientées dans la même direction que les sous-réseaux, et de longueur égale à 2/Ak, ce qui se traduit par H k = 2 / A k V k
    Figure imgb0036
    pour k = 1, 2, 3 et où V k
    Figure imgb0037
    est le vecteur unitaire indiquant la direction du kième sous-réseau.
  • La figure 10 montre un exemple de maillage correspondant à une ambiguïté maximale pour trois sous-réseaux lacunaires. Le point le plus gros 101 représente la direction de pointage. Les autres points représentent les directions associées liées à l'ambiguïté spatiale. Inversement, pour assurer l'ambiguïté minimale avec trois sous-réseaux lacunaire, il faudrait que le pas du troisième sous-réseau pas3 ne soit pas colinéaire avec pas1 + pas2, la somme vectorielle des pas des deux autres réseaux. Il est également possible d'aboutir à l'ambiguïté minimale en associant plus de trois sous-réseaux, par exemple en utilisant un réseau de six sous-réseaux dont trois vérifient la relation (5), les trois autres également, mais avec des valeurs de pas différentes, par modification de l'orientation et/ou du module des pas.
    On peut revenir à l'exemple d'un réseau formé de trois sous-réseaux où la relation (5) est vérifiée. Pour chaque sous-réseau, la focalisation dans une direction de visée donnée 101 est réalisée par un filtre spatial. Donc toute direction de visée est associée à trois filtres. Inversement, trois filtres donnés correspondent à plusieurs directions 102, 103, déduites de la première 101, dans le plan des cosinus directeurs, par une translation définie par le vecteur n 1 H 1 + n 2 H 2 + n 3 H 3 ,
    Figure imgb0038
    où n1, n2, n3 sont des entiers.
  • La figure 11 illustre le cas d'un réseau à six sous-réseaux où la relation (5) est vérifiée séparément sur deux ensembles de trois sous-réseaux, avec des pas homothétiques dans un rapport rationnel P/Q, P et Q étant des entiers premiers entre eux et P étant inférieur à Q. Il en résulte que P H k = Q H k ʹ ,
    Figure imgb0039
    pour k = 1, 2, 3, H k
    Figure imgb0040
    représentant les hauteurs correspondantes aux trois sous-réseaux du premier ensemble et H k ʹ
    Figure imgb0041
    représentant les hauteurs correspondantes au trois sous-réseaux du deuxième ensemble. La maille d'ambiguïté spatiale du premier sous-réseau est alors dilatée d'un facteur P/Q par rapport au deuxième sous-réseau. Chaque direction de l'espace est définie, modulo cette ambiguïté, par six filtres spatiaux. La figure 11 illustre un cas particulier où P=2 et Q=3. Le triangle le plus grand 110 représente l'ambiguïté de l'ensemble. Le triangle intermédiaire 111, ayant des côtés deux fois plus petits que le précédent, représente l'ambiguïté du premier ensemble de trois sous-réseaux. Le triangle le plus petit 112, ayant des côtés trois fois plus petits, représente l'ambiguïté du deuxième ensemble de trois sous-réseaux. On voit donc qu'en choisissant le rapport P/Q, on peut aboutir à un triangle d'ambiguïté 110 plus grand, d'un rapport P2 par rapport au triangle intermédiaire 111. Cela réduit d'autant la levée d'ambiguïté à effectuer après les traitements à ces sous-réseaux. C'est en jouant notamment sur la position des centres des sous-réseaux que l'on fait en sorte que l'ambiguïté spatiale puisse être levée lors de ces traitements. La position des centres des sous-réseaux définit également la largeur des faisceaux finaux.
  • La figure 12 illustre un exemple de position des sous-réseaux à l'intérieur d'un réseau, qui peut être d'émission ou de réception. Ce réseau comporte un premier ensemble de trois sous-réseaux SR1, SR2, SR3 de pas respectifs pas1, pas2, pas3, et un deuxième ensemble de trois sous-réseaux SR'1, SR'2, SR'3 de pas respectifs pas'1, pas'2, pas'3. Les pas de chacun des ensembles vérifient la relation (5). Le réseau ainsi réalisé forme par exemple un hexagone.
  • D'autres formes de réseaux sont bien sûr possibles. Une antenne selon l'invention comporte au moins trois sous-réseaux et on joue sur les pas de ces derniers. Ainsi, dans un premier mode de réalisation possible, le pas des sous-réseaux ne prend que trois valeurs pas1, pas2, pas3 qui vérifient la relation vectorielle (5). Il est ainsi possible de réaliser un ensemble de trois sous-réseaux disposés par exemple en triangle ou en Y. Dans un autre mode de réalisation, le pas des sous-réseaux prend des valeurs parmi plusieurs triplets liés par la relation (5). C'est par exemple le cas de l'antenne illustrée par la figure 12 où le pas prend les valeurs parmi les deux triplets de vecteurs (pas1, pas2, pas3) et (pas'1, pas'2, pas'3). Dans un autre exemple de réalisation, les pas des sous-réseaux d'émission prennent des valeurs parmi un premier triplet (pasE1, pasE2, pasE3) et les pas sous-réseaux de réception parmi un autre triplet (pasR1, pasR2, pasR3). Il est aussi possible que les pas des sous-réseaux d'émission prennent des valeurs parmi deux triplets (pas1, pas2, pas3) et (pas'1, pas'2, pas'3) et les pas des sous-réseaux de réception parmi ces mêmes triplets. Les triplets peuvent avoir des pas colinéaires, c'est-à-dire que pas1 = a1pas'1, pas2 = a2pas'2, pas3 = a3pas'3. Dans ce cas, le rapport entre les pas de sous-ensembles de sous-réseaux peut être un rapport rationnel pour donner un maillage du type de la figure 11, c'est-à-dire que pas1/m1 = pas'1/m'1, pas2/m2 = pas'2/m'2, pas3/m3 = pas'3/m'3, où les coefficient mk et m'k sont des entiers premiers entre eux. La disposition des sous-réseaux peut aussi correspondre au maillage des figures 9a ou 9b ne permettant pas de lever l'ambiguïté spatiale, mais l'association des sous-ensembles permet de la lever. En particulier le pas des sous-ensembles de réseaux vérifient non seulement pas1/m1 = pas'1/m'1, pas2/m2 = pas'2/m'2, pas3/m3 = pas'3/m'3 mais de plus pask m k
    Figure imgb0042
    pour k = 1, 2, 3 alors que |pask| > λ/2.
  • L'invention s'applique pour des antennes réparties en réseau, pour l'émission et/ou la réception. Elle a été décrite pour une fonction radar. Elle peut s'appliquer à d'autres domaines que celui de l'électromagnétisme. Elle peut notamment s'appliquer pour des réseaux acoustiques ou optiques. Avantageusement, l'invention ne nécessite pas de réalisation particulière au niveau du traitement des signaux. Elle impose ses contrainte sur la structure géométrique des réseaux. Il va donc de soi que l'invention est simple à mettre en oeuvre et qu'elle est économique.

