FR2655428A1

FR2655428A1 - Procede et dispositif pour ameliorer la discrimination angulaire, notamment la discrimination en azimut, d'un radar vis-a-vis de cibles complexes.

Info

Publication number: FR2655428A1
Application number: FR8915882A
Authority: FR
Inventors: Gautier Fabrice
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1989-12-01
Filing date: 1989-12-01
Publication date: 1991-06-07

Abstract

Ce procédé comprend les étapes de a) détermination d'un profil de cible (P), constitué d'une série de valeurs discrètes d'amplitudes reçues correspondant aux récurrences successives d'un faisceau donné pour une même case distance, e) détetmination du nombre de changements de signe du gradient des amplitudes de ce profil de cible, Selon l'invention, il est prévu, entre les étapes (a) et (e), une étape de: d) application, à la série de valeurs discrètes constituant le profil de cible (P), d'un filtrage spatial passe-bas numérique notamment un filtrage du type cosinusN permettant d'en extraire une enveloppe (P') de profil, l'étape (e) de détermination du nombre de changements de signe du gradient des amplitudes n'étant alors appliquée qu'à cette enveloppe (P').

Description

La présente invention concerne un procédé pour améliorer la discrimination angulaire d'un radar vis-à-vis de cibles complexes, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.

Elle s'applique tout particulièrement à la discrimination azimutale des cibles, et c'est dans le cadre de cette application qu'on la décrira.

Celle-ci n'est cependant pas limitative, et on pourrait appliquer l'invention, mutatis mutandis, à un autre type de discrimination angulaire, typiquement la discrimination en site d'un radar tridimensionnel, le balayage du radar étant alors séquencé de manière appropriée afin d'obtenir en site une résolution suffisante pour effectuer la discrimination voulue.

En revanche, on se placera exclusivement dans le cas de la discrimination angulaire, c'est-à-dire que l'on ne considérera que les signaux reçus correspondant à une case-distance donnée, la même pour tous les signaux comparés entre eux.

On connaît diverses techniques de discrimination angulaire dans les radars. Il s'agit, une fois que l'on a obtenu une série de valeurs discrètes d'amplitude correspondant aux récurrences successives, pour une même case-distance, d'un faisceau balayant le domaine dans lequel on recherche les cibles, d'analyser ces valeurs successives afin de pouvoir:
- déterminer la présence ou non d'une cible (notamment vis-à-vis du bruit de fond et des signaux parasites);
- en cas de présence d'une cible, déterminer si celle-ci est unique ou multiple; et
- pour chacune des cibles détectées, indiquer sa direction angulaire.

À cet effet, lors du balayage, une fois que l'on a éliminé (on verra plus loin de quelle manière) le bruit de fond et les signaux parasites, on trouve pour certaines des récurrences, des valeurs d'amplitude révélant la présence d'une cible.

Chacune de ces valeurs d'amplitude significatives correspondant à une récurrence donnée (c'est-à-dire à un incrément angulaire de balayage) est appelée coup au but . Le nombre de coups au but , qui est le nombre de réponses utiles, est défini comme étant le nombre de valeurs dont l'amplitude est au moins égale à un niveau d'amplitude situé à 3 dB au-dessous de l'amplitude maximale pouvant être reçue dans le lobe ; l'écart angulaire correspondant, désigné 0 3dB définit la largeur du lobe à 3 dB.

En fonction de la nature de la cible, des fluctuations de celle-ci et de la résolution angulaire du radar, on peut avoir un coup au but isolé ou, au contraire, une pluralité de coups au but consécutifs.

Dans ce dernier cas, la série de valeurs, ou plot d'amplitude , devra être analysée pour déterminer si le plot est produit par une cible unique isolée (plot simple) ou par une pluralité de cibles distinctes, proches (plot double ou multiple).

La figure 1 donne un tel exemple de signal complexe, que l'on désignera par la suite sous le terme de profil de cible , et référencé P sur la figure.

On voit que ce signal s'étend de la 15e à la 24e récurrence (le rang des récurrences est bien entendu arbitraire), avec des valeurs non nulles pour les 15e à 17e, et 19e à 24e, récurrences : on voit que l'on est ainsi en présence de deux plots distincts (15e à 17e récurrence d'une part, et 19e à 24e récurrence, d'autre part).

I1 s'agit alors de déterminer s'il s'agit là d'un vrai plot double, produit par deux cibles proches, ou d'un faux plot double, produit par une cible unique.

