FR2596163A1 - Procede et appareil pour la discrimination a distance de cibles - Google Patents

Procede et appareil pour la discrimination a distance de cibles Download PDF

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Abstract

LES SIGNAUX RETRODIFFUSES EN REPONSE A UN SIGNAL D'EMISSION CONNU SONT CAPTES PAR UN HYDROPHONE 20 SUIVI D'UN AMPLIFICATEUR 21 ET D'UN FILTRE ADAPTE 22. UN DISPOSITIF 3 PERMET D'EN EFFECTUER L'AUTOCORRELATION. DES MEMOIRES 41 ET UN SOMMATEUR 42 FOURNISSENTALORS UNE FONCTION D'AUTOCORRELATION MOYENNE, POUR LAQUELLE EST DETERMINEE 5 UNE DROITE DE REGRESSION. DES PARAMETRES TIRES DE CETTE DROITE DE REGRESSION SONT COMPARES A UN SEUIL 6 QUI PERMET DE DISCRIMINER LES CIBLES VRAIES DES LEURRES.

Description

Procédé et appareil pour la discrimination à distance de cibles.
L'invention concerne la discrimination à distance entre des cibles et des leurres, et s'applique tout particuliè rentrent, mais non exclusivement, à la reconnaissance de cibles sous-marines.
La détection à distance d'une cible se fait à l'aide d'ondes acoustiques ou électromagnétiques, en comparant les signaux émis en direction de la cible avec les signaux rétrodiffusés.
Pour éviter d'être identifiée et localisée, une cible va, la plupart du temps, mettre en oeuvre un leurre, qui peut être un leurre à bruit, ou bien un répondeur, que l'on appelle leurre à recopie, car il est capable de réémettre un signal semblable à celui qu'il reçoit.
Pour reconnaître la cible, il est bien évidemment nécessaire de pouvoir la différencier des leurres.
L'invention s'applique particulièrement au cas d'une torpille, autoguidée par sonar, qui attaque un sous-marin.
Celui-ci peut s'en protéger par la mise en oeuvre d'un leurre à bruit ou d'un leurre à recopie.
Le leurre à recopie est un dispositif éjecté par le sousmarin attaqué, comprenant un récepteur sonar suivi d'une mémoire permettant de stocker le signal émis par la torpille. Le leurre réémet ce signal après l'avoir convenablement retardé et décalé en fréquence. Il peut ainsi simuler la présence d'une cible fictive, vers laquelle la torpille pourra se diriger. Les décalages de temps et de fréquence permettent respectivement de simuler, pour cette cible fictive, une position et une vitesse différentes de la réalité.
Le leurre à bruit cherche à atteindre le memebut, mais en se contentant d'émettre un bruit de même durée que l'écho réfléchi par la cible et situé dans la bande de fréquence de fonctionnement de l'autodirecteur de la torpille.
La présente invention a essentiellement pour but de permettre de distinguer de tels leurres de la cible vraie.
L'invention a également pour but de permettre cette dis- - tinction même si un leurre recopie réémet plusieurs copies du signal torpille, chacune étant retardée et-amplifiée différemment. Par ce moyen, on cherche à faire émettre au leurre des signaux se rapprochant plus de la "signature sonar" réelle des sous-marins.
Le procédé proposé selon l'invention est du type comprenant a) l'émission d'une onde en direction de-la cible, en particulier d'une onde acoustique ou électromagnétique, reproduisant un signal déterminé, b) la réception des ondes rétrodif fusées, dans un domaine temps-fréquence délimité en fonction du signal d'émission, c) la séparation des signaux'reçus, par corrélation avec le signal d'émission, en-un ou plusieurs signaux d'échos, représentatifs de cibles vraies ou de leurres, et d) le traitement de ces signaux d'échos pour distinguer les cibles vraies des leurres.
