EP2401627A1 - Procédé de contrôle de la loi d'éclairement d'une antenne radar et dispositif correspondant - Google Patents
Procédé de contrôle de la loi d'éclairement d'une antenne radar et dispositif correspondantInfo
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- EP2401627A1 EP2401627A1 EP10700118A EP10700118A EP2401627A1 EP 2401627 A1 EP2401627 A1 EP 2401627A1 EP 10700118 A EP10700118 A EP 10700118A EP 10700118 A EP10700118 A EP 10700118A EP 2401627 A1 EP2401627 A1 EP 2401627A1
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- H01Q3/2605—Array of radiating elements provided with a feedback control over the element weights, e.g. adaptive arrays
Definitions
- the invention relates to the control of the illumination law associated with a radar antenna, in particular in the presence of an obstacle in the near field of the beam of the antenna.
- Solutions are known to treat parasitic reflections from the far-off environment. They generally comprise an adaptation of the antenna diagram, this diagram corresponding to the Fourier transform of the antenna illumination law. However, these solutions are not at all suitable for dealing with obstacles located in the near field of the antenna beam. When an obstacle occurs in the beam field of a radar antenna, parasitic secondary lobes of radiation form, especially when the obstacle is close to the radar antenna.
- the sidelobes can be intense and oriented in directions substantially distant from the direction that is sought to aim, and thereby significantly disrupt the function of the radar.
- This phenomenon occurs for example in the case of a radar antenna attached to the mast of a ship.
- the mast is a permanent and irremovable obstacle for this radar antenna, disrupting the signal received by the latter.
- Another case is that of a surveillance radar located on a ventral side of an aircraft, having in its field either auxiliary antennas for example communication or landing gear elements.
- the object of the invention is in particular to solve the problems mentioned above, in particular in the case of active type radar antennas. More generally, the invention applies to any antenna that has a gain control and / or phase, depending on the position on the surface on transmission or reception or both. It should be noted that conventionally a monostatic radar uses are transmitting antenna and receiving. For this purpose, according to one aspect of the invention, there is provided a method for controlling the illumination law of a radar antenna gain and / or adjustable phase, capable of transmitting and receiving a radar signal.
- the method comprises in a dynamic manner: a knowledge of the position of a localized obstacle in the near field of the radar antenna beam as a function of the direction of aiming of said beam,
- the lighting laws are modified accordingly, the radar antenna being of type to distributed amplification.
- the modification of the illumination laws makes it possible to reduce or even eliminate the secondary lobes resulting from the obstacle located in the near field of the antenna. More precisely, and schematically, the implementation is carried out: on the one hand so that the energy emitted towards the obstacle is as low as possible, or even zero, and on the other hand, so that the law of the illumination is such that the resulting beam (in emission / reception product) has a direction and controlled secondary lobes, in such directions that these lobes do not disturb the operation of the radar,
- the implementation of the illumination laws may comprise a weighting of the gain of the radar signal emitted as a function of the position of the obstacle determined.
- the implementation of the illumination laws may comprise a weighting of the radar module phase emitted as a function of the position of the determined obstacle. It is noted that during the implementation of the laws of illumination in transmission and reception, the phase can be adjusted (by weighting for example) alone or simultaneously with the gain or vice versa.
- the implementation of the illumination laws may comprise the activation and / or deactivation of illumination modules of said radar antenna, said modification then comprising a deactivation of the illumination modules generating the antenna portion interacting with said obstacle.
- said antenna may be of the "active" type.
- said antenna may be of the "passive” type incorporating illumination modules controlled in gain and / or in phase.
- said antenna may be of the electronic scanning type, such as PESA type antennas ("Passive Electronic Scanning” in English or AESA ("Active Electronic Scanning" in English).
- PESA Electronic Scanning
- AESA Active Electronic Scanning
- a device for controlling the illumination law of a distributed amplification type radar antenna According to a general characteristic of this other aspect, the device is able to implement the method as described above.