Diverses techniques ont été proposées pour résoudre ce problème de discrimination angulaire.

La première technique, dite du critère à bosses , consiste à déterminer le nombre de changements de signes du gradient des amplitudes reçues dans les récurrences successives, ctest-à-dire, en d'autres termes, à compter le nombre de bosses d'am plitude du signal reçu. On déclarera alors que chaque bosse indique la présence d'une cible.

La difficulté vient du fait que ce critère n'est utilisable efficacement que si une même cible ne présente qu'une seule bosse d'amplitude. En revanche, en présence de fluctuations, une même cible pourra donner un profil de cible présentant plusieurs bosses d'amplitude, ceci étant d'autant plus vrai que le nombre de coups au but est élevé (c'est-à-dire, en pratique, que la résolution angulaire du radar est fine).

Ainsi, dans l'exemple illustré figure I, les fluctuations de cible donnent en fait un profil de cible P présentant cinq bosses d'amplitude. L'application du critère à bosses conduirait alors à déclarer que l'on est en présence de cinq cibles distinctes, ce qui est une interprétation totalement erronée du signal.

Le critère à bosses n'est donc, en pratique, utilisable que pour des radars donnant un faible nombre de coups au but (un ou deux). Une seconde technique, dite du critère d'extension azimutale , consiste à déclarer que l'on est en présence de cibles multiples dès que le nombre d'amplitudes successives qui ont dépassé un seuil de détection donné est supérieur à une valeur de seuil prédéterminée. Pour un radar donné, cette valeur de seuil est fixée par le taux de faux plots doubles acceptable.

En d'autres termes, on détermine la largeur ou extension du plot et, si cette largeur (exprimée en nombre de récurrences) est supérieure à un seuil donné, on déclare que l'on est en présence d'une pluralité de cibles.

Cette technique peut être appliquée aux radars donnant un nombre de coups au but relativement élevé, et peut donc pallier les inconvénients du critère à bosses ; en revanche, le facteur de discrimination obtenu reste médiocre, généralement inférieur à celui obtenu avec le critère à bosses.

On peut également utiliser une troisième technique consistant à analyser les différences de vitesse mesurées par effet
Doppler; cette technique est cependant incapable de discriminer des cibles rapprochées volant à la même vitesse (cas typique d'un raid aérien), et souffre en outre du coût élevé en temps et en matériel, du fait de la complexité du calcul nécessaire pour obtenir une connaissance fine des différentes vitesses.

L'un des buts de la présente invention est de proposer une nouvelle technique permettant de pallier tous les inconvénients précités, et qui soit applicable à tout type de radar, même avec un nombre de coups au but élevé, et procurant une discrimination angulaire très supérieure à celle des techniques connues.

En particulier, concernant ce dernier point, on verra que l'invention permet de discriminer des cibles volant à la même vitesse et séparées d'un angle inférieur à l'ouverture en azimut du pinceau radar (c'est-à-dire de l'incrément angulaire entre deux récurrences successives), ce qui n'était jusqu'à présent possible avec aucune des techniques connues exposées ci-dessus.

On verra en outre que l'invention est applicable à un radar fonctionnant en diversité de fréquences et qu'elle ne nécessite aucun mode de fonctionnement spécifique de celui-ci.

Le procédé de l'invention appartient au type général des procédés à critère à bosses précité, c'est-à-dire qu'il comprend les étapes de:
a) détermination d'un profil de cible, constitué d'une série de valeurs discrètes d'amplitudes reçues correspondant aux récurrences successives d'un faisceau donné pour une même casedistance, et
e) détermination du nombre de changements de signe du gradient des amplitudes de ce profil de cible,
Selon l'invention, ce procédé comprend, entre les étapes (a) et (e) ci-dessus, une étape de:
d) application, à la série de valeurs discrètes constituant le profil de cible, d'un filtrage spatial passe-bas numérique permettant d'en extraire une enveloppe de profil, l'étape (e) de détermination du nombre de changements de signe du gradient des amplitudes n'étant alors appliquée qu'à cette enveloppe.

Ledit filtrage spatial passe-bas est de préférence un filtrage du type cosinusN car, comme on le verra, la mise en oeuvre d'un tel filtrage est particulièrement simple, et donc peu coûteuse à réaliser.

D'autres modes de filtrage passe-bas sont cependant envisageables, quoiqu'ils soient généralement, à performances égales, plus coûteux; le filtrage spatial passe-bas peut ainsi, notamment, être un filtrage obtenu par auto-corrélation du profil de cible.