Selon une définition générale de l'invention, ce traitement comprend dl) la détermination de la fonction d'autocorrélation de chacun des signaux d'échos, sur un domaine de temps choisi, d2) la détermination de la fonction d'autocorrélation moyenne, sur un nombre déterminé d'échos successifs, d3) la détermination de la droite de régression d'une partie choisie de cette fonction d'autocorrélation moyenne, et d4) la discrimination des cibles vraies et des leurres en fonction de paramètres liés à cette régression, dont, au moins, l'écart entre la fonction d'autocorrélation moyenne et sa droite de régression.
En pratique, la fonction d'autocorrélation moyenne ainsi déterminée à l'étape d2) est normée, de préférence par rapport à son premier échantillon. En effet; la fonction d'autocorrélation et la fonction d'autocorrélation moyenne sont avantageusement déterminées par échantillons, en principe régulièrement espacés dans le temps.
Selon un autre aspect de l'invention, l'étape d4) comprend l'élaboration d'une grandeur de test tenant compte dudit écart entre la fonction d'autocorrélation moyenne et sa droite de régression, ainsi que de la pente et/ou de l'ordonnée à l'origine de la droite de régression. C'est alors cette grandeur de test qui est comparée à au moins un seuil.
Selon un autre aspect de- l'invention, le seuil est'différent suivant qu'il s'agit d'un leurre à recopie ou d'un leurre à bruit. Bien entendu, le procédé peut être mis en oeuvre en même temps pour les deux types de leurres, c'est-à-dire avec les deux seuils.
La partie choisie de la fonction d'autocorrélation moyenne est, elle aussi, déterminée en fonction du type de leurre à discriminer, en particulier suivant qu'il s'agit d'un leurre à recopie ou d'un leurre à bruit.
L'invention concerne également un appareil pour la discrimination à distance de cibles, du type comprenant - des moyens d'émission d'une onde en direction d'une cible, en particulier d'une onde acoustique ou électromagnétique, produisant un signal d'émission déterminé, - des moyens de réception des ondes rétrodiffusées, dans un domaine temps-fréquence délimité en fonction du signal d'émission, ce qui fournit des signaux reçus, - des moyens de séparation des signaux reçus, par corrélation avec le signal d'émission, en un ou plusieurs signaux d'échos, représentatifs de cibles vraies ou de leurres, et - des moyens de traitement de ces signaux d'échos pour chercher à distinguer les cibles vraies des leurres.
Selon l'invention, les moyens de traitement de cet appareil comprennent - des moyens corrélateurs pour déterminer la fonction d'autocorrélation des signaux d'échos, sur un domaine de temps choisi, - des moyens de mémoire propres à enregistrer des valeurs successives de la fonction d'autocorrélation, - des moyens d'accumulation de ces valeurs successives, pour en faire à chaque fois la moyenne, ce qui donne des échantillons successifs d'une fonction d'autocorrélation moyenne, - des moyens de calcul statistique pour déterminer la droite de régression de la fonction d'autocorrélation moyenne, prise sur une partie choisie du domaine de temps, - des moyens pour élaborer une grandeur de test liée à des paramètres de la régression, dont, au moins, l'écart entre la fonction d'autocorrélation moyenne et sa droite de régression, et - des moyens pour comparer la grandeur de test à au moins un seuil, ce qui permet de discriminer les cibles vraies des leurres.
Cet appareil est susceptible des variantes de réalisation déjà décrites à propos du procédé.
On notera en particulier que la grandeur de test est avantageusement une fonction discriminante de Fisher, ou bien une autre fonction statistique analogue.
Par ailleurs, l'invention concerne principalement le domaine sous-marin, où les ondes utilisées sont de type acoustique. Mais elle peut aussi s'appliquer à d'autres domaines, faisant usage d'ondes électromagnétiques.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est un schéma de principe d'un appareil de détection de cible, - la figure 2 est le schéma de principe d'un appareil selon l'invention, - les figures 2A à 2C sont trois formes d'ondes de signaux pris en différents points de la figure 2, - les figures 3A et 3B sont une illustration plus détaillée, par blocs, de la structure de l'appareil selon l'invention, et - la figure 4 est un diagramme permettant de mieux comprendre le fonctionnement de l'appareil selon l'invention.