- FIG. 1 illustrates a mode of implementation of a method for controlling the illumination law of a radar antenna according to the invention
- FIG. 2 represents an example of a law of illumination of a radar antenna according to the invention.
- FIG. This figure illustrates an example of a mode of implementation of a control method according to the invention.
- one for example a technician able to manipulate the radar antenna
- This obstacle is located in the field near the antenna.
- This concept of "near field”, well known to those skilled in the art refers to the area around the antenna, which is delimited by a boundary located at a distance of (0.5) d 2 / ⁇ of the latter.
- d is the largest dimension of the antenna and ⁇ is the wavelength of the signal implemented by the antenna.
- This obstacle can be the mast of a ship in the case of a radar attached to the end of it.
- the obstacle may be another antenna or landing gear element of an aircraft for a surveillance radar.
- the antenna beam sweeps the space, it regularly meets the mast to which it is attached.
- this example of use is not limiting.
- the law of illumination of said radar antenna is calculated so as to reduce the interaction between the beam of the radar antenna and the determined obstacle, step 20.
- the interaction of the antenna beam with an obstacle promotes the appearance of secondary lobes of radiation by diffraction effect. These disturb the reception of echoes returned by the environment and make it more difficult to interpret radar images.
- the disturbances are all the more important as the obstacle is close to the radar antenna.
- the law of illumination of the antenna 30 is dynamically implemented.
- This dynamic implementation can be done in many ways.
- the gain and / or phase of the signal emitted by the radar antenna can be controlled so as to obtain the desired illumination law.
- gain-type and / or adjustable-phase radar antennas such as electronic scanning antennas. This is the case in particular, so-called active electronic scanning antennas.
- an active network antenna comprises in its architecture a distributed amplification and reception, that is to say that radiofrequency amplification elements are positioned between the point of entry of the network antenna and the elements. radiating constituting said network antenna.
- radiofrequency amplification elements are generally modules that can be used both in reception and in transmission. They sometimes include phase shift elements to point the beam emitted by the network antenna in directions other than normal to the network antenna.
- the antenna used may also be a passive scanning electron type antenna.
- the latter then has phase shifters and / or attenuators controlled upstream of its radiating elements.
- FIG. 2 illustrates a modification of the law of illumination of a radar antenna due to the presence of an obstacle.
- the reference ANT designates an antenna, which is in this example of the active type. More precisely, the rectangle ANT designates a projection of the active part of the antenna on the phase plane of the waves delivered at the output of this antenna ANT.
- CHPA The field of the beam of the antenna is referenced CHPA is here seen from above (the law of illumination is not modified yet).
- the radiated energy is in the form of quasi-plane waves and is contained in a cylinder.
- An OBT obstacle is located in the CHPA field of the ANT antenna.
- the gain has been weighted with respect to the gain of the signal transmitted by the radar antenna before modification.
- the gain applied to the signal transmitted without modification is equal to "1".
- the weighting used can be a Gauss weighting.
- the zone Z1 where the gain g of the signal emitted according to the illumination law LEI is greater than 1 the curve referenced LEI passes above the curve referenced LEA
- the zone Z2 where the gain g is equal to "1" the curve referenced LEI cuts the curve referenced LEA
- the zone Z3 where the gain g of the signal emitted according to the illumination law LEI, is less than 1 the LEI referenced curve goes below the curve referenced LEA
- the Z4 zone where the gain g is zero the curve referenced LEI is canceled).
- This last zone Z4 is obtained by deactivating the radiating elements of the antenna ANT.
- the deactivated radiating elements are symbolized by a gray zone DES.
- the power of the transmitted signal is greatly reduced or canceled in the direction of the obstacle OBT, thus limiting the interference between the two elements.
- the zones Z1, Z2 and Z3 define the new field of the beam of the antenna, the latter avoiding the obstacle OBT. It is noted that the modification of the illumination law is independent of the scanning mode of the antenna used (mechanical, electronic or hybrid).
- Variations can be easily defined by the use of gain and phase control capability on the antenna surface both at transmit and receive.
