FR2985386A1 - Method for calibrating microwave weapon emitting high power electromagnetic wave on reflector in e.g. high power microwave system, involves utilizing illumination law for calculation of wave emitted by primary elementary antenna - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé de calibrage d'un système d'émission d'ondes de forte puissance, procédé d'émission par un tel système et système d'émission associé La présente invention concerne un système d'émission d'une onde électromagnétique de puissance supérieure à 10 kW comportant une antenne, l'antenne comprenant au moins une antenne élémentaire primaire, un réseau d'antennes élémentaires secondaires et une unité de traitement connectée à l'antenne élémentaire primaire. L'invention s'applique aux domaines de la radiocommunication, aux systèmes de brouillage et aux systèmes micro-ondes à grande puissance dits systèmes HPM pour « High Power Microwaves » en anglais. On connait des systèmes d'émission micro-onde de fortes puissances. Ceux-ci comportent des amplificateurs à klystron et des tubes à ondes progressives ou des amplificateurs à état solide (SSPA pour « Solid State Power Amplifier » en anglais) qui permettent d'éviter les technologies de vide et les blindages de protection contre les rayonnements X. Néanmoins, au cours de leur utilisation, ces systèmes émettent dans une direction privilégiée une onde de très forte puissance pouvant endommager voir détruire tout matériel électromagnétique situé dans le diagramme de rayonnement de l'antenne et notamment des équipements de communication amis. Cet effet est généralement appelé effet fratricide. Afin de réduire ces effets fratricides, une des solutions consiste à réduire la puissance des ondes émises par les dispositifs atténuant obligatoirement l'efficacité de ces systèmes d'émission. The present invention relates to a system for emitting an electromagnetic wave with a power greater than 10, and a transmission system associated with it. kW comprising an antenna, the antenna comprising at least one primary elementary antenna, an array of secondary elementary antennas and a processing unit connected to the primary elementary antenna. The invention applies to the fields of radiocommunication, jamming systems and high power microwave systems known as HPM systems for "High Power Microwaves" in English. Microwave emission systems of high power are known. These include klystron amplifiers and traveling wave tubes or Solid State Power Amplifiers (SSPAs) that avoid vacuum technologies and shielding against X-ray radiation. Nevertheless, during their use, these systems emit in a preferred direction a wave of very high power which can damage or even destroy any electromagnetic material located in the antenna radiation pattern and in particular friendly communications equipment. This effect is usually called fratricidal effect. In order to reduce these fratricidal effects, one of the solutions consists in reducing the power of the waves emitted by the devices necessarily attenuating the efficiency of these emission systems.
En outre, il est difficile de concentrer l'énergie de l'onde émise sur la cible du système d'émission. Les systèmes d'émissions connus sont donc généralement surdimensionnés par rapport à la puissance théoriquement nécessaire pour perturber la cible. Un but de l'invention est de proposer un système d'émission d'onde de très forte puissance supérieure à 10 kW en large bande. D'autres objectifs sont de concentrer l'émission sur une cible du système et de supprimer ou en atténuer fortement les risques d'effets fratricides au cours de l'émission. A cet effet, l'invention a pour objet un système d'émission du type précité, caractérisé en ce que - l'antenne comporte une cavité chaotique comprenant une surface de sortie d'ondes circulant dans la cavité hors de la cavité, - le réseau d'antennes élémentaires secondaires constitue la surface de sortie, - la ou chaque antenne élémentaire primaire et chaque antenne élémentaires secondaires du réseau sont adaptées pour émettre dans ou recevoir de la cavité des ondes électromagnétiques, - l'antenne comporte : - des moyens de génération et d'émission par l'antenne d'une onde électromagnétique sous forme d'une onde de calibrage, et - des moyens de réception d'ondes réfléchies résultant de la réflexion de l'onde de calibrage par au moins un réflecteur disposé hors de la cavité, - l'unité de traitement comporte des moyens de calcul d'une loi d'illumination pour une onde électromagnétique adaptée pour être émise par la ou chaque antenne élémentaire primaire sous la commande de l'unité de traitement, la loi d'illumination étant calculée à partir des ondes réfléchies reçues selon le principe de retournement temporel, et - le système d'émission est adapté pour mettre en oeuvre un procédé de calibrage tel que décrit ci-dessous. Dans des modes de réalisation particuliers de l'invention, le système d'émission comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toute(s) combinaison(s) techniquement possible(s) : - il est adapté pour mettre en oeuvre un procédé d'émission d'une onde électromagnétique de puissance supérieure à 10 kW tel que décrit ci-après. L'invention a également pour objet un procédé de calibrage d'un système d'émission, comportant une antenne, l'antenne comprenant au moins une antenne élémentaire primaire, un réseau d'antennes élémentaires secondaires et une unité de traitement connectée à la ou chaque antenne élémentaire primaire, le procédé étant caractérisé en ce que l'antenne comporte une cavité chaotique comprenant une surface de sortie d'ondes circulant dans la cavité hors de la cavité, la ou chaque antenne élémentaire primaire et chaque antenne élémentaire secondaire du réseau étant adaptées pour émettre dans ou recevoir de la cavité des ondes électromagnétiques, le réseau d'antennes élémentaires secondaires constituant la surface de sortie, et en ce que le procédé comporte les étapes suivantes : - émission d'une première onde électromagnétique de calibrage, - réflexion de la première onde de calibrage sous forme d'ondes réfléchies primaires par au moins un premier réflecteur, - réception par l'antenne des ondes réfléchies primaires, et - calcul d'une première loi d'illumination pour une onde électromagnétique adaptée pour être émise par la ou chaque antenne élémentaire primaire sous la commande de l'unité de traitement, la première loi d'illumination étant calculée à partir des ondes réfléchies primaires reçues selon le principe de retournement temporel. In addition, it is difficult to concentrate the energy of the transmitted wave on the target of the transmission system. The known emission systems are therefore generally oversized relative to the power theoretically necessary to disturb the target. An object of the invention is to provide a very high power wave emission system greater than 10 kW in broadband. Other objectives are to concentrate the program on a target of the system and to eliminate or greatly mitigate the risks of fratricidal effects during the broadcast. To this end, the subject of the invention is a transmission system of the aforementioned type, characterized in that the antenna comprises a chaotic cavity comprising a wave output surface flowing in the cavity outside the cavity, the secondary elementary antenna array constitutes the output surface, - the or each elementary primary antenna and each secondary elementary antenna of the network are adapted to emit into or receive from the cavity electromagnetic waves, - the antenna comprises: - means of generation and emission by the antenna of an electromagnetic wave in the form of a calibration wave, and - means of receiving reflected waves resulting from the reflection of the calibration wave by at least one reflector arranged out of the cavity, the processing unit comprises means for calculating an illumination law for an electromagnetic wave adapted to be emitted by the or each elementary antenna p under the control of the processing unit, the illumination law being calculated from the reflected waves received according to the time reversal principle, and the emission system is adapted to implement a calibration method such that described below. In particular embodiments of the invention, the transmission system comprises one or more of the following characteristics, taken separately or according to any combination (s) technically possible (s): - it is suitable to put a method for emitting an electromagnetic wave of power greater than 10 kW as described below. The invention also relates to a method for calibrating a transmission system, comprising an antenna, the antenna comprising at least one primary elementary antenna, a secondary elementary antenna array and a processing unit connected to the each primary elementary antenna, the method being characterized in that the antenna comprises a chaotic cavity comprising a wave output surface flowing in the cavity outside the cavity, the or each primary elementary antenna and each secondary elementary antenna of the network being adapted to transmit into or receive from the cavity electromagnetic waves, the secondary elementary antenna array constituting the exit surface, and in that the method comprises the following steps: - emission of a first electromagnetic calibration wave, - reflection of the first calibration wave in the form of primary reflected waves by at least a first reflector, - reception by the antenna of the primary reflected waves, and - calculation of a first illumination law for an electromagnetic wave adapted to be emitted by the or each primary elementary antenna under the control of the processing unit, the first illumination law being calculated from the primary reflected waves received according to the time reversal principle.