Les dessins annexés présentent de nombreuses informations de caractère certain. En conséquence, ils pourront non seulement servir à mieux faire comprendre la description, mais aussi contribuer à la définition de l'invention, le cas échéant.
Sur la figure 1, un ensemble émetteur 1 comprend une source de signal d'émission 10, suivie d'un amplificateur d'émission 11, et d'un émetteur sonar 12.
Le rayonnement acoustique produit par celui-ci va frapper une cible C, qui, en réponse, met en oeuvre un leurre
L.
La cible C et le leurre L renvoient des ondes vers un récepteur 20, tel qu'un hydrophone, relié à un amplificateur de réception 21.
Un corrélateur 22 compare les signaux reçus, disponibles en sortie de l'amplificateur de réception 21, à une réplique du signal d'émission 10, arrivant par une liaison 15.
La sortie du corrélateur 22 peut être considérée comme un ensemble de signaux d'échos, dont chacun peut être associé à la cible ou au leurre. Bien entendu, plusieurs signaux d'échos peuvent venir de la même source, comme le sait l'homme de l'art.
Dans les appareils de la technique antérieure, le traitement 3 consiste la plupart du temps à appliquer simplement un seuil 33 aux signaux d'échos. Ceux qui dépassent le seuil, détectés en 34, sont considérés comme relatifs à une cible vraie, sous réserve de certains traitements élémentaires.
Une telle disposition ne donne pas satisfaction, en particulier lorsque le leurre est propre à reproduire une série de signaux d'échos très semblables, en décalage de temps et en amplitude, à ceux que produit la cible elle-même.
C'est là le problème que l'invention vise à résoudre.
Comme précédemment, l'appareil selon l'invention (figure 2 > comprend un hydrophone 20, suivi d'un amplificateur 21, et d'un corrélateur 22 qui peut être réalisé sous la forme d'un filtre adapté, compte tenu des caractéristiques connues du signal d'émission.
Les moyens de traitement 3 peuvent aussi comprendre les organes 33 et 34 propres à la détection directe d'échos par seuil, de manière connue.
Toutefois, ils comportent également un organe d'autocorrélation 30, capable de déterminer la fonction d'autocorrélation des signaux d'échos.
La sortie de cet organe 30 est reliée à un dispositif d'accumulation 4, comprenant des mémoires 41 et un sommateur 42. Après cela, est prévu un organe de calcul statistique 5 capable d'effectuer une régression linéaire, suivi enfin d'un dispositif 6 à seuil, sur lequel on reviendra plus loin.
On décrira maintenant l'invention en référence aux figures 2 et 3.
La figure 2A illustre l'allure des signaux d'échos, à l'entrée du dispositif d'autocorrélation 30. On remarque que ces signaux d'échos comprennent des pointes plus ou moins grandes, représentatives de la mesure dans laquelle les signaux reçus coincident ou "corrèlent" avec le signal émis.
La figure 2B illustre la fonction d'autocorrélation de ces signaux d'échos. I1 a été observé que cette fonction possède à l'origine une valeur assez importante, comme c'est normal (au décalage de temps zéro, toute fonction autocorrèle avec elle-même). L'allure de cette fonction est ensuite celle d'une décroissance à peu près linéaire, parsemée de pointes d'importances diverses.
On note Se le signal de la figure 2A, et qui est fonction du temps (réel).
On note G(t) la fonction d'autocorrélation de la figure 2B, remarque étant faite que t désigne ici le décalage temporel de 1' autocorrélation.
En pratique, le corrélateur 30 est numérique. I1 fournit donc un certain nombre d'échantillons que l'on notera
G(O) ... G(P), qui sont respectivement relatifs aux instants t=O ... t = P.D(t), où D(t) désigne l'incrément de temps utilisé pour l'échantillonnage de la fonction d'autocorrélation.
Ces échantillons sont mis en mémoire dans les mémoires 41.