De préférence, le procédé comprend, après l'étape (a), une étape de: (b) seuillage, par rapport à un niveau prédéterminé, des valeurs d'amplitude reçues.

Dans ce dernier cas, il est de préférence prévu en outre, entre les étapes (b) et (d), une étape de: (c) suppression des pics de bruit parasites, par élimination des pics d'amplitude isolés correspondant aux valeurs d'amplitude supérieure audit seuil lorsque celles-ci se trouvent encadrées par des valeurs adjacentes d'amplitude inférieure à ce même seuil.

L'invention vise également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précité, comportant essentiellement:
- des moyens pour déterminer un profil de cible à partir d'une série de valeurs discrètes d'amplitudes reçues correspondant aux récurrences successives d'un faisceau donné pour une même case-distance, et
- des moyens pour déterminer le nombre de changements de signe du gradient des amplitudes de ce profil de cible.

Selon l'invention, le dispositif de ce type comprend en outre:
- des moyens de filtrage spatial passe-bas numérique, recevant en entrée la série de valeurs discrètes constituant le profil de cible, et délivrant en sortie une enveloppe de ce profil, cette enveloppe constituant alors le signal d'entrée des moyens pour déterminer le nombre de changements de signe du gradient des amplitudes.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description ci-dessous d'un exemple de réalisation, donné en référence aux figures annexées.

La figure 1, précitée, illustre un profil de cible complexe typique en présence de fluctuations.

La figure 2 est un schéma par blocs d'un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé de l'invention.

La figure 3 montre, pour un profil de cible correspondant à celui de la figure 1, l'enveloppe de profil résultante obtenue par mise en oeuvre du procédé de l'invention.

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Essentiellement, le procédé de Invention consiste, après avoir obtenu un profil de cible constitué d'une pluralité de coups au but successifs, à effectuer un filtrage spatial passe-bas sur les amplitudes reçues, afin d'obtenir à partir de celles-ci une enveloppe de profil, puis à appliquer le critère à bosses à cette enveloppe résultant du filtrage au lieu de l'appliquer directement au profil de cible proprement dit.

Dans l'exemple que l'on va donner ci-dessous, on a choisi d'utiliser un filtrage cosinusN, qui est particulièrement simple à mettre en oeuvre, comme on le verra.

Ce type de filtrage, bien qu'avantageux, n'est cependant pas limitatif, et d'autres modes de filtrage pourraient être envisagés, par exemple par utilisation d'un corrélateur de type classique, mais au prix d'une complexité de calcul plus grande - et donc d'un accroissement de coût notable.

On va également décrire, en référence à la figure 2, une chaîne de traitement du signal sous forme d'une pluralité d'étages permettant de mettre en oeuvre l'invention, mais cette mise en oeuvre peut être réalisée d'autres manières, par exemple par logiciel puisque les signaux sont tous numériques.

Le circuit de réception et de numérisation du radar délivre une pluralité de signaux numérisés successifs Ei, chacune de ces valeurs discrètes correspondant à une récurrence successive d'un même faisceau radar pour une même case-distance donnée.

En d'autres termes, ces valeurs successives correspondent à un échantillonnage angulaire du lobe reçu, le pas d'échantillonnage étant égal à la résolution angulaire du balayage radar.

Tout d'abord, pour se prémunir contre les signaux d'amplitude trop faible et donc, partiellement, contre le bruit, on seuille les entrées Ei en mettant à zéro celles de ces entrées qui sont inférieures à un seuil T prédéterminé, réglé en fonction d'une probabilité de fausse alarme fixe, par exemple de 104.

Cette étape de seuillage peut par exemple être exécutée par le circuit 1 de la figure 2.

Après cette étape de seuillage (en elle-même connue), les signaux Ei sont appliqués à un suppresseur de pics 2 (en lui-même connu, également), destiné à éliminer les pics isolés, imputables au bruit.

Le critère utilisé pour cette suppression des pics pourra être le suivant : une entrée Ei sera mise à zéro si les entrées Ej1 et EA sont toutes deux nulles (c'est-à-dire si l'extension azimutale du plot est égale à l'unité), sinon Ei gardera sa valeur.

Ce critère n'est cependant pas le seul envisageable, d'autres techniques pouvant être mises en oeuvre, par exemple un critère à double seuil se déplaçant en fonction de l'extension du plot (le premier critère n'a en particulier de sens que si le nombre de coups au but est supérieur à 1).