Dans des modes de réalisation particuliers de l'invention, le procédé de calibrage comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toute(s) combinaison(s) techniquement possible(s) : - l'étape de réception par l'antenne des ondes réfléchies comprend les étapes suivantes : réception des ondes réfléchies par le réseau d'antennes élémentaires secondaires, émission par le réseau d'antennes élémentaires secondaires des ondes réfléchies reçues vers l'intérieur de la cavité sous la forme d'ondes réfléchies réémises, propagation des d'ondes réfléchies réémises dans la cavité, réception des ondes réfléchies réémises par la ou chaque antenne élémentaire primaire, et transmission par la ou chaque antenne élémentaire primaire à l'unité de traitement de signaux correspondant aux ondes réfléchies réémises reçues par la ou chaque antenne élémentaire primaire ; - la première onde de calibrage est émise par au moins une antenne élémentaire primaire de l'antenne ; - le ou chaque premier réflecteur est une cible du système d'émission, la première loi d'illumination étant adaptée pour que l'onde électromagnétique destinée à être émise par le système d'émission ait un diagramme de rayonnement focalisé sur la cible ; - le ou chaque premier réflecteur est placé dans une zone de sûreté, et la première loi d'illumination est adaptée pour que l'onde électromagnétique destinée à être émise par le système d'émission ait un diagramme de rayonnement sensiblement nul dans la zone de sûreté ; - l'étape de calcul de la première loi d'illumination comporte les étapes suivantes : calcul d'une matrice de réponse temporelle à partir des ondes réfléchies primaires reçues, détermination d'au moins une matrice de transfert fréquentielle correspondant à la matrice de réponse temporelle, détermination d'un opérateur de retournement temporel correspondant au produit de la ou chaque matrice de transfert fréquentielle par la matrice conjuguée complexe de la matrice de transfert fréquentielle, et application de l'opérateur de retournement temporel à chaque onde réfléchie primaire reçue par une antenne élémentaire primaire, le résultat de cette application étant associé à la loi d'illumination de l'onde électromagnétique adaptée pour être émise par l'antenne élémentaire primaire ; - il comprend les étapes supplémentaires suivantes : émission d'une deuxième onde électromagnétique de calibrage, réflexion de la deuxième onde de calibrage sous forme d'ondes réfléchies secondaires par un deuxième réflecteur, réception par l'antenne des ondes réfléchies secondaires, et calcul d'une deuxième loi d'illumination pour une onde électromagnétique adaptée pour être émise par la ou chaque antenne élémentaire primaire sous la commande de l'unité de traitement, la deuxième loi d'illumination étant calculée à partir des ondes réfléchies secondaires reçues selon le principe de retournement temporel ; - la deuxième loi d'illumination est adaptée pour que l'onde électromagnétique destinée à être émise par le système d'émission ait un diagramme de rayonnement focalisé sur le deuxième réflecteur ; - la deuxième onde de calibrage est constituée par une onde émise selon la première loi d'illumination ; - il comprend les étapes supplémentaires suivantes : détermination de coordonnées spatiales du deuxième réflecteur, et mise en mémoire de la deuxième loi d'illumination, associée aux coordonnées spatiales du deuxième réflecteur. L'invention a également pour objet un procédé d'émission d'une onde de puissance supérieure à 10 kW par un système d'émission tel que décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape suivante : - calibrage du système d'émission tel que décrit plus haut. Dans des modes de réalisation particuliers de l'invention, le procédé d'émission comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toute(s) combinaison(s) techniquement possible(s) : - il comporte une étape d'émission par application de la première loi d'illumination, afin de générer une onde électromagnétique émise par le système d'émission ayant un diagramme de rayonnement focalisé sur la cible. - il comporte une étape d'émission par application de la première loi d'illumination, afin de générer une onde électromagnétique émise par le système d'émission ayant un diagramme de rayonnement sensiblement nul dans les zones de sûreté. - il comporte les étapes supplémentaires suivantes : réflexion de l'onde de sondage sous forme d'ondes réfléchies secondaires par une cible du système d'émission, réception par l'antenne des ondes réfléchies secondaires, calcul d'une deuxième loi d'illumination pour une onde électromagnétique adaptée pour être émise par la ou chaque antenne élémentaire primaire sous la commande de l'unité de traitement, la deuxième loi d'illumination étant calculée à partir des ondes réfléchies secondaires reçues selon le principe de retournement temporel, émission par application de la deuxième loi d'illumination, afin de générer une onde électromagnétique émise par le système d'émission focalisée sur la cible. il comporte les étapes supplémentaires suivantes : détermination des coordonnées d'une cible du système d'émission, et émission par application de la deuxième loi d'illumination associée aux coordonnées de la cible, afin de générer une onde électromagnétique émise par le système d'émission focalisée sur la cible. D'autre caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un système d'émission d'une onde de forte puissance selon l'invention, - la figure 2 est un schéma bloc illustrant un procédé de calibrage selon l'invention d'un système d'émission tel que celui de la figure 1, la figure 3 est une vue schématique correspondant à la vue de la figure 1, le système étant dans une phase d'émission d'ondes, la figure 4 est une vue schématique correspondant à la vue de la figure 1, le système étant dans une phase de réception d'ondes, la figure 5 est un schéma bloc illustrant un procédé d'émission selon l'invention d'un système d'émission tel que celui de la figure 1 la figure 6 est une vue schématique correspondant à la vue de la figure 1, le système étant dans une phase d'émission d'ondes, la figure 7 est un schéma bloc illustrant une première variante du procédé de calibrage de la figure 2, la figure 8 est un schéma bloc illustrant une première variante du procédé d'émission de la figure 5, la figure 9 est un schéma bloc illustrant une deuxième variante du procédé de calibrage de la figure 2, et la figure 10 est un schéma bloc illustrant une deuxième variante du procédé d'émission de la figure 5. Le système d'émission 10 illustré sur la figure 1 constitue une arme micro-onde propre à émettre, dans une direction d'émission déterminée appelée « direction de tir » sur une cible, un champ ou onde électromagnétique de forte puissance, typiquement dont la puissance crête est supérieure à 10 kW, et destiné à perturber ou détruire tout dispositif comportant de l'électronique et situé dans la direction de tir. Par exemple, il s'agit d'un système d'émission embarqué sur un navire. Il est alors nécessaire de protéger certaines zones de sûreté comportant par exemple des équipements de communication du navire afin de ne pas les détruire ou les endommager au cours de l'utilisation du système d'émission. In particular embodiments of the invention, the calibration method comprises one or more of the following features, taken separately or in any technically possible combination (s): - the step of reception by the antenna of the reflected waves comprises the following steps: reception of the waves reflected by the secondary elementary antenna array, emission by the secondary elementary antenna array of the reflected waves received towards the interior of the cavity in the form of waves reflected re-emitted, propagation of reflected waves re-emitted into the cavity, reception of reflected waves re-transmitted by the or each primary elementary antenna, and transmission by the or each primary elementary antenna to the signal processing unit corresponding to the reegeted reflected waves received by the or each primary elementary antenna; the first calibration wave is emitted by at least one primary antenna of the antenna; the or each first reflector is a target of the transmission system, the first illumination law being adapted so that the electromagnetic wave intended to be emitted by the transmission system has a radiation pattern focused on the target; the or each first reflector is placed in a safety zone, and the first illumination law is adapted so that the electromagnetic wave intended to be emitted by the emission system has a substantially zero radiation pattern in the zone of security; the step of calculating the first illumination law comprises the following steps: calculating a time response matrix from the received primary reflected waves, determining at least one frequency transfer matrix corresponding to the response matrix time, determining a time reversal operator corresponding to the product of the or each frequency transfer matrix by the complex conjugate matrix of the frequency transfer matrix, and applying the time reversal operator to each primary reflected wave received by a primary elementary antenna, the result of this application being associated with the law of illumination of the electromagnetic wave adapted to be emitted by the primary elementary antenna; it comprises the following additional steps: emission of a second electromagnetic calibration wave, reflection of the second calibration wave in the form of secondary reflected waves by a second reflector, reception by the antenna of the secondary reflected waves, and calculation of the a second illumination law for an electromagnetic wave adapted to be emitted by the or each primary elementary antenna under the control of the processing unit, the second illumination law being calculated from the secondary reflected waves received according to the principle time reversal; the second illumination law is adapted so that the electromagnetic wave intended to be emitted by the transmission system has a radiation pattern focused on the second reflector; the second calibration wave is constituted by a wave emitted according to the first law of illumination; it comprises the following additional steps: determination of spatial coordinates of the second reflector, and storage of the second illumination law, associated with the spatial coordinates of the second reflector. The subject of the invention is also a method for transmitting a power wave greater than 10 kW by an emission system as described above, characterized in that it comprises the following step: calibration of the transmission system emission as described above. In particular embodiments of the invention, the transmission method comprises one or more of the following characteristics, taken separately or according to any combination (s) technically possible (s): - it comprises a step d transmitting by applying the first illumination law, to generate an electromagnetic wave emitted by the transmission system having a focused radiation pattern on the target. it comprises a transmission step by applying the first illumination law, in order to generate an electromagnetic wave emitted by the emission system having a substantially zero radiation pattern in the safety zones. it comprises the following additional steps: reflection of the sounding wave in the form of secondary reflected waves by a target of the transmission system, reception by the antenna of the secondary reflected waves, calculation of a second illumination law for an electromagnetic wave adapted to be emitted by the or each primary elementary antenna under the control of the processing unit, the second illumination law being calculated from the secondary reflected waves received according to the principle of time reversal, emission per application of the second illumination law, in order to generate an electromagnetic wave emitted by the emission system focused on the target. it comprises the following additional steps: determination of the coordinates of a target of the transmission system, and emission by application of the second illumination law associated with the coordinates of the target, in order to generate an electromagnetic wave emitted by the transmission system. focused emission on the target. Other features and advantages of the invention will appear on reading the description which follows, given solely by way of example and with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a diagrammatic sectional view; of a system for emitting a high power wave according to the invention, - Figure 2 is a block diagram illustrating a calibration method according to the invention of a transmission system such as that of Figure 1 FIG. 3 is a schematic view corresponding to the view of FIG. 1, the system being in a wave emission phase, FIG. 4 is a schematic view corresponding to the view of FIG. 1, the system being in FIG. a wave reception phase, FIG. 5 is a block diagram illustrating a transmission method according to the invention of a transmission system such as that of FIG. 1; FIG. 6 is a schematic view corresponding to the view; of Figure 1, the system being in a phas 8 is a block diagram illustrating a first variant of the calibration method of FIG. 2, FIG. 8 is a block diagram illustrating a first variant of the transmission method of FIG. FIG. 9 is a block diagram illustrating a second variant of the calibration method of FIG. 2, and FIG. 10 is a block diagram illustrating a second variant of the transmission method of FIG. 5. The transmission system 10 illustrated on FIG. FIG. 1 is a microwave weapon capable of emitting, in a given emission direction called "firing direction" on a target, a high power field or electromagnetic wave, typically having a peak power of more than 10 kW, and intended to disturb or destroy any device having electronics and located in the direction of fire. For example, it is a transmitting system on board a ship. It is then necessary to protect certain security zones comprising, for example, communication equipment of the ship so as not to destroy or damage them during the use of the transmission system.