- This control can for example also be done according to the following principles:
Landscapes
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
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Abstract
L'invention vise un procédé de contrôle de la loi d'éclairement d'une antenne radar à gain et/ou phase ajustable, apte à émettre et à recevoir un signal radar. Il comprend de façon dynamique : une connaissance (10) de la position d'un obstacle localisé dans le champ proche du faisceau de l'antenne radar en fonction de la direction de la visée dudit faisceau, un calcul (20) des lois d'éclairement à l'émission et à la réception de ladite antenne radar de façon à ajuster la direction de la visée du faisceau radar tout en minimisant l'interaction et/ou ses effets entre le faisceau de l'antenne radar et l'obstacle connu, une mise en oeuvre des (30) lois d'éclairement à l'émission et à la réception de l'antenne radar en fonction du calcul effectué.
Description
Procédé de contrôle de la loi d'éclairement d'une antenne radar et dispositif correspondant.
L'invention porte sur le contrôle de la loi d'éclairement associée à une antenne radar, en particulier en présence d'un obstacle dans le champ proche du faisceau de l'antenne.
Des solutions sont connues pour traiter les réflexions parasites issues de l'environnement lointain. Elles comprennent généralement une adaptation du diagramme de l'antenne, ce diagramme correspondant à la transformée de Fourier de la loi d'éclairement de l'antenne. Toutefois, ces solutions ne sont pas du tout adaptées pour traiter le cas des obstacles situés dans le champ proche du faisceau de l'antenne. Lorsqu'un obstacle se présente dans le champ du faisceau d'une antenne radar, des lobes secondaires parasites de rayonnement se forment, en particulier lorsque l'obstacle est proche de l'antenne radar.
Ces derniers sont dus à des effets de diffraction autour de l'obstacle, ou encore à des effets de réflexion du signal par l'obstacle lui- même. Les lobes secondaires peuvent être intenses et orientés dans des directions notablement éloignées de la direction que l'on cherche à viser, et de ce fait perturber notablement la fonction du radar.
Ce phénomène se rencontre par exemple dans le cas d'une antenne radar fixée au mat d'un navire. Le mat constitue un obstacle permanent et inamovible pour cette antenne radar, perturbant le signal reçu par cette dernière.
Un autre cas est celui d'un radar de surveillance situé sur une face ventrale d'un aéronef, ayant dans son champ soit des antennes auxiliaires par exemple de communication ou encore des éléments de train d'atterrissage.
Les effets néfastes d'un obstacle se font d'autant plus ressentir que celui-ci est proche de l'antenne.
Les solutions existantes consistent :
soit à interrompre complètement le fonctionnement de l'antenne radar au voisinage d'un obstacle, soit à fortement désensibiliser le radar, de façon à éviter l'apparition des phénomènes précités. Ces solutions ont pour désavantage la perte de la fonctionnalité du radar dans les zones concernées.
L'invention a notamment pour but de résoudre les problèmes évoqués ci-dessus, en particulier dans le cas des antennes radar de type actif. Plus généralement, l'invention s'applique à toute antenne qui dispose d'un contrôle de gain et/ou de phase, en fonction de la position sur la surface à l'émission ou à la réception ou les deux. Il convient de noter que classiquement un radar monostatique utilise sont antenne à l'émission et à la réception. A cet effet, selon un aspect de l'invention, il est proposé un procédé de contrôle de la loi d'éclairement d'une antenne radar à gain et/ou phase ajustable, apte à émettre et à recevoir un signal radar.
Selon une caractéristique générale de cet aspect, le procédé comprend de façon dynamique : - une connaissance de la position d'un obstacle localisé dans le champ proche du faisceau de l'antenne radar en fonction de la direction de la visée dudit faisceau,
- un calcul des lois d'éclairement à l'émission et à la réception de ladite antenne radar de façon à ajuster la direction de la visée du faisceau radar tout en minimisant l'interaction et/ou ses effets, entre le faisceau de l'antenne radar et l'obstacle connu,
- une mise en œuvre des lois d'éclairement à l'émission et à la réception de l'antenne radar en fonction du calcul effectué.