En sortie du circuit à seuil 1 et du suppresseur de pics 2, on obtient ainsi une série de signaux Ek auxquels on va faire subir le filtrage spatial passe-bas caractéristique de la présente invention.

Le filtrage en cosinusN consiste à appliquer à chacun des signaux d'entrée Ek des coefficients de filtrage Ak donnés par la (N+l)ième ligne (pour un filtrage d'ordre N) du triangle de Pascal, et à effectuer une corrélation entre les entrées Ek et les coefficients de filtrage Ak de manière glissante (ctest ce que l'on entend ici par filtrage spatial).

Ceci s'exprime sous la forme suivante:

S étant la valeur de sortie filtrée,
Ek étant les valeurs d'entrée à filtrer, c'est-à-dire les
amplitudes reçues après seuillage et suppression des
pics, et
Ak étant les coefficients du filtre, constitués par les N+1
coefficients donnés par la (N+l)ième ligne du triangle de
Pascal:
Ordre du filtre N+1 Coefficients
N=0 1 1
N=1 2 1 1
N=2 3 1 2 1
N=3 4 1 3 3 1
N=4 5 1 4 6 4 1
N=5 6 1 5 10 10 5 1
N=6 7 etc.

Un tel filtrage est particulièrement simple à mettre en oeuvre, notamment s'il est effectué par logiciel, car il se réduit en fait à une série d'additions sur les valeurs numériques des signaux E. En effet, dans le Triangle de Pascal, chaque coefficient (à l'exception des coefficients extrêmes, toujours à 1) est la somme des deux coefficients de même rang et de rang précédent de la ligne précédente).

Ainsi, si l'on a par exemple un filtrage en cos2 (N = 2) sur trois valeurs d'entrée E1, E2 et E3, on commencera à déterminer des valeurs intermédiaires:
Sl=El+E2et
S'2=E2+E3, et on additionnera ces deux valeurs S'1 et S'2 pour donner la valeur de sortie recherchée: S=S'1+S'2=E1+2.E2+E3.

On voit que l'on retrouve ainsi les coefficients {A1, A2, A3) = (1, 2, 1) de la troisième ligne du Triangle de Pascal.

En répétant ainsi ltopération de de manière à effectuer un filtrage sur une fenêtre glissante (filtrage spatial), on obtient une série de valeurs de sortie Sj corrélées aux valeurs d'entrée Ej, soit:

Ce filtrage passe-bas permet d'éliminer les fluctuations et le bruit (pour ce qui n'a pas été éliminé par le circuit à seuil et le suppresseur de pics), en ne laissant passer que la composante basse fréquence, qui correspond à l'échantillonnage effectif de la cible par le lobe radar.

Ce filtrage peut être effectué par exemple par le circuit 3 qui se réferera à une table de coefficients 4 contenant les coefficients du triangle de Pascal.

Sur la figure 3, on a représenté en P' la série de valeurs de sortie obtenues en soumettant le profil de cible P de la figure 1 à un filtrage cosinusl0.

On voit que la courbe P', qui correspond à l'enveloppe basse-fréquence (décalée vers la gauche de N/2 incréments angulaires, du fait du calcul) présente une forme beaucoup plus régulière que le profil d'origine P.

On pourra alors appliquer à cette enveloppe P' le critère à bosses classique, par exemple au moyen du circuit 5 de la figure 2).

De façon classique, on comparera à cet effet la valeur de sortie Sj à la sortie précédente Sj~l, et on incrémentera le compteur de
lorsque l'amplitude de Sj sera inférieure à l'amplitude de Sj~l alors que l'amplitude de 5j-2 était inférieure à l'amplitude de 5j-1 ; en d'autres termes, on détecte le moment où, après avoir augmenté, l'amplitude commence à décroître.

Le choix de l'ordre N du filtre en cosinusN dépend des circonstances, et il est essentiellement fonction du type de radar utilisé (nombre maximum de coups au but, éventuellement mode d'émission) et du pourcentage admissible de faux plots doubles.

Le procédé de l'invention procure un nombre important d'avantages par rapport aux techniques employées jusqu'à présent.

Tout d'abord, le procédé de l'invention permet de discriminer, au moyen d'un radar possédant un nombre de coups au but supérieur à l'unité et fonctionnant en diversité de fréquences, des cibles volant à la même vitesse même si celles-ci sont séparées d'un angle inférieur à l'ouverture en azimut du faisceau.