A cet effet, l'onde électromagnétique émise par le système d'émission 10 selon l'invention a un diagramme de rayonnement nul ou sensiblement nul dans les zones de sûreté et maximal dans la direction de tir afin d'atteindre la cible. A cet effet, le système d'émission 10 selon l'invention comprend une antenne 11 comportant une cavité chaotique 12 et au moins une antenne élémentaire primaire 16 adaptée pour émettre une onde électromagnétique primaire dans la cavité chaotique 12. De préférence, l'antenne 11 comporte plusieurs antennes élémentaires primaires 16 sous la forme d'un réseau d'antennes élémentaires primaires 16, chacune adaptée pour émettre plusieurs ondes électromagnétiques primaires dans la cavité 12, quatre antennes élémentaires primaires 16 étant représentées sur la figure 1. For this purpose, the electromagnetic wave emitted by the transmission system 10 according to the invention has a zero or substantially zero radiation pattern in the safety zones and maximum in the firing direction in order to reach the target. For this purpose, the transmission system 10 according to the invention comprises an antenna 11 comprising a chaotic cavity 12 and at least one primary elementary antenna 16 adapted to emit a primary electromagnetic wave into the chaotic cavity 12. Preferably, the antenna 11 comprises several primary elementary antennas 16 in the form of an array of primary elementary antennas 16, each adapted to emit a plurality of primary electromagnetic waves into the cavity 12, four primary elemental antennas 16 being shown in FIG.
De plus, le système d'émission 10 comporte une unité de pilotage 18 de l'antenne 11 comprenant une unité 20 de traitement des signaux émis et/ou reçus par l'antenne 11. La cavité 12 comprend des parois 22 réfléchissantes, adaptées pour réfléchir chaque onde circulant à l'intérieur de la cavité 12. Les parois 22 sont également adaptées pour limiter les pertes électromagnétiques à l'intérieur de la cavité 22. Les parois 22 sont typiquement en métal, par exemple en cuivre, afin de limiter les pertes en hautes fréquences. In addition, the transmission system 10 comprises a control unit 18 of the antenna 11 comprising a unit 20 for processing signals transmitted and / or received by the antenna 11. The cavity 12 comprises reflective walls 22 adapted to reflect each circulating wave inside the cavity 12. The walls 22 are also adapted to limit the electromagnetic losses inside the cavity 22. The walls 22 are typically made of metal, for example copper, to limit the high frequency losses.
En outre, la cavité 12 est du type cavité chaotique. De façon connue, une cavité chaotique comporte une portion réverbérante 24 délimitée à l'intérieur des parois 22 de la cavité 12 et ayant des propriétés ergodiques vis-à-vis de la propagation d'ondes électromagnétiques à l'intérieur de la portion réverbérante 24. In addition, the cavity 12 is of the chaotic cavity type. In known manner, a chaotic cavity comprises a reverberant portion 24 delimited inside the walls 22 of the cavity 12 and having ergodic properties vis-à-vis the propagation of electromagnetic waves inside the reverberant portion 24 .
La portion réverbérante 24 présente des formes irrégulières, de façon ce que, pour toute onde électromagnétique se propageant/circulant à l'intérieur de la portion réverbérante 24, la probabilité de passage de l'onde en chaque point de la portion réverbérante 24 est égale à la probabilité de passage de l'onde en chaque autre point de la portion réverbérante 24. The reverberant portion 24 has irregular shapes, so that for any electromagnetic wave propagating / circulating inside the reverberant portion 24, the probability of passage of the wave at each point of the reverberant portion 24 is equal the probability of passage of the wave at each other point of the reverberant portion 24.
A cet effet, la portion réverbérante 24 a une forme non régulière, par exemple elle a une section droite en forme générale de D, avec une paroi droite 28 et une paroi incurvée 30. De préférence, la portion réverbérante 24 contient également des tiges (non représentées) disposées à l'intérieur de la cavité, afin d'augmenter l'effet chaotique à l'intérieur de la cavité. La cavité 12 comprend en outre une surface 14 de sortie d'ondes électromagnétiques circulant dans la cavité 12 hors de la cavité 12, ménagée dans une des parois 22. Cette surface de sortie 14 est disposée de façon à ce que les ondes primaires émises par les antennes élémentaires primaires 16 soient forcées de se réfléchir sur les parois 22 pour parvenir à la surface de sortie 14. Une transmission directe des ondes primaires depuis les antennes élémentaires primaires 16 jusqu'à la surface de sortie 14 est ainsi impossible. De préférence, la surface de sortie 14 est constituée par un réseau d'antennes élémentaires secondaires 15 de l'antenne 11, qui sera décrit plus loin. For this purpose, the reverberation portion 24 has a non-regular shape, for example it has a generally D-shaped cross section, with a straight wall 28 and a curved wall 30. Preferably, the reverberant portion 24 also contains rods ( not shown) disposed within the cavity to increase the chaotic effect within the cavity. The cavity 12 further comprises an electromagnetic wave output surface 14 circulating in the cavity 12 outside the cavity 12, formed in one of the walls 22. This outlet surface 14 is arranged so that the primary waves emitted by the primary elementary antennas 16 are forced to reflect on the walls 22 to reach the exit surface 14. Direct transmission of the primary waves from the primary elementary antennas 16 to the exit surface 14 is thus impossible. Preferably, the output surface 14 is constituted by an array of secondary elementary antennas 15 of the antenna 11, which will be described below.