En d'autres termes, pour une position donnée du faisceau de l'antenne radar, on connaît la position de l'obstacle gênant. On modifie en conséquence les lois d'éclairement, l'antenne radar étant de type à
amplification distribuée. La modification des lois d'éclairement permet de diminuer voire de supprimer les lobes secondaires résultant de l'obstacle localisé dans le champ proche de l'antenne. Plus précisément, et de façon schématique, la mise en œuvre est effectuée : - d'une part pour que l'énergie émise vers l'obstacle soit la plus faible possible, voire nulle, et d'autre part, pour que la loi d'éclairement soit telle que le faisceau résultant (en produit émission/réception) ait une direction et des lobes secondaires contrôlés, dans des directions telles que ces lobes ne perturbent pas le fonctionnement du radar,
A toute fins utiles, il est rappelé que la notion de loi d'éclairement est à considérer sur la surface de l'antenne, dont suivant deux axes.
Par exemple, la mise en œuvre des lois d'éclairement peut comprendre une pondération du gain du signal radar émis en fonction de la position de l'obstacle déterminé.
Par exemple, la mise en œuvre des lois d'éclairement peut comprendre une pondération de la phase du module radar émis en fonction de la position de l'obstacle déterminé. On note que lors de la mise en œuvre des lois d'éclairement en émission et en réception, la phase peut être ajustée (par pondération par exemple) seule ou simultanément avec le gain ou vice versa.
Les techniques de pondération pour obtenir un diagramme donné sont réputées connues de l'homme de du métier. Selon un mode de mise en œuvre, la mise en œuvre des lois d'éclairement peut comprendre l'activation et/ou la désactivation de modules d'éclairement de ladite antenne radar, ladite modification comprenant alors une désactivation des modules d'éclairement générant la portion d'antenne entrant en interaction avec ledit obstacle. Par exemple, ladite antenne peut être de type « actif ».
En variante, ladite antenne peut être de type « passif » incorporant des modules d'éclairement commandés en gain et/ou en phase.
Par exemple, ladite antenne peut être de type à balayage électronique, comme les antennes de type PESA (« Passive Electronic Scanning » en langue anglaise ou AESA (« Active Electronic Scanning » en langue anglaise).
Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un dispositif de contrôle de la loi d'éclairement d'une antenne radar de type à amplification distribuée. Selon une caractéristique générale de cet autre aspect, le dispositif est apte à mettre en œuvre le procédé tel que décrit ci-dessus.
Selon un autre aspect, il est proposé une utilisation d'un dispositif de contrôle tel que mentionné ci-dessus, au sein d'un véhicule, en particulier un aéronef ou un bateau. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée et d'un mode de mise en œuvre de l'invention, nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 illustre un mode de mise en œuvre d'un procédé de contrôle de la loi d'éclairement d'une antenne radar selon l'invention, et - la figure 2 représente un exemple d'une loi d'éclairement d'une antenne radar selon l'invention.
On se réfère tout d'abord à la figure 1 . Cette figure illustre un exemple d'un mode de mise en œuvre d'un procédé de contrôle selon l'invention. Tout d'abord au cours d'une première étape 10, on (par exemple un technicien apte à manipuler l'antenne radar) reconnaît la position d'un obstacle gênant. Cet obstacle est situé dans le champ proche de l'antenne. Cette notion de « champ proche », bien connue de l'homme du métier désigne la zone autour de l'antenne, qui est délimitée par une frontière située à une distance de (0,5)d2/λ de cette dernière.
d est la plus grande dimension de l'antenne et λ est la longueur d'onde du signal mis en œuvre par l'antenne.
Cet obstacle peut être le mat d'un navire dans le cas d'un radar fixé à l'extrémité de celui-ci. Dans une autre utilisation, l'obstacle peut être une autre antenne ou un élément de train d'atterrissage d'un aéronef pour un radar de surveillance.