A cet égard, le tableau suivant montre les performances respectives des diverses techniques qu'il est possible de mettre en oeuvre, montrant ainsi la supériorité de l'invention.

Critère Valeur typique du
mis en oeuvre facteur de discrimination
critère à bosses/ > 1,5-0 3dB
extension azimutale
critère de l'invention < 0-3dB
Parmi les autres avantages de l'invention, on peut citer:
- la possibilité d'un traitement à la volée, compte tenu de la simplicité des calculs à effectuer;
- l'indépendance du mode de fonctionnement ou d'émission du radar : le traitement peut être appliqué même si le radar est en mode de veille, c'est-à-dire même si les fréquences d'émission sont toutes différentes, ce qui n'est pas le cas avec les autres techni ques;
- les possibilités de mise en oeuvre même avec un rapport signallbruit faible, de sorte que les performances de discrimination indiquées plus haut (facteur de discrimination inférieur à 0 3dB) peuvent être obtenues pratiquement en limite de portée du radar;
- l'insensibilité aux traitements amont qui ont pu être effectués, dès lors que la transformation qu'ont subi les amplitudes est monotone (au sens mathématique du terme) ; le procédé est en particulier insensible aux transformations logarithmiques.

Claims

REVENDICATIONS

1. Un procédé pour améliorer la discrimination angulaire, notamment la discrimination en azimut, d'un radar vis-à-vis de cibles complexes, comprenant les étapes de:

a) détermination d'un profil de cible (P), constitué d'une série de valeurs discrètes d'amplitudes reçues correspondant aux récurrences successives d'un faisceau donné pour une même casedistance,

e) détermination du nombre de changements de signe du gradient des amplitudes de ce profil de cible,

caractérisé en ce qu'il comprend, entre les étapes (a) et (e), une étape de:

d) application, à la série de valeurs discrètes constituant le profil de cible (P), d'un filtrage spatial passe-bas numérique permettant d'en extraire une enveloppe (P') de profil, l'étape (e) de

détermination du nombre de changements de signe du gradient des amplitudes n'étant alors appliquée qu'à cette enveloppe (P').

2. Le procédé de la revendication 1, dans lequel ledit filtrage spatial passe-bas est un filtrage du type cosinusN.

3. Le procédé de la revendication 1, dans lequel le filtrage spatial passe-bas est un filtrage obtenu par auto-corrélation du profil de cible.

4. Le procédé de la revendication 1, comprenant, après l'étape (a), une étape de:

(b) seuillage, par rapport à un niveau prédéterminé, des valeurs d'amplitude reçues.

5. Le procédé de la revendication 4, comprenant, entre les étapes (b) et (d), une étape de:

(c) suppression des pics de bruit parasites, par élimination des pics d'amplitude isolés correspondant aux valeurs d'ampli tude supérieure audit seuil lorsque celles-ci se trouvent encadrées par des valeurs adjacentes d'amplitude inférieure à ce même seuil.

6. Un dispositif pour améliorer la discrimination angulaire, notamment la discrimination en azimut, d'un radar vis-à-vis de cibles complexes, comprenant:

- des moyens pour déterminer un profil de cible (P) à partir d'une série de valeurs discrètes d'amplitudes reçues correspondant aux récurrences successives d'un faisceau donné pour une même case-distance, et

- des moyens (5) pour déterminer le nombre de changements de signe du gradient des amplitudes de ce profil de cible,

caractérisé en ce qu'il comprend en outre:

- des moyens (3, 4) de filtrage spatial passe-bas numérique, recevant en entrée la série de valeurs discrètes constituant le profil de cible, et délivrant en sortie une enveloppe (P') de ce profil, cette enveloppe (P') constituant alors le signal d'entrée des moyens pour déterminer le nombre de changements de signe du gradient des amplitudes.

7. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel les moyens (3, 4) de filtrage spatial passe-bas comportent un filtre du type cosinusN.

8. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel les moyens de filtrage spatial passe-bas sont des moyens autocorrélateurs du profil de cible.

9. Le dispositif de la revendication 1, comprenant en outre:

- des moyens à seuil (1), pour seuiller les valeurs d'amplitude reçues par rapport à un niveau prédéterminé.

10. Le dispositif de la revendication 9, comprenant en outre:

- des moyens (2) suppresseurs des pics de bruit parasites, propres à éliminer les pics d'amplitude isolés correspondant à des valeurs d'amplitude supérieure audit seuil lorsque celles-ci se trouvent encadrées par des valeurs adjacentes d'amplitude inférieure à ce même seuil.