FR2998975A1 - Procede de filtrage, dans un signal radar, des ambiguites distance par codage d'impulsions et traitement multi-voies - Google Patents

Abstract

Procédé de filtrage des ambigüités distance dans un signal radar rétrodiffusé comportant les étapes suivantes : - Une étape (401) de réception d'un signal radar rétrodiffusé, - Une étape (402) de génération, pour chaque voie de réception, d'une image radar focalisée (SAR1,SAR2,SARP), pour au moins une case distance D : - Une étape (403) de détermination de la direction d'arrivée en site - Une étape (404) de détermination du vecteur de pointage S(θD) dans la direction d'arrivée en site θD, - Une étape (405) de construction de la matrice ZD contenant les P spectres Doppler extraits desdites images radar focalisées (SAR1,SAR2,SARP) pour ladite case distance D, - Une étape (406) de calcul de la matrice d'autocorrélation ΓD des échos parasites, issus d'une ambigüité en distance, - Une étape (408) de filtrage de la matrice ZD par un filtre wD, - Une étape (409) de construction de l'image radar focalisée finale.

Description

Procédé de filtrage, dans un signal radar, des ambiguïtés distance par codage d'impulsions et traitement multi-voies La présente invention concerne le domaine de la production d'images 5 radar focalisées, notamment des images obtenues par ouverture synthétique, cette technique étant communément désignée par l'acronyme anglo-saxon SAR pour « Synthetic Aperture Radar ». L'invention a pour objet un procédé de filtrage des ambigüités distance dans un signal radar dans le but d'atténuer la pollution générée, au 10 sein d'images SAR, par la présence parasite d'échos issus de réflecteurs ambigus en distance. L'invention a également pour objet un système radar multivoies pour la mise en oeuvre du procédé de filtrage des ambigüités distance. Le terme radar multivoies désigne un radar comprenant un réseau antennaire apte à 15 être décomposé en plusieurs sous-réseaux associés chacun à une voie de réception distincte. L'invention s'applique avantageusement pour des signaux radar à fréquence de récurrence élevée, c'est-à-dire offrant une valeur d'ambigüité en fréquence Doppler suffisamment grande pour s'affranchir de la pollution 20 générée, sur l'image SAR, par les échos ambigus en fréquence Doppler. L'invention s'applique à la production d'images SAR à partir d'un aéronef équipé d'un système radar comprenant plusieurs voies de réception en site. L'invention s'applique notamment pour les systèmes radar fonctionnant selon un mode SAR GMTI (de l'acronyme anglos-saxon Ground 25 Moving Target Indicator). La présence d'échos ambigus est inhérente au procédé d'imagerie SAR, pour les raisons suivantes, explicitées à l'appui de la figure 1. La figure 1 illustre un procédé d'imagerie SAR d'une zone de terrain 30 éclairée par le faisceau 101 d'un radar monté sur un porteur 100 en mouvement, par exemple un aéronef. Sur le haut de la figure 1 est représenté une vue de dessus du porteur 100 et du faisceau 101 alors que le bas de la figure 1 représente une vue de côté de la même scène. Le radar embarqué présente un fonctionnement en émission et en réception. Dans son fonctionnement en émission, il émet périodiquement des 5 impulsions avec une fréquence de répétition ou récurrence fr. Dans son fonctionnement en réception, il collecte au cours du temps les échos rétrodiffusés par les réflecteurs situés au sol et éclairés par le faisceau. L'analyse des retards avec lesquels sont réceptionnés les échos associés à une impulsion donnée permet de déterminer les distances entre le radar et 10 les différents réflecteurs à l'origine de ces échos. En étudiant le signal rétrodiffusé impulsion après impulsion, il est en outre possible de déterminer, par analyse spectrale, les fréquences Doppler de chacun des réflecteurs. Dans le cas de réflecteurs fixes appartenant à la zone du sol à imager, la connaissance de la fréquence Doppler permet de 15 remonter à un angle G par rapport au vecteur vitesse V du radar en mouvement, et par conséquent à un azimut. Un problème lié à l'utilisation d'un train d'impulsions périodiques est l'apparition d'un phénomène d'ambiguïté. 20 Pour une impulsion donnée, dans la plage temporelle de réception associée à la plage en distance occupée par les réflecteurs de la zone à imager 110, sont également collectés des échos parasites issus d'autres impulsions du train émis. Ces échos sont générés par des réflecteurs occupant des plages distance dites ambiguës 111,112,113, c'est à dire 25 séparées de la plage distance d'intérêt par un multiple de la longueur de l'ambiguïté distance égale à DA=c/(2f,), où c désigne la vitesse de la lumière. On parle d'« ambiguïtés Distance ». Plus la fréquence de récurrence fr est élevée, plus l'ambigüité en distance DA est faible et plus le nombre de plages ambigües éclairées par le faisceau est élevé.