La figure 3A fait apparaître l'existence de N mémoires 41-1 à 41-N, permettant donc de calculer sur N échos successifs la fonction d'autocorrélation moyenne du signal d'écho Se.
L'expression de cette fonction gN(t) est donnée par la formule (I) annexée. La liaison (35) limite le calcul de la fonction d'autocorrélation dans des intervalles de temps correspondant aux signaux d'échos reçus.
Pareil calcul est effectué par un sommateur 42 relié aux différentes mémoires 41-1 à 41-N. Bien entendu, les mémoires sont remplies de manière circulante par chaque nouvel échantillon fourni par l'autocorrélateur 30.
Le sommateur 42 est suivi d'un diviseur 43, qui permet de diviser toutes les valeurs successives de gN(t) par la première d'entre elles, à savoir gN(O). La fonction gN(t) est ainsi normée par rapport à sa première valeur gN(O) = 1.
On considère ensuite un certain nombre d'échantillons de cette fonction, en principe consécutifs, pris sur un intervalle (P1, P2). Ces échantillons peuvent s'écrire gN(P1), gN(1+1) ... gN(P2)
Des moyens 51 permettent de choisir les bornes P1 et P2 suivant le type de leurre à discriminer, et en particulier suivant qu'il s'agit de leurres à bruit ou à recopie.
On notera M le nombre total d'échantillons conservés après ce choix. Sur ces M échantillons, on effectue une régression linéaire, c'est-à-dire que l'on fait passer par les points de coordonnées (ti, gN(ti)) une droite au sens des moindres carrés.
Le calcul d'une régression linéaire, connu, est illustré sur la figure 3B à l'intérieur du cadre 5 en trait tireté.
On note Ki la valeur courante de la variable de la fonction gN. I1 apparaît donc que Ki varie de P1 à P2.
Les blocs 52 et 53 de la figure 3B calculent respectivement les expressions (II) et (III) annexées.
I1 est alors possible de procéder au calcul de la grandeur
Delta, comme illustré dans le bloc 54 de la figure 3B.
L'expression de la grandeur Delta est donnée par la relation (IV). Ces calculs peuvent, avantageusement, être effectués une fois pour toutes.
Toujours sur la figure 3B, le bloc 55 effectue le calcul d'une somme brute SB définie par l'expression (V). Cela peut être fait à l'aide d'un accumulateur numérique.
Le bloc 56 de la figure 3 effectue un calcul semblable, mais à chaque fois pour le produit de l'échantillon gN(Ki) par la valeur de Ki. Ce produit, noté SP, est défini par la relation (VI).
On dispose maintenant de tous les éléments nécessaires pour calculer la pente p et l'ordonnée à l'origine yg de la droite de régression.
Le bloc 57 effectue le calcul de p suivant la relation (VII) annexée.
Le bloc 58 effectue le calcul de yo , suivant la relation (VIII) annexée.
On dispose alors des paramètres de la droite de régression.
La figure 2C montre comment cette droite de régression va se placer par rapport à la fonction d'autocorrélation moyenne gN(t).
Le carré e2 de la distance entre la fonction d'autocorrélation moyenne gN et sa droite de régression est donné par l'expression (IX), et calculé dans le bloc 59.
Cette grandeur e2 est appliquée aux organes de discrimination 6, de préférence avec aussi les valeurs p et yg.
En effet, il est possible de discriminer la cible vraie des leurres en utilisant seulement la grandeur e2, qui est alors comparée à deux seuils 61 et 62, le premier pour les leurres à recopie et le second pour les leurres à bruit.
De préférence, on calcule par le bloc 60 une grandeur plus élaborée, comme par exemple le test de Fisher qui fait intervenir e2 et yo, ou d'autres grandeurs de tests statistiques de type connu.
De telles grandeurs sont décrites notamment dans l'ouvrage américain de DUDA et HART : "Pattern classification and scene analysis" édité par WILEY.
C'est alors la grandeur de test elle-même qui est comparée aux seuils 61 et 62.