Lorsque le faisceau d'antenne balaye l'espace, il rencontre régulièrement le mât auquel il est fixé. Bien entendu, cet exemple d'utilisation n'est pas limitatif.
Une fois l'obstacle et sa position connue, on calcule la loi d'éclairement de ladite antenne radar de façon à diminuer l'interaction entre le faisceau de l'antenne radar et l'obstacle déterminé, étape 20.
Comme indiqué ci-avant, l'interaction du faisceau d'antenne avec un obstacle favorise l'apparition de lobes secondaires de rayonnement par effet de diffraction. Ces derniers perturbent la réception des échos renvoyés par l'environnement et rendent plus difficile l'interprétation des images radar. Les perturbations sont d'autant plus importantes que l'obstacle est proche de l'antenne radar. En d'autres termes, on détermine les équations régissant l'allure de la courbe représentative de la loi d'éclairement. Par exemple, il est possible de modifier le gain du signal émis par l'antenne pour que la puissance de ce signal soit très affaiblie dans la direction de l'obstacle.
Une fois le calcul effectué, on met en œuvre dynamiquement la loi d'éclairement de l'antenne, 30.
Cette mise en œuvre dynamique peut se faire de plusieurs façons. Par exemple, on peut contrôler le gain et/ou la phase du signal émis par l'antenne radar de façon à obtenir la loi d'éclairement souhaitée.
Cela est rendu possible de par l'utilisation d'antenne radar de type à gain et/ou phase ajustable, telles les antennes à balayage électronique.
Cela est le cas en particulier, des antennes dites à balayage électronique actives.
En effet, une antenne réseau active comporte dans son architecture une amplification ainsi qu'une réception distribuées, c'est-à-dire que des éléments d'amplification radiofréquences sont positionnés entre le point d'entrée de l'antenne réseau et les éléments rayonnants constituant ladite antenne réseau. Ces éléments d'amplification (ou amplificateurs) sont en général des modules pouvant être utilisés à la fois en réception et en émission. Ils comprennent parfois des éléments de déphasage pour pointer le faisceau émis par l'antenne réseau dans des directions autres que la normale à l'antenne réseau.
L'antenne utilisée peut également être une antenne de type à balayage électronique passif.
Cette dernière comporte alors des déphaseurs et/ou des atténuateurs commandés en amont de ses éléments rayonnants.
On se réfère à présent à la figure 2 qui illustre une modification de la loi d'éclairement d'une antenne radar du fait de la présence d'un obstacle.
La référence ANT désigne une antenne, qui est dans cet exemple de type active. Plus exactement, le rectangle ANT désigne une projection de la partie active de l'antenne sur le plan de phase des ondes délivrées en sortie de cette antenne ANT.
Le champ du faisceau de l'antenne est référencé CHPA est ici vu du dessus (la loi d'éclairement n'est pas encore modifiée). Dans la zone dite de « champ proche » de l'antenne ANT, l'énergie rayonnée se présente sous la forme d'ondes quasi-planes et sont contenues dans un cylindre.
Un obstacle OBT est situé dans le champ CHPA de l'antenne ANT.
Sans modification de la loi d'éclairement selon l'invention, celle-ci a l'allure de la courbe tiretée LEA. Elle est associée au champ CHPA et ne permet pas d'éviter l'obstacle OBT.
Une fois la loi d'éclairement modifiée de manière à éviter les interférences avec l'obstacle OBT, celle-ci à l'allure de la courbe pointillée référencée LEI. Cette courbe est associée à un nouveau champ CHPI.
Le gain à été pondéré par rapport au gain du signal émis par l'antenne radar avant modification. Le gain appliqué au signal émis sans modification est égal à « 1 ». La pondération utilisée peut être une pondération de Gauss.