D'autre part, un problème d'ambigüité Doppler existe également. En effet, l'analyse spectrale permettant de déterminer les fréquences Doppler des échos s'effectue sur un signal échantillonné à une fréquence fr correspondant à la fréquence de répétition des impulsions. Par conséquent, 5 des signaux dont les fréquences Doppler sont séparées d'un multiple de la fréquence fr sont vus à la même fréquence par le radar. Comme pour les plages distance, il existe donc des plages angulaires ambiguës à l'intérieur desquelles les réflecteurs fixes possèdent des fréquences Doppler identiques, vues du radar (c'est à dire modulo la fréquence de récurrence fr), 10 à celles des réflecteurs de la zone imagée. On parle d'« ambiguïtés Doppler ». Dans un mode radar SAR « classique », pour une géométrie d'acquisition donnée, le choix de la fréquence de récurrence fr est effectué de manière à réaliser le meilleur compromis entre d'une part, une fréquence 15 de récurrence fr basse minimisant le niveau des ambiguïtés distance, au prix d'une augmentation de la pollution générée par les échos ambigus en Doppler et d'autre part, une fréquence de récurrence fr élevée minimisant le parasitage par les ambiguïtés Doppler, en renforçant en contrepartie la pollution occasionnée par les échos ambigus en distance. 20 L'atténuation de la pollution générée par les échos ambigus est généralement prise en compte lors de la définition de la forme d'onde du signal radar, où la valeur de la fréquence de récurrence fr est déterminée de manière à éviter qu'une zone de terrain ambiguë soit éclairée par le faisceau radar et bénéficie ainsi d'un bilan de liaison non négligeable. Autrement dit, 25 pour éviter le phénomène d'ambigüités Distance, une solution consiste à choisir une fréquence de récurrence fr basse, cependant un tel choix induit un autre phénomène d'ambigüités Doppler, comme explicité ci-dessus. En outre, pour des modes radar SAR longue portée, le champ du faisceau radar est en général rasant, comme cela est illustré sur la vue de côté de la figure 30 1, et donc éclaire une très grande zone de terrain, ce qui entraine l'apparition potentielle de nombreux réflecteurs parasites ambigus en distance. La vitesse du porteur du radar a également une influence car plus elle est élevée, plus la plage de fréquence des échos reçus est importante ce qui accentue le phénomène d'ambigüités Doppler.

On voit donc, pour toutes les raisons invoquées ci-dessus, que la seule optimisation de la fréquence de récurrence ne permet pas d'offrir une solution satisfaisante dans tous les cas de figure. Lorsque cette fréquence de récurrence est élevée, un problème existe donc pour éliminer ou diminuer l'influence du phénomène d'ambigüité 10 distance. L'invention propose une solution au problème précité lorsque la fréquence de récurrence est élevée en introduisant un procédé de filtrage de l'influence des échos issus de réflecteurs au sol ambigus en distance. 15 La solution proposée présente notamment l'avantage de ne pas nécessiter une connaissance de la localisation angulaire des réflecteurs au sol parasites. L'invention a ainsi pour objet un procédé de filtrage des ambigüités 20 distance dans un signal radar rétrodiffusé comportant les étapes suivantes exécutées par un système radar multivoies : Une étape de réception, par un réseau antennaire composé d'une pluralité P de sous-réseaux, d'un signal radar rétrodiffusé, Une étape de génération, pour chaque voie de réception associée 25 à un sous-réseau, d'une image radar focalisée, indicée selon une première dimension par une pluralité de cases distances et selon une seconde dimension par une pluralité de cases Doppler, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes suivantes, exécutées pour au moins une case distance D: Une étape de détermination de la direction d'arrivée en site e9D associée à la case distance D, Une étape de détermination du vecteur de pointage S(OD) du réseau antennaire dans la direction d'arrivée en site eD, Une étape de construction de la matrice ZD contenant les P spectres Doppler extraits desdites images radar focalisées pour ladite case distance D, Une étape de calcul de la matrice d'autocorrélation r, des échos parasites, issus d'une ambigüité en distance, qui affectent le signal radar rétrodiffusé, Une étape de calcul d'un filtre wp , destiné à être appliqué à ladite matrice ZD et apte à minimiser la puissance des échos parasite après filtrage tout en conservant la puissance de l'écho d'intérêt au sein du signal radar rétrodiffusé, Une étape de filtrage de la matrice ZD par ledit filtre wp , Une étape de construction de l'image radar focalisée finale par agrégation des matrices ZD filtrées pour un ensemble de cases distance. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, ledit filtre wp est calculé à l'aide de la relation suivante W = SH (eD)XF où I-1D SH(9)x F'D-1 x désigne l'opérateur transposé conjugué. Dans une variante de réalisation, le procédé selon l'invention comporte en outre les étapes suivantes: - une rotation de phase (p(n) est ajoutée à l'émission du signal radar sur chaque impulsion n émise suivant une distribution prédéfinie et - ladite rotation de phase cp(n) est compensée sur les impulsions du signal radar rétrodiffusé reçu sur chaque voie.