Chaque antenne élémentaire primaire 16 est un émetteur-récepteur et comprend au moins un élément antennaire 46 traversant la paroi droite 28 de la cavité et adapté pour émettre des ondes électromagnétiques primaires à l'intérieur de la cavité 12. Chaque antenne élémentaire primaire 16 comporte en outre un transducteur 44 connecté à l'élément antennaire 46 pour transformer un signal électrique en onde électromagnétique émise par l'élément antennaire 46. En outre, chaque élément antennaire 46 est adapté pour capter des ondes électromagnétiques de l'intérieur de la cavité 12 et les transmettre au transducteur 44, également adapté pour transformer l'onde électromagnétique reçue en signal électrique. Chaque transducteur 44 comporte en outre un amplificateur pour amplifier les signaux électriques générés ou reçus par le transducteur 44. Each primary elemental antenna 16 is a transceiver and comprises at least one antenna element 46 passing through the right wall 28 of the cavity and adapted to emit primary electromagnetic waves inside the cavity 12. Each primary elemental antenna 16 comprises in addition to a transducer 44 connected to the antenna element 46 for transforming an electric signal into an electromagnetic wave emitted by the antenna element 46. In addition, each antenna element 46 is adapted to capture electromagnetic waves from the interior of the cavity 12 and transmit them to the transducer 44, also adapted to transform the received electromagnetic wave into an electrical signal. Each transducer 44 further comprises an amplifier for amplifying the electrical signals generated or received by the transducer 44.
Chaque antenne élémentaire secondaire 15 est adaptée pour émettre les ondes électromagnétiques vers l'extérieur de la cavité 12 et capter des ondes électromagnétiques de l'extérieur de la cavité vers l'intérieur de la cavité. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, chaque antenne élémentaire secondaire 15 comporte un cornet présentant une ouverture, de préférence rectangulaire ou circulaire, qui alimente des guides d'ondes individuels, de section de préférence rectangulaire ou circulaire, ou est alimenté par ces guides d'ondes, chacun de ces guides d'ondes traversant une paroi 22 pour déboucher dans la cavité 12. Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, chaque antenne élémentaire secondaire 15 est constituée par une fente ménagée dans une paroi 22. Dans un troisième mode de réalisation de l'invention, chaque antenne élémentaire secondaire 15 est constituée par un élément conducteur s'étendant pour partie dans la cavité 12 et pour partie hors de la cavité 12, ledit élément conducteur traversant une paroi 22 au travers d'un orifice traversant de faible diamètre ménagé dans ladite paroi 22. Each secondary elementary antenna 15 is adapted to emit the electromagnetic waves towards the outside of the cavity 12 and to capture electromagnetic waves from outside the cavity towards the inside of the cavity. In a first embodiment of the invention, each secondary elementary antenna 15 comprises a horn having an aperture, preferably rectangular or circular, which supplies individual waveguides, of preferably rectangular or circular section, or is powered by these waveguides, each of these waveguides passing through a wall 22 to open into the cavity 12. In a second embodiment of the invention, each secondary elemental antenna 15 is constituted by a slot in a wall 22 In a third embodiment of the invention, each secondary elementary antenna 15 is constituted by a conductive element extending partly in the cavity 12 and partly out of the cavity 12, said conductive element passing through a wall 22 through a through orifice of small diameter formed in said wall 22.
L'élément conducteur est typiquement en cuivre. Sa partie s'étendant à l'extérieur de la cavité 12 a une forme hélicoïdale, rectiligne, ou plate. Le réseau d'antennes élémentaires secondaires 15 est alors respectivement appelé antenne à hélices, antenne à monopôles, ou antenne plate. Chaque antenne élémentaire primaire 16 est commandée par l'unité de pilotage 18. L'unité de pilotage 18 est adaptée pour sélectivement envoyer à chaque antenne élémentaire primaire 16 un signal électrique de commande de l'antenne élémentaire primaire 16 pour que celle-ci émette une onde électromagnétique primaire à l'intérieur de la cavité, et pour enregistrer un signal électrique reçu généré par chaque antenne élémentaire primaire 16 suite à une onde électromagnétique reçue par ladite antenne élémentaire primaire 16. En outre, l'unité de pilotage 18 est également adaptée pour déterminer chaque signal électrique de commande d'une antenne élémentaire primaire 16. A cet effet, l'unité de traitement 20 comporte des moyens de calcul d'une loi d'illumination d'une onde électromagnétique adaptée pour être émise par chaque antenne élémentaire primaire 16 afin de générer l'onde électromagnétique destinée à être émise par le système d'émission 10. Le calcul de la loi d'illumination sera décrit par la suite. Le système d'émission 10 est adapté pour mettre en oeuvre un procédé de calibrage et un procédé d'émission tous deux selon l'invention qui seront détaillés par la suite. The conductive element is typically copper. Its portion extending outside the cavity 12 has a helical, straight, or flat shape. The secondary elementary antenna array 15 is then called a helix antenna, monopole antenna, or flat antenna, respectively. Each primary elemental antenna 16 is controlled by the control unit 18. The control unit 18 is adapted to selectively send to each primary elementary antenna 16 an electrical signal for controlling the primary elementary antenna 16 so that it transmits a primary electromagnetic wave inside the cavity, and for recording a received electrical signal generated by each primary elementary antenna 16 following an electromagnetic wave received by said primary elemental antenna 16. In addition, the control unit 18 is also adapted to determine each electrical control signal of a primary elementary antenna 16. For this purpose, the processing unit 20 comprises means for calculating an illumination law of an electromagnetic wave adapted to be emitted by each antenna elementary element 16 to generate the electromagnetic wave to be emitted by the emitter system 10. The calculation of the law of illumination will be described later. The transmission system 10 is adapted to implement a calibration method and a transmission method both according to the invention which will be detailed later.
Le fonctionnement d'un tel système d'émission 10 va maintenant être décrit en détail en regard des figures 2 à 6. The operation of such a transmission system 10 will now be described in detail with reference to FIGS. 2 to 6.
Dans un premier temps, le système d'émission 10 est calibré selon un procédé de calibrage 100 selon l'invention illustré en figure 2. Ce procédé de calibrage 100 d'un système d'émission 10 selon l'invention comporte tout d'abord une étape 102 de génération et d'émission par l'antenne 11 d'une onde électromagnétique sous forme d'une première onde de calibrage selon l'axe d'émission de l'antenne 11. La figure 3 illustre le système d'émission selon l'invention au cours de l'étape 102 d'émission de la première onde de calibrage. A cet effet, l'unité de traitement 20 génère et transmet, au cours d'une étape 104 un signal de commande à une des antennes élémentaires primaires 16. In a first step, the transmission system 10 is calibrated according to a calibration method 100 according to the invention illustrated in FIG. 2. This calibration method 100 of a transmission system 10 according to the invention comprises firstly a step 102 of generation and emission by the antenna 11 of an electromagnetic wave in the form of a first calibration wave along the transmission axis of the antenna 11. FIG. 3 illustrates the transmission system according to the invention during step 102 of emission of the first calibration wave. For this purpose, the processing unit 20 generates and transmits, during a step 104, a control signal to one of the primary elementary antennas 16.
Puis, en 106, ladite antenne élémentaire primaire 16 émet une première onde électromagnétique de calibrage correspondant au signal de commande reçu. En 108, la première onde électromagnétique de calibrage se propage dans la cavité 12 en se réfléchissant sur les parois 22, jusqu'à être reçue par le réseau d'antennes élémentaires secondaires 15 au cours d'une étape 110. Then, at 106, said primary elementary antenna 16 emits a first electromagnetic calibration wave corresponding to the received control signal. At 108, the first electromagnetic calibration wave propagates in the cavity 12 by reflecting on the walls 22, until it is received by the secondary elementary antenna array 15 during a step 110.
Elle est ensuite émise par ledit réseau d'antennes élémentaires secondaires 15 hors de la cavité 12 selon l'axe d'émission de l'antenne 11 au cours d'une étape 112. Le procédé 100 de calibrage se poursuit par une étape 114 de réflexion de la première onde de calibrage sur des premiers réflecteurs, sous forme d'ondes réfléchies primaires. Les premiers réflecteurs sont placés hors de la cavité 12, dans des zones de sûreté 60. Par exemple, les premiers réflecteurs sont d'autres équipements de communication adaptés pour capter l'onde de calibrage et en réémettre une portion en direction de l'antenne 11. Selon un autre exemple, des premiers réflecteurs temporaires sont mis en place au préalable devant les zones de sûreté 60. Cela permet de protéger des zones de sûreté qui ne constituent pas des points brillants d'un point de vue électromagnétique (par exemple les zones de passage potentiel de personnes). Puis l'antenne 11 reçoit au cours d'une étape 116 les ondes réfléchies primaires. La figure 4 illustre le système d'émission selon l'invention au cours de cette étape 116 de réception des ondes réfléchies primaires. A cet effet, le réseau d'antennes élémentaires secondaires 15 reçoit les ondes réfléchies primaires en 118 et les réémet vers l'intérieur de la cavité 12 sous la forme d'ondes réfléchies primaires réémises en 120. Ensuite, en 122, ces ondes réfléchies primaires réémises se propagent dans la cavité 12, en particulier par réflexion sur les parois 22 de la cavité 12. It is then transmitted by said network of secondary elementary antennas 15 out of the cavity 12 along the axis of transmission of the antenna 11 during a step 112. The calibration method 100 continues with a step 114 of FIG. reflection of the first calibration wave on first reflectors, in the form of primary reflected waves. The first reflectors are placed outside the cavity 12, in safety zones 60. For example, the first reflectors are other communication equipment adapted to pick up the calibration wave and re-transmit a portion towards the antenna 11. In another example, first temporary reflectors are set up before the safety zones 60. This makes it possible to protect safety zones that do not constitute electromagnetically bright spots (for example areas of potential passage of people). Then the antenna 11 receives during a step 116 the primary reflected waves. FIG. 4 illustrates the transmission system according to the invention during this step 116 for receiving the primary reflected waves. For this purpose, the secondary elementary antenna array 15 receives the primary reflected waves at 118 and retransmits them into the interior of the cavity 12 in the form of primary reflected waves reemitted at 120. Then, at 122, these reflected waves reemitted primary propagate in the cavity 12, in particular by reflection on the walls 22 of the cavity 12.