L'invention peut être aisément mise en oeuvre à l'aide de composants spécialisés. De tels composants sont connus pour les fonctions de corrélation, de sommation, pour les mémoires, tout comme pour le diviseur 43.
I1 en est de même pour les fonctions statistiques, remarque étant faite que la détermination d'une droite de régression est maintenant disponible sur des calculatrices portables.
L'invention peut être également mise en oeuvre en utilisant un microprocesseur rapide, tel que ceux de la famille 68000 de Motorola, par exemple.
Le procédé selon l'invention s'applique aussi bien aux leurres à bruit qu'aux leurres à recopie, à condition d'ajuster en conséquence les seuils 61 et 62, ainsi que l'intervalle (P1,P2) qui intervient pour la définition du domaine où l'on effectue le calcul de la droite de régression.
La figure 4 est un diagramme expérimental sur lequel on a illustré par des croix (+) des points correspondant à des cibles réelles, et par de petits carrés des points correspondant à des leurres.
La grandeur yo est illustrée en abscisse, tandis que l'ordonnée représente la distance au carré e2.
L'examen du diagramme montre qu'un test sur e2 seul suffit pour écarter la quasi-totalité des leurres, et ne prendre en compte que les cibles réelles, dont deux cependant seront ignorées.
Un test de Fisher, faisant intervenir une relation linéaire entre e2 et yo améliore les résultats : on peut cette fois écarter pratiquement tous les leurres et prendre en compte une cible réelle de plus.
L'invention s'applique de préférence lorsque l'organe de détection sonar ou radar porté par une torpille ou un autodirecteur possède un mode de fonctionnement lui permettant d'obtenir une résolution en distance fine, notablement inférieure'à la dimension de la cible, par exemple inférieure au mètre.
ANNEXE - Formules
Figure img00130001
<tb> <SEP> gN(t) <SEP> = <SEP> 1 <SEP> GK(t) <SEP> (I)
<tb> <SEP> N <SEP> K
<tb> <SEP> Ki <SEP> = <SEP> sv <SEP> (Il)
<tb> <SEP> P1
<tb> <SEP> P1
<tb> <SEP> p
<tb> <SEP> Ki2- <SEP> sq <SEP> (III)
<tb> <SEP> P1
<tb> Delta <SEP> M <SEP> . <SEP> # <SEP> Ki2 <SEP> - <SEP> ( <SEP> P <SEP> Ki)2 <SEP> = <SEP> M.sq-(sv)2- <SEP> (IV)
<tb> <SEP> P1 <SEP> P1
<tb> <SEP> P2
<tb> <SEP> SB <SEP> = <SEP> \ <SEP> gN(Ki) <SEP> (v)
<tb> <SEP> P1
<tb> <SEP> Pq,
<tb> <SEP> SP <SEP> = <SEP> L <SEP> Ki <SEP> . <SEP> gN(Ki) <SEP> (VI)
<tb> p = M . SP - sv . SB (VII)
Delta y0 = sv . SP - sq . SB (VIII)
Delta
Figure img00130002

Claims (14)

  1. Revendications 1.- Procédé de discrimination à distance de cibles, comprenant a) l'émission (1) d'une onde en direction d'une cible, en particulier d'une onde acoustique ou électromagnétique, reproduisant un signal déterminé, b) la réception (20,21) des ondes rétrodiffusées, dans un domaine temps-fréquence délimité en fonction du signal d'émission, c) la séparation des signaux reçus, par corrélation (22) avec le signal d'émission, en un ou plusieurs signaux d'échos, représentatifs de cibles vraies ou de leurres, et d) le traitement (3) de ces signaux d'échos, pour distinguer les cibles vraies des leurres, caractérisé en ce que ce traitement comprend dl) la détermination (30) de la fonction d'autocorrélation de chacun des signaux d'échos, sur un domaine de temps choisi, d2) la détermination (4) de la fonction d'autocorrélation moyenne, sur un nombre déterminé d'échos successifs, d3) la détermination (5) de la droite de régression d'une partie choisie de cette fonction d'autocorrélation moyenne, et d4) la discrimination (6) des cibles vraies et des leurres en fonction de paramètres liés à cette régression dont, au moins, l'écart entre la fonction d'autocorrélation moyenne et sa droite de régression.