Selon un aspect particulier de l'invention, la distribution prédéfinie des rotations de phase (p(n) est une distribution aléatoire dans l'intervalle [0, 2-rd. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, la matrice d'autocorrélation r D des échos parasites est estimée à l'aide de la relation suivante FD = ZDZoneClaire X ZDZoneClaireH n" 7 '"" D,ZoneClaire désigne la matrice ZD dans laquelle seules les cases Doppler appartenant à une zone prédéfinie Zc ont été conservées, la dite zone Zc étant choisie telle qu'elle ne comporte sensiblement que des contributions provenant d'échos parasites. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, ladite zone Zc exclue une zone sensiblement centrale de l'image radar focalisée de largeur en Doppler sensiblement égale à Af =(2V/À)sin(G) YÔGfaisceau, avec V la vitesse de déplacement du porteur du système radar, À la longueur d'onde du signal,G l'angle entre la direction de déplacement du porteur et la direction de pointage du faisceau du radar, et 6Gfaisceau l'ouverture angulaire en gisement du faisceau radar. L'invention a également pour objet un système radar multivoies comprenant un générateur d'impulsions, un réseau antennaire, décomposé en une pluralité P de sous-réseaux, une pluralité P de voies de réception associées, ledit système étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens adaptés à mettre en oeuvre le procédé de filtrage des ambigüités distance dans un signal radar rétrodiffusé et reçu par le dit système selon l'invention. Selon un aspect particulier de l'invention, ledit réseau antennaire est décomposé verticalement en une pluralité P de sous-réseaux de sorte à 25 former une pluralité de voies de réception en site. Selon un aspect particulier de l'invention, les moyens adaptés à mettre en oeuvre le procédé de filtrage comprennent un moyen pour générer une rotation de phase (p(n) et l'ajouter à l'émission du signal radar sur chaque impulsion n émise suivant une distribution prédéfinie et un moyen pour compenser ladite rotation de phase (p(n) sur les impulsions du signal radar rétrodiffusé reçu sur chaque voie. Selon un aspect particulier de l'invention, le système selon l'invention est destiné à être embarqué dans un porteur mobile, par exemple un 5 aéronef. D'autres caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description détaillée donnée à titre d'exemple et non limitative qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : 10 La figure 1, une illustration de la géométrie du problème lié au phénomène d'ambigüités en distance lors de l'acquisition d'échos radar, La figure 2, une illustration, sur plusieurs images SAR, de la contribution associée aux différents rangs d'ambigüités distance 15 lorsque l'invention n'est pas appliquée, La figure 3a, un schéma d'un réseau antennaire découpé en plusieurs sous-réseaux, La figure 3b, une reprise de la figure 1, La figure 3c, une vue de la figure 1 zoomée sur le plan du réseau 20 antennaire, La figure 4, un organigramme illustrant les étapes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, La figure 5a, un diagramme représentant un train d'impulsions émis et deux échos reçus, 25 La figure 5b, un diagramme représentant les mêmes trains d'impulsions qu'à la figure 5a avec ajout d'une phase erratique à l'émission et avec compensation de cette phase en réception, La figure 6, une illustration, sur plusieurs images SAR, de la contribution associée aux différents rangs d'ambigüités distance 30 lorsqu'une rotation de phase erratique est appliquée à l'émission et compensée en réception, - La figure 7, un synoptique d'un système radar comprenant des moyens adaptés pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention.