Au cours d'une étape 124, les ondes réfléchies primaires réémises sont finalement captées par une ou plusieurs antennes élémentaires primaires 16. De préférence, les ondes réfléchies primaires réémises sont captées par les antennes élémentaires primaires 16 n'ayant pas servi à l'émission de la première onde d'apprentissage. During a step 124, the reemitted primary reflected waves are finally picked up by one or more primary elementary antennas 16. Preferably, the reemitted primary reflected waves are picked up by the primary elementary antennas 16 that have not been used for transmission. of the first learning wave.
Des portions de la première onde de calibrage réfléchie sont donc captées par les antennes élémentaires primaires 16. Ces ondes sont converties en signaux électriques correspondant aux portions des ondes réfléchies primaires réémises reçues par les transducteurs des antennes élémentaires primaires 16 et amplifiés, puis transmis à l'unité de traitement 20 au cours d'une étape 126. L'unité de traitement 20 enregistre ces signaux électriques afin de les traiter. Les étapes 102, 114 et 116 sont répétées pour chaque antenne élémentaire primaire 16. Ainsi, une première onde de calibrage est émise par chaque antenne élémentaire primaire 16, et des signaux électriques sont enregistrés pour traitement suite à la réflexion de chaque première onde de calibrage sur les premiers réflecteurs. Lorsque toutes les antennes élémentaires primaires 16 ont émis une première onde de calibrage, le procédé se poursuit par une étape 128 de calcul par les moyens de calculs de l'unité de traitement 20 d'une première loi d'illumination d'une onde électromagnétique adaptée pour être émise par la ou chaque antenne élémentaire primaire 16 afin de générer l'onde électromagnétique destinée à être émise par le système d'émission 10. La première loi d'illumination est calculée à partir des signaux correspondant aux ondes réfléchies primaires reçues selon le principe de retournement temporel. A cet effet, les moyens de calculs mettent en oeuvre un procédé tel que celui décrit dans l'article de H. C. Song, S. Kim,a) W. S. Hodgkiss, et W. A. Kuperman intitulé « Environmentally adaptive reverberation nulling using a time reversai mirror », The Journal of the Acoustical Society of America, 2004, vol. 116, n 2, pp 762-768 et noté A1. Ainsi, les moyens de calculs calculent une matrice de réponse temporelle à partir des ondes réfléchies reçues, puis déterminent au moins une matrice de transfert fréquentielle correspondant à la matrice de réponse temporelle. Ensuite, ils déterminent un opérateur de retournement temporel correspondant au produit de la ou chaque matrice de transfert fréquentielle par la matrice conjuguée complexe de la matrice de transfert fréquentielle. Puis les moyens de calculs appliquent cet opérateur de retournement temporel à chaque onde réfléchie primaire reçue par chaque antenne élémentaire primaire 16. Le résultat de cette application est la loi d'illumination de l'onde électromagnétique adaptée pour être émise par l'antenne élémentaire primaire 16. Un signal de commande, déduit de la première loi d'illumination, est ensuite généré pour chaque antenne élémentaire primaire et enregistré dans une mémoire du module de pilotage 18. La première loi d'illumination est automatiquement calculée pour avoir un champ électrique nul ou très faible dans les zones de sureté 60. Le procédé se poursuit par une étape 130 d'émission d'une deuxième onde électromagnétique de calibrage selon l'axe d'émission de l'antenne 11. Portions of the first reflected calibration wave are thus captured by the primary elementary antennas 16. These waves are converted into electrical signals corresponding to the portions of the reemitted primary reflected waves received by the transducers of the primary elementary antennas 16 and amplified, and then transmitted to the processing unit 20 in a step 126. The processing unit 20 records these electrical signals in order to process them. Steps 102, 114 and 116 are repeated for each primary elementary antenna 16. Thus, a first calibration wave is emitted by each primary elementary antenna 16, and electrical signals are recorded for processing following the reflection of each first calibration wave. on the first reflectors. When all the primary elementary antennas 16 have emitted a first calibration wave, the method continues with a step 128 of calculation by the calculation means of the processing unit 20 of a first law of illumination of an electromagnetic wave adapted to be emitted by the or each primary elementary antenna 16 to generate the electromagnetic wave to be emitted by the transmission system 10. The first illumination law is calculated from the signals corresponding to the primary reflected waves received according to the principle of time reversal. For this purpose, the calculation means implement a method such as that described in the article by HC Song, S. Kim, a) WS Hodgkiss, and WA Kuperman entitled "Environmentally adaptive reverberation nulling using a time reverse mirror", The Journal of the Acoustical Society of America, 2004, vol. 116, No. 2, pp. 762-768 and noted A1. Thus, the calculation means calculate a time response matrix from the received reflected waves, and then determine at least one frequency transfer matrix corresponding to the time response matrix. Then, they determine a time reversal operator corresponding to the product of the or each frequency transfer matrix by the complex conjugate matrix of the frequency transfer matrix. Then the calculation means apply this time reversal operator to each primary reflected wave received by each primary elementary antenna 16. The result of this application is the law of illumination of the electromagnetic wave adapted to be emitted by the primary elementary antenna 16. A control signal, derived from the first law of illumination, is then generated for each primary elementary antenna and recorded in a memory of the control module 18. The first law of illumination is automatically calculated to have a zero electric field or very low in areas of safety 60. The method continues with a step 130 of emission of a second electromagnetic calibration wave along the axis of transmission of the antenna 11.
A cet effet, l'unité de traitement 20 génère et transmet, au cours d'une étape 132 un signal de commande à chaque antenne élémentaire primaire 16. Ce signal de commande est généré par application de la première loi d'illumination. Puis, en 134, chaque antenne élémentaire primaire 16 émet une onde électromagnétique primaire correspondant au signal de commande reçu. For this purpose, the processing unit 20 generates and transmits, during a step 132, a control signal to each primary elementary antenna 16. This control signal is generated by applying the first illumination law. Then, at 134, each primary elemental antenna 16 emits a primary electromagnetic wave corresponding to the received control signal.
En 136, chaque onde électromagnétique primaire se propage dans la cavité 12 en se réfléchissant sur les parois 22, jusqu'à être reçue par le réseau d'antennes élémentaires secondaires 15 au cours d'une étape 138. Ledit réseau d'antennes élémentaires secondaires 15, stimulé par les ondes électromagnétiques primaires, émet alors la deuxième onde d'apprentissage hors de la cavité 12, selon l'axe d'émission de l'antenne 11, au cours d'une étape 140. A l'étape d'émission 130 succède une étape 142 de réflexion de la deuxième onde de calibrage sous forme d'ondes réfléchies secondaires. La deuxième onde de calibrage est réfléchie par un deuxième réflecteur, différent des premiers réflecteurs. Ce deuxième réflecteur n'était pas présent lors des étapes 102 et 114, et a été ajouté entre l'étape 114 et l'étape 130. On notera que, la deuxième onde de calibrage étant émise selon la première loi d'illumination, elIlle ne se réfléchit pas sur les premiers réflecteurs. Puis l'antenne 11 reçoit au cours d'une étape 144 les ondes réfléchies secondaires. At 136, each primary electromagnetic wave propagates in the cavity 12 by reflecting on the walls 22, until it is received by the secondary elementary antenna array 15 during a step 138. Said secondary elementary antenna array 15, stimulated by the primary electromagnetic waves, then emits the second learning wave out of the cavity 12, along the transmission axis of the antenna 11, during a step 140. At the step of emission 130 follows a step 142 of reflection of the second calibration wave in the form of secondary reflected waves. The second calibration wave is reflected by a second reflector, different from the first reflectors. This second reflector was not present during the steps 102 and 114, and was added between the step 114 and the step 130. It will be noted that, the second calibration wave being emitted according to the first law of illumination, elIlle does not reflect on the first reflectors. Then the antenna 11 receives during a step 144 the secondary reflected waves.