  2. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fonction d'autocorrélation moyenne déterminée à l'étape d2) est normée.
  3. 3.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fonction d'autocorrélation et la fonction d'autocorrélation moyenne sont déterminées par échantillons régulièrement espacés dans le temps.
  4. 4.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie choisie (51) de la fonction d'autocorrélation moyenne est déterminée en fonction du type de leurre à discriminer, en particulier suivant qu'il s'agit d'un leurre à recopie ou d'un leurre à bruit.
  5. 5.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'écart entre la fonction d'autocorrélation moyenne et sa droite de régression est comparé à au moins un seuil (61,62).
  6. 6.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'étape d4) comprend l'élaboration (60) d'une grandeur de test tenant compte dudit écart, ainsi que de la pente et de l'ordonnée à l'origine de la droite de régression, et la comparaison de cette grandeur de test à au moins un seuil.
  7. 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la grandeur de test (60) est une fonction discriminante de Fisher.
  8. 8.- Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le seuil est différent suivant qu'il s'agit d'un leurre à recopie (61), ou d'un leurre à bruit (62).
  9. 9.- Appareil pour la détection à distance de cibles du type comprenant - des moyens (1) d'émission d'une onde en direction d'une cible, en particulier d'une onde acoustique ou électromagnétique, produisant un signal d'émission déterminé (10), - des moyens de réception (20,21) des ondes rétrodiffusées, dans un domaine temps-fréquence délimité en fonction du signal d'émission, ce qui fournit des signaux reçus, - des moyens de séparation (22) des signaux reçus, par corrélation avec le signal d'émission, en un ou plusieurs signaux d'échos, représentatifs de cibles vraies ou de leurres, et - des moyens (3) de traitement de ces signaux d'échos, pour chercher à distinguer les cibles vraies des leurres, caractérisé en ce que ces moyens de traitement comprennept :: - des moyens corrélateurs (30) pour déterminer la fonction d'autocorrélation des signaux d'échos, sur un domaine de temps choisi, - des moyens de mémoire (41) propres à enregistrer des valeurs successives de la fonction d'autocorrélation, - des moyens d'accumulation (42) de ces valeurs successives, pour en faire à chaque fois la moyenne, ce qui donne des échantillons successifs d'une fonction d'autocorrélation moyenne, - des moyens de calcul statistique (5) pour déterminer la droite de régression de la fonction d'autocorrélation moyenne, prise sur une partie choisie du domaine de temps, - des moyens (60) pour élaborer une grandeur de test liée à des paramètres de la régression, dont, au moins, l'écart entre la fonction d'autocorrélation moyenne et sa droite de régression, et - des moyens (61,62) pour comparer la grandeur de test à au moins un seuil, ce qui permet de discriminer les cibles vraies des leurres.
  10. 10.- Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens d'accumulation comprennent un sommateur (42) recevant les valeurs successives de la fonction d'autocorrélation, et un diviseur (43) propre à normer la fonction d'autocorrélation moyenne par rapport à sa valeur initiale.
  11. 11.- Appareil selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que la fonction d'autocorrélation et la fonction d'autocorrélation moyenne sont déterminées par échantillons régulièrement espacés dans le temps.
  12. 12.- Appareil selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que la grandeur de test (60) est une fonction discriminante de Fisher.
  13. 13.- Appareil selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (51) pour sélectionner la partie choisie de la fonction d'autocorrélation moyenne, en fonction du type de leurre à discriminer, en particulier suivant qu'il s'agit d'un leurre à recopie ou d'un leurre à bruit.
  14. 14.- Appareil selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que les moyens de comparaison possèdent un premier seuil (61) pour les leurres à recopie, et un second seuil (62) pour les leurres à bruit.
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