On dénombre quatre zones distinctes : la zone Z1 où le gain g du signal émis selon la loi d'éclairement LEI, est supérieur à 1 (la courbe référencée LEI passe au-dessus de la courbe référencée LEA) ; la zone Z2 où le gain g est égal à « 1 » (la courbe référencée LEI coupe la courbe référencée LEA), - la zone Z3 où le gain g du signal émis selon la loi d'éclairement LEI, est inférieur à 1 (la courbe référencée LEI passe au-dessous de la courbe référencée LEA), et la zone Z4 où le gain g est nul (la courbe référencée LEI s'annule).
Cette dernière zone Z4 est obtenue en désactivant les éléments rayonnants de l'antenne ANT. Les éléments rayonnants désactivés sont symbolisés par une zone grisée DES.
On note ainsi que la puissance du signal émis est fortement diminuée voire annulée dans la direction de l'obstacle OBT, limitant ainsi les interférences entre les deux éléments.
Il en va de même en réception.
Les zones Z1 , Z2 et Z3 définissent le nouveau champ du faisceau de l'antenne, celui-ci évitant l'obstacle OBT.
On note que la modification de la loi d'éclairement est indépendante du mode de balayage de l'antenne utilisé (mécanique, électronique ou hybride).
Bien entendu, les modes de mise en œuvre décrits ci-avant ne sont absolument pas limitatifs.
Des variantes peuvent être facilement définies de par l'utilisation de l'aptitude au contrôle de gain et de phase sur la surface de l'antenne aussi bien à l'émission qu'à la réception.
Ce contrôle peut par exemple également être fait selon les principes suivants :
- ne pas recevoir d'énergie de l'obstacle (lorsque l'antenne fonctionne en réception),
- en émission, rayonner l'énergie destinée à l'obstacle, mais grâce au contrôle de phase, l'envoyer dans une direction telle que le fonctionnement radar n'en soit pas affecté (par exemple vers le sol pour un radar en position ventrale d'un aéronef, ou bien encore dans une direction telle que le gain des éléments rayonnants pour cette direction soit faible), et
- de même en réception, rayonner l'énergie en provenance de l'obstacle, dans une direction choisie. Bien entendu, la maitrise du diagramme d'une ouverture rayonnante par contrôle de ses lois d'éclairement en gain et en phase est connue de l'homme de du métier.
Claims
1. Procédé de contrôle de la loi d'éclairement d'une antenne radar à gain et/ou phase ajustable, apte à émettre et à recevoir un signal radar, caractérisé par le fait qu'il comprend de façon dynamique :
- une connaissance (10) de la position d'un obstacle localisé dans le champ proche du faisceau de l'antenne radar en fonction de la direction de la visée dudit faisceau, - un calcul (20) des lois d'éclairement à l'émission et à la réception de ladite antenne radar de façon à ajuster la direction de la visée du faisceau radar tout en minimisant l'interaction et/ou ses effets entre le faisceau de l'antenne radar et l'obstacle connu,
- une mise en œuvre des (30) lois d'éclairement à l'émission et à la réception de l'antenne radar en fonction du calcul effectué.
2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la mise en œuvre (30) des lois d'éclairement comprend une pondération du gain du signal radar émis en fonction de la position de l'obstacle déterminé.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la mise en œuvre (30) des lois d'éclairement comprend une pondération de la phase du module radar émis en fonction de la position de l'obstacle déterminé.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la mise en œuvre des lois d'éclairement comprend l'activation et/ou la désactivation de modules d'éclairement de ladite antenne radar, ladite modification comprenant alors une désactivation des modules d'éclairement (DES) générant la portion d'antenne entrant en interaction avec ledit obstacle.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite antenne est de type « actif ».
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite antenne est de type « passif » incorporant des modules d'éclairement commandés en gain et/ou en phase.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite antenne est de type à balayage électronique.
8. Dispositif de contrôle de la loi d'éclairement d'une antenne radar de type à amplification distribuée, caractérisé par le fait qu'il est apte à mettre en œuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes.
9. Utilisation d'un dispositif de contrôle selon la revendication précédente, au sein d'un véhicule, en particulier un aéronef ou un bateau.
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