A cet effet, le réseau d'antennes élémentaires secondaires 15 reçoit les ondes réfléchies secondaires en 146 et les réémet vers l'intérieur de la cavité 12 sous la forme d'ondes réfléchies secondaires réémises en 148. Ensuite, en 150, ces ondes réfléchies secondaires réémises se propagent dans la cavité 12, en particulier par réflexion sur les parois 22 de la cavité 12. For this purpose, the secondary elementary antenna array 15 receives the secondary reflected waves at 146 and retransmits them towards the interior of the cavity 12 in the form of secondary reflected waves reemitted at 148. Then, at 150, these reflected waves reemitted secondary propagate in the cavity 12, in particular by reflection on the walls 22 of the cavity 12.
Au cours d'une étape 152, les ondes réfléchies secondaires réémises sont finalement captées par les antennes élémentaires primaires 16. Des portions de la deuxième onde de calibrage réfléchie sont donc captées par les antennes élémentaires primaires 16. Ces ondes sont converties en signaux électriques correspondant aux portions des ondes réfléchies deuxièmes réémises reçues par les transducteurs des antennes élémentaires primaires 16 et amplifiés, puis transmis à l'unité de traitement 20 au cours d'une étape 154. L'unité de traitement 20 enregistre ces signaux électriques afin de les traiter. A l'étape de réception 144 succède une étape 156 de calcul par les moyens de calculs de l'unité de traitement 20 d'une deuxième loi d'illumination d'une onde électromagnétique adaptée pour être émise par la ou chaque antenne élémentaire primaire 16 afin de générer l'onde électromagnétique destinée à être émise par le système d'émission 10. La deuxième loi d'illumination est calculée à partir des signaux correspondant aux ondes réfléchies secondaires reçues selon le principe de retournement temporel. During a step 152, the reemitted secondary reflected waves are finally picked up by the primary elementary antennas 16. Portions of the second reflected calibration wave are thus picked up by the primary elementary antennas 16. These waves are converted into corresponding electrical signals. to the portions of the reflected second re-transmitted waves received by the transducers of the primary elementary and amplified antennas 16 and then transmitted to the processing unit 20 during a step 154. The processing unit 20 records these electrical signals in order to process them . At the reception step 144 succeeds a step 156 of calculation by the calculation means of the processing unit 20 of a second law of illumination of an electromagnetic wave adapted to be emitted by the or each primary elementary antenna 16 in order to generate the electromagnetic wave to be emitted by the transmission system 10. The second illumination law is calculated from the signals corresponding to the secondary reflected waves received according to the time reversal principle.
En particulier, les moyens de calcul interprètent les ondes réfléchies secondaires comme formant une onde d'apprentissage, et appliquent un opérateur de retournement temporel à chaque onde réfléchie secondaire reçue de façon à ce que la mise en oeuvre de la deuxième loi d'illumination par chaque antenne élémentaire primaire 16 résulte en la formation d'une onde identique à l'onde d'apprentissage à l'emplacement du deuxième réflecteur. Le calcul d'un tel opérateur de retournement temporel est connu de l'homme du métier. Ainsi, la deuxième loi d'illumination est adaptée pour que l'onde émise par le système d'émission 10 ait un diagramme de rayonnement focalisé sur le deuxième réflecteur. In particular, the computing means interpret the secondary reflected waves as forming a training wave, and apply a time reversal operator to each secondary reflected wave received so that the implementation of the second illumination law by each primary elementary antenna 16 results in the formation of a wave identical to the learning wave at the location of the second reflector. The calculation of such a time reversal operator is known to those skilled in the art. Thus, the second illumination law is adapted so that the wave emitted by the transmission system 10 has a radiation pattern focused on the second reflector.
Ultérieurement ou simultanément aux étapes 130, 142, 144 et 156, le procédé de calibration 100 comprend une étape 158 de détermination de coordonnées spatiales du deuxième réflecteur. Ces coordonnées spatiales correspondent aux coordonnées du deuxième réflecteur dans un plan perpendiculaire à la direction d'émission du système d'émission 10, dans un référentiel centré sur la surface de sortie 14. Subsequently or simultaneously with steps 130, 142, 144 and 156, the calibration method 100 includes a step 158 of determining spatial coordinates of the second reflector. These spatial coordinates correspond to the coordinates of the second reflector in a plane perpendicular to the emission direction of the transmission system 10, in a frame centered on the exit surface 14.
Enfin, le procédé de calibrage 100 comprend une ultime étape 160 de mise en mémoire de la deuxième loi d'illumination, associée aux coordonnées spatiales du deuxième réflecteur. De préférence, les étapes 130, 142, 144, 156, 158 et 160 sont répétées pour différentes positions du deuxième réflecteur. Ainsi, plusieurs deuxièmes lois d'illumination sont mémorisées, chacune étant associée à une position du deuxième réflecteur testée. Finally, the calibration method 100 comprises a final step 160 of storing the second illumination law, associated with the spatial coordinates of the second reflector. Preferably, steps 130, 142, 144, 156, 158 and 160 are repeated for different positions of the second reflector. Thus, a plurality of second illumination laws are stored, each being associated with a position of the second reflector tested.
Dans un second temps, le système d'émission 10 émet une onde électromagnétique au moyen de chaque antenne élémentaire primaire 16 afin de générer l'onde électromagnétique émise par le système d'émission 10. Ce procédé d'émission 200 est schématisé sur la figure 5, et illustré par la Figure 6. Le procédé 200 comprend première étape 202 de préparation de l'émission. Cette première étape 202 comprend une sous-étape 204 de détection d'une cible 62 dans un théâtre d'opération, suivie d'une sous-étape 206 d'identification de la position de la cible 62, et d'une sous-étape 208 de choix d'une deuxième loi d'illumination appropriée. De manière connue, la cible 62 est détectée lors de la sous-étape 204 au moyen d'un radar de conduite de tir (non représenté) équipant le système d'émission 10. En particulier, lors de la sous-étape 206, le radar de conduite de tir détermine les coordonnées de la cible 62 dans le référentiel utilisé lors du procédé de calibrage 100. In a second step, the transmission system 10 emits an electromagnetic wave by means of each primary elemental antenna 16 in order to generate the electromagnetic wave emitted by the transmission system 10. This emission method 200 is shown diagrammatically in the figure 5, and illustrated in FIG. 6. The method 200 includes first step 202 of preparing the emission. This first step 202 comprises a sub-step 204 for detecting a target 62 in an operating theater, followed by a sub-step 206 for identifying the position of the target 62, and a substep 208 of choosing a second law of appropriate illumination. In known manner, the target 62 is detected during the sub-step 204 by means of a fire control radar (not shown) equipping the transmission system 10. In particular, during the sub-step 206, the fire control radar determines the coordinates of the target 62 in the reference frame used during the calibration process 100.
Enfin, lors de la sous-étape 208, le système d'émission 208 choisit la deuxième loi d'illumination appropriée comme étant la deuxième loi d'illumination mémorisée associée aux coordonnées de la cible 62. Le système d'émission 10 procède ensuite, lors d'une deuxième étape 210, à l'émission d'une onde électromagnétique par application de la deuxième loi d'illumination choisie. A cet effet, lors d'une sous-étape 212, l'unité de pilotage 18 transmet à chaque antenne élémentaire primaire 16 le signal de commande calculé pour ladite antenne 16, par application de la deuxième loi d'illumination. Chaque antenne élémentaire primaire 16 émet alors en 214 une onde primaire 16 correspondant audit signal de commande. Ensuite, en 216, les ondes primaires se réfléchissent sur les parois 22 de la cavité 12, et donnent naissance à une onde secondaire adaptée pour se propager en direction du réseau d'antennes élémentaires secondaires. Ledit réseau capte cette onde secondaire en 218 et la réémet hors de la cavité 12. Finally, during the sub-step 208, the transmission system 208 selects the second appropriate illumination law as the second stored illumination law associated with the coordinates of the target 62. The transmission system 10 then proceeds, during a second step 210, the emission of an electromagnetic wave by application of the second illumination law chosen. For this purpose, during a substep 212, the control unit 18 transmits to each primary elementary antenna 16 the control signal calculated for said antenna 16, by applying the second law of illumination. Each primary elementary antenna 16 then emits at 214 a primary wave 16 corresponding to said control signal. Then, at 216, the primary waves are reflected on the walls 22 of the cavity 12, and give rise to a secondary wave adapted to propagate towards the secondary elementary antenna array. Said network picks up this secondary wave at 218 and resets it out of the cavity 12.