Claims (6)

  1. Antenne en réseau, comportant au moins trois sous-réseaux linéaires, l'espacement entre éléments successifs d'un même sous-réseau étant un multiple entier d'un vecteur commun formant le pas du sous-réseau, le pas des sous-réseaux prenant des valeurs parmi plusieurs triplets de vecteurs [pas1, pas2, pas3] vérifiant : pas 1 + pas 2 + pas 3 = 0
    Figure imgb0043

    caractérisé en ce que, les pas des sous-réseaux d'émission et/ou de réception prenant des valeurs parmi au moins deux triplets [pas1, pas2, pas3] et [pas'1, pas'2, pas'3], les triplets ayant des pas colinéaires de telle sorte que pas1 = appas'1, pas2 = a2pas'2, pas3 = a3pas'3, le rapport entre les pas des ensembles de sous-réseaux est un rapport rationnel, de telle sorte que pas1/m1 = pas'1/m'1, pas2/m2 = pas'2/m'2, pas3/m3 = pas'3/m'3, où les coefficient mk et m'k; k = 1, 2, 3 sont des entiers premiers entre eux.
  2. Antenne selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sous-réseaux sont lacunaires.
  3. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les pas vérifient pask m k < λ / 2 ;
    Figure imgb0044
    k = 1, 2, 3) pour au moins l'un des sous-ensembles de réseaux, λ étant la longueur d'onde émise.
  4. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les pas des sous-réseaux de réception prennent des valeur parmi ces mêmes triplets [pas1, pas2, pas3] et [pas'1, pas'2, pas'3].
  5. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'espacement entre les éléments successif d'un sous-réseau est le pas.
  6. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle émet et reçoit des ondes pour un radar à formation de faisceau par le calcul.
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