Cette onde réémise agit finalement, en 220, de manière constructive au niveau de la cible 62, de sorte que l'énergie de ladite onde se trouve concentrée sur la cible 62. L'onde électromagnétique générée par le système d'émission 10 est ainsi focalisée sur la cible 62. Le système d'émission 10 selon l'invention est donc particulièrement avantageux, dans la mesure où il permet de produire des ondes de forte puissance avec un rendement relativement élevé. This re-emitted wave finally acts, at 220, in a constructive manner at the level of the target 62, so that the energy of said wave is concentrated on the target 62. The electromagnetic wave generated by the transmission system 10 is thus The emission system 10 according to the invention is therefore particularly advantageous insofar as it makes it possible to produce high power waves with a relatively high efficiency.
Tout d'abord, on conçoit que le système d'émission 10 permet d'obtenir des ondes de forte puissance en utilisant des antennes élémentaires primaires 16 de relativement faible puissance. En effet, les puissances des ondes primaires émises par les antennes élémentaires primaires 16 s'additionnent au niveau de la cible 62. Firstly, it can be seen that the transmission system 10 makes it possible to obtain high power waves by using primary elementary antennas 16 of relatively low power. Indeed, the powers of the primary waves emitted by the primary elementary antennas 16 add up at the level of the target 62.
En outre, alors que les ondes primaires sont émises sur une durée relativement longue, l'instant d'interaction des ondes primaires est relativement bref : l'énergie se retrouve donc concentrée temporellement, ce qui permet d'obtenir une onde de puissance beaucoup plus élevée que celle des ondes émises par les antennes élémentaires primaires 16. In addition, while the primary waves are emitted over a relatively long period of time, the interaction time of the primary waves is relatively brief: the energy is thus concentrated temporally, which makes it possible to obtain a much higher power wave. higher than that of the waves emitted by primary elementary antennas 16.
La puissance maximale possible du système de génération 10 peut également être augmentée en augmentant le nombre de sources primaires 16 à l'intérieur de la cavité 12. Or le placement de ces sources 16 à l'intérieur de la portion réverbérante 24 est particulièrement aisé, leur positionnement ne devant pas répondre à des exigences de positionnement précis comme dans le cas des cavités résonnantes. The maximum possible power of the generation system 10 can also be increased by increasing the number of primary sources 16 inside the cavity 12. However, the placement of these sources 16 inside the reverberant portion 24 is particularly easy, their positioning must not meet precise positioning requirements as in the case of resonant cavities.
De plus, le système d'émission 10 permet d'émettre des ondes de types variés. Il suffit en effet, pendant la phase de calibrage, d'émettre une onde de calibrage d'un type particulier pour que le système d'émission 10 émette des ondes de ce type. Il est ainsi possible de faire varier aisément le spectre de fréquence et la durée de l'impulsion émise par l'antenne 11. On notera également que, selon le type d'antennes élémentaires secondaires 15 utilisé, il peut être possible de contrôler la phase et la polarisation de l'onde. En outre, lors des phases d'émission du système d'émission 10, l'énergie électromagnétique des ondes primaires reste relativement diffuse dans la portion réverbérante 24. Les risques de claquage diélectrique sont ainsi réduits, et les antennes élémentaires primaires 16 se trouvent à l'abri de réflexions de forte puissance. Un autre avantage du système d'émission selon l'invention est que le traitement de retournement temporel est réalisé au cours de l'étape de calibrage 100 et est par conséquent réalisé en différé de l'émission. Un dernier avantage du système d'émission selon l'invention qu'il peut être utilisé en fonctionnement omnidirectionnel tout en évitant des zones que l'on souhaite protéger. Le système d'émission selon l'invention permet ainsi une atténuation supérieure à 40dB des effets fratricides. Contrairement aux systèmes d'émission classiques qui réalisent un traitement en temps réel des signaux afin d'appliquer le principe de retournement temporel, les traitements des signaux reçus par le système d'émission peuvent être traités une seule fois au cours de la phase de calibrage du système, et donc de manière différée. In addition, the transmission system 10 makes it possible to emit waves of various types. It suffices, during the calibration phase, to emit a calibration wave of a particular type so that the transmission system 10 emits waves of this type. It is thus possible to easily vary the frequency spectrum and the duration of the pulse emitted by the antenna 11. It will also be noted that, depending on the type of secondary elementary antennas 15 used, it may be possible to control the phase and the polarization of the wave. In addition, during the emission phases of the transmission system 10, the electromagnetic energy of the primary waves remains relatively diffuse in the reverberant portion 24. The risks of dielectric breakdown are thus reduced, and the primary elementary antennas 16 are the shelter of reflections of strong power. Another advantage of the transmission system according to the invention is that the time reversal processing is carried out during the calibration step 100 and is therefore carried out in deferred transmission. A final advantage of the transmission system according to the invention that it can be used in omnidirectional operation while avoiding areas that it is desired to protect. The emission system according to the invention thus allows attenuation greater than 40 dB of the fratricidal effects. Unlike conventional transmission systems that perform real-time signal processing in order to apply the time reversal principle, the processing of signals received by the transmission system can be processed once during the calibration phase. of the system, and thus deferred.
Une première variante des procédés de calibrage 100' et d'émission 200' est présentée sur les Figures 7 et 8. Dans cette variante, le procédé de calibrage 100' comprend les étapes 102, 114, 116 et 128 du procédé de calibrage 100. Il ne comprend pas les étapes 130 à 160. A first variant of the calibration 100 'and emission methods 200' is shown in FIGS. 7 and 8. In this variant, the calibration method 100 'comprises the steps 102, 114, 116 and 128 of the calibration method 100. It does not include steps 130 to 160.
Quant au procédé d'émission 200', il comprend la même étape d'émission 210 que le procédé d'émission 200, mais l'étape 202 de préparation de l'émission du procédé 200 est remplacée par une étape 230 de sondage du théâtre d'opération. Lors de cette étape de sondage 230, une onde électromagnétique de sondage est émise, en 232, par le système d'émission 10, en application de la première loi d'illumination. Cette onde électromagnétique de sondage a donc un diagramme de rayonnement sensiblement nul dans les zones de sûreté 60, et n'est pas susceptible d'être réfléchie par les premiers réflecteurs se trouvant dans ces zones 60. Cette étape d'émission 230 est identique à l'étape d'émission 130 du procédé de calibrage 100. Cette onde de sondage est ensuite réfléchie sous forme d'ondes réfléchies secondaires, en 234, par une cible 62 du système d'émission. Ces ondes réfléchies secondaires sont ensuite reçues par l'antenne 11, lors d'une sous-étape 236. Cette sous-étape 236 est identique à l'étape 144 de réception du procédé de calibrage 100. Enfin, lors d'une sous-étape 238, les moyens de calculs de l'unité de traitement 20 calculent une deuxième loi d'illumination d'une onde électromagnétique adaptée pour être émise par la ou chaque antenne élémentaire primaire 16 afin de générer l'onde électromagnétique destinée à être émise par le système d'émission 10. La deuxième loi d'illumination est calculée à partir des signaux correspondant aux ondes réfléchies secondaires reçues selon le principe de retournement temporel. Le calcul opéré est identique à celui de l'étape de calcul 156 du procédé de calibrage 100. Ainsi, la deuxième loi d'illumination est adaptée pour que l'onde émise par le système d'émission 10 ait un diagramme de rayonnement focalisé sur la cible 62. L'onde émise lors de l'étape 210 est alors émise en application de ladite deuxième loi d'illumination calculée lors de la sous-étape 238. As for the transmission method 200 ', it comprises the same transmission step 210 as the transmission method 200, but the process generation preparation step 202 is replaced by a theater sounding step 230 operation. During this probing step 230, an electromagnetic sounding wave is emitted, at 232, by the transmission system 10, in application of the first law of illumination. This electromagnetic sounding wave thus has a substantially zero radiation pattern in the safety zones 60, and is not likely to be reflected by the first reflectors in these zones 60. This emitting step 230 is identical to the transmitting step 130 of the calibration process 100. This sounding wave is then reflected as secondary reflected waves, at 234, by a target 62 of the transmission system. These secondary reflected waves are then received by the antenna 11, during a substep 236. This substep 236 is identical to the step 144 for receiving the calibration method 100. Finally, during a subset step 238, the calculation means of the processing unit 20 calculate a second law of illumination of an electromagnetic wave adapted to be emitted by the or each primary elementary antenna 16 in order to generate the electromagnetic wave intended to be emitted by the emission system 10. The second illumination law is calculated from the signals corresponding to the secondary reflected waves received according to the time reversal principle. The calculation performed is identical to that of the calculation step 156 of the calibration method 100. Thus, the second law of illumination is adapted so that the wave emitted by the transmission system 10 has a radiation pattern focused on the target 62. The wave emitted during the step 210 is then emitted in application of said second illumination law calculated during the substep 238.
Grâce à cette variante, le calibrage du système d'émission 10 est réalisé plus rapidement. On dispose ainsi plus rapidement d'un système d'émission prêt à l'utilisation. En outre, le système d'émission 10 est plus souple d'utilisation, puisque peut concentrer son émission dans la direction de la position exacte de la cible, et non dans une position approchée, les bases de données ne pouvant stocker des deuxièmes lois d'illumination que pour un nombre fini de positions potentielles de la cible. With this variant, the calibration of the transmission system 10 is carried out more quickly. This provides faster delivery system ready to use. In addition, the transmission system 10 is more flexible in use, since it can concentrate its emission in the direction of the exact position of the target, and not in an approximate position, since the databases can not store second laws of illumination only for a finite number of potential positions of the target.
Toutefois, le système d'émission 10 est dans cette variante coûteux, car il nécessite une grande puissance de calcul pour être en mesure d'effectuer les opérations de retournement temporel suffisamment rapidement. Une deuxième variante des procédés de calibrage 100" et d'émission 200" est présentée sur les Figures 9 et 10. En regard de la Figure 9, le procédé de calibrage 100" comprend les mêmes étapes 102 et 116 que le procédé de calibrage 100. L'étape de réflexion 114 est remplacée par une étape 170 de réflexion de la première onde de calibrage sous forme d'ondes réfléchies primaires par une cible 62 du système d'émission 10. L'étape 128 est remplacée par une étape 172 de calcul d'une première loi d'illumination adaptée pour que l'onde électromagnétique destinée à être émise par le système d'émission 10 ait un diagramme de rayonnement focalisé sur la cible 62. Le procédé de calibrage 100" ne comprend pas les étapes 130 à 160. Lors de l'étape 172, les moyens de calculs de l'unité de traitement 20 calculent une première loi d'illumination d'une onde électromagnétique adaptée pour être émise par la ou chaque antenne élémentaire primaire 16 afin de générer l'onde électromagnétique destinée à être émise par le système d'émission 10. La première loi d'illumination est calculée à partir des signaux correspondant aux ondes réfléchies primaires reçues selon le principe de retournement temporel. Le calcul opéré est identique à celui de l'étape de calcul 156 du procédé de calibrage 100. Le procédé d'émission 200" comprend une unique étape 240 d'émission d'une onde électromagnétique par application de la première loi d'illumination calculée à l'étape 172 du procédé de calibrage 100. Cette étape d'émission 240 est identique à l'étape d'émission 210 du procédé d'émission 200. However, the transmission system 10 is in this costly variant because it requires a large computing power to be able to perform the time reversal operations sufficiently quickly. A second variant of the 100 "and emission 200" calibration methods is shown in FIGS. 9 and 10. Referring to FIG. 9, the calibration method 100 "comprises the same steps 102 and 116 as the calibration method 100 The reflection step 114 is replaced by a step 170 of reflection of the first calibration wave in the form of primary reflected waves by a target 62 of the transmission system 10. The step 128 is replaced by a step 172 of calculating a first illumination law adapted so that the electromagnetic wave to be emitted by the transmission system 10 has a focused radiation pattern on the target 62. The calibration method 100 "does not include the steps 130 to 160. In step 172, the computing means of the processing unit 20 calculate a first law of illumination of an electromagnetic wave adapted to be emitted by the or each primary elementary antenna 16 in order to generate the electromagnetic wave to be emitted by the transmission system 10. The first illumination law is calculated from the signals corresponding to the primary reflected waves received according to the principle of time reversal. The calculation performed is identical to that of the calculation step 156 of the calibration method 100. The emission method 200 "comprises a single step 240 for emitting an electromagnetic wave by applying the first calculated illumination law. in step 172 of the calibration process 100. This transmission step 240 is identical to the transmission step 210 of the transmission method 200.
Cette variante est adaptée au cas où il n'est pas nécessaire d'éviter d'éventuels effets fratricides. Elle permet d'émettre rapidement après la phase de calibrage. Toutefois, le système d'émission 10 est dans cette variante coûteux, car il nécessite une grande puissance de calcul pour être en mesure d'effectuer les opérations de retournement temporel suffisamment rapidement. This variant is adapted to the case where it is not necessary to avoid possible fratricidal effects. It makes it possible to emit quickly after the calibration phase. However, the transmission system 10 is in this costly variant because it requires a large computing power to be able to perform the time reversal operations sufficiently quickly.
En option, le système d'émission 10 comporte une pluralité d'antennes identiques à l'antenne 11, de façon à former un réseau d'antennes, et des moyens de déphasage des ondes électromagnétiques émises par les antennes les unes par rapport aux autres. Cela permet d'orienter la direction d'émission du système d'émission 10 en établissant un déphasage approprié des ondes électromagnétiques émises par les antennes les unes par rapport aux autres, sans devoir procéder à une rotation mécanique du système d'émission 10. La manipulation du système d'émission 10 est ainsi facilitée. Optionally, the transmission system 10 comprises a plurality of antennas identical to the antenna 11, so as to form an antenna array, and means of phase shift of the electromagnetic waves emitted by the antennas relative to each other . This makes it possible to orient the emission direction of the transmission system 10 by establishing an appropriate phase shift of the electromagnetic waves emitted by the antennas with respect to each other, without having to carry out a mechanical rotation of the transmission system 10. manipulation of the transmission system 10 is thus facilitated.
Selon une variante, le système d'émission est monté sur un support de façon rotative autour de l'axe dudit support. Dans ce cas, la phase de calibrage doit être répétée après avoir atteint la position désirée par rotation du système d'émission autour de l'axe du support. According to a variant, the transmission system is rotatably mounted on a support around the axis of said support. In this case, the calibration phase must be repeated after reaching the desired position by rotation of the transmission system around the axis of the support.
On conçoit alors qu'un tel système d'émission permet de générer une onde de très forte puissance dont la direction d'émission est variable tout en maintenant la protection contre les effets fratricides aux mêmes endroits quand on modifie l'orientation du système. Par ailleurs, le système d'émission selon l'invention permet de s'affranchir des difficultés à intégrer des tubes à vide vis-à-vis de leur adaptation à une antenne de type réseau classique. En outre, le système d'émission, tout en étant compact, permet d'associer aisément en parallèle des amplificateurs à état solide directement connectés aux cavités chaotiques ayant un bon rendement et large bande. It is then conceivable that such an emission system makes it possible to generate a wave of very high power whose transmission direction is variable while maintaining the protection against the fratricidal effects in the same places when the orientation of the system is changed. Furthermore, the transmission system according to the invention overcomes the difficulties of integrating vacuum tubes vis-à-vis their adaptation to a conventional network type antenna. In addition, the transmission system, while compact, allows to easily combine in parallel solid state amplifiers directly connected to chaotic cavities having a good performance and broadband.
De plus, un tel système d'émission est d'une grande fiabilité puisque la perte d'un émetteur ne dégrade que faiblement le système. On conçoit que le système d'émission micro-onde selon l'invention permet la production de très forte puissance crête et moyenne, en large bande, sans rayonnement ionisant au niveau du tube, tout en restant compact et en supprimant les risques d'effets fratricides. In addition, such a transmission system is highly reliable since the loss of a transmitter degrades only slightly the system. It is conceivable that the microwave transmission system according to the invention allows the production of very high peak and average power, broadband, without ionizing radiation at the tube, while remaining compact and eliminating the risk of effects. fratricidal.
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Legal Events
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