La figure 1 illustre la géométrie du problème visé par la présente invention. Un radar embarqué dans un porteur 100, par exemple un aéronef se déplaçant à une vitesse V, éclaire une zone au sol à imager 110. Le faisceau 101 du radar est tel que la zone au sol éclairée est en fait plus importante que la zone à imager 110. Elle inclue des zones ambigües en distance 111,112,113, c'est-à-dire des zones contenant potentiellement des réflecteurs dont la distance avec le radar est espacée d'un multiple de la distance ambigüe DA par rapport à la distance entre le radar et un des réflecteurs à imager dans la zone visée 110. La distance ambigüe est égale à DA=c/(2fr), où c désigne la vitesse de la lumière et fr la fréquence de récurrence des impulsions émises par le radar. Deux réflecteurs dont les distances sont séparées d'un multiple de la distance ambigüe sont vus à la même distance par le radar. En effet, à l'instant où le radar réceptionne un écho issu du réflecteur de la zone à imager 110, il réceptionne également un écho issu de réflecteurs des zones dites ambigües en distance 111,112,113.

Lorsque la fréquence de récurrence des impulsions est élevée, la distance ambigüe est faible ce qui entraine l'apparition au sol de réflecteurs éclairés par le faisceau du radar, dont les distances modulo la distance ambigüe DA appartiennent à la plage de distances ambigües occupée par les réflecteurs de la zone à imager et dont les fréquences Doppler appartiennent à la plage Doppler occupée par les réflecteurs de la zone à imager. Ces réflecteurs sont par conséquent susceptibles de générer des échos parasites visibles sur l'image SAR finale. Dans l'exemple illustré à la figure 1, les réflecteurs bénéficiant d'un bilan de liaison significatif, c'est-à-dire qui sont éclairés par le faisceau du 30 radar de telle sorte qu'ils peuvent potentiellement générer un écho perceptible sur l'image SAR finale, couvrent au total quatre rangs d'ambigüité en distance : le rang d'ambigüité d'intérêt associé à la zone à imager 110 ainsi que 3 rangs d'ambigüités qu'on désigne par la suite comme rangs d'ambigüités pollueurs, associées aux zones 111,112 et 113.

La figure 2 illustre, sur plusieurs images SAR, la contribution des différents rangs d'ambigüités et l'impact sur l'image SAR finale construite par le radar dans la configuration schématisée à la figure 1. Sur la figure 2 sont illustrées, très schématiquement, cinq images SAR 210,211,212,213,230.

Une image SAR est constituée de cases Doppler/distance, c'est-à-dire que pour un ensemble de valeurs de fréquences Doppler (en abscisse) et de distance radar-réflecteur (en ordonnée), le contenu d'une case traduit la réflectivité de la zone de terrain délimitée par une cellule de résolution Doppler/distance. Le principe de la construction d'une image SAR est bien connu et ne fait pas l'objet de l'invention, il n'est donc pas développé ici. Sur la gauche de la figure 2 sont représentées les images SAR correspondant aux échos associés aux différents rangs d'ambigüité. L'image 210 correspond au rang d'ambigüité d'intérêt de la zone à imager 110 dont l'image 220 est située dans une zone en fréquence de largeur M =(2V/À)5in(G)*ÔGfaisceau, OCI À est la longueur d'onde du signal radar et EIGfaisceau l'ouverture angulaire du faisceau radar. Cette plage fréquentielle représente la plage Doppler occupée par l'ensemble des réflecteurs fixes du sol situés dans la plage distance d'intérêt et éclairés par le faisceau radar. Cette zone est restreinte en largeur par rapport à la largeur de la plage fréquentielle d'analyse d'une image SAR, qui est égale à la fréquence de récurrence fr. En effet, le contexte de mise en oeuvre de l'invention correspond à un choix d'une fréquence de récurrence élevée Ce phénomène permet de définir, dans l'image SAR associée aux réflecteurs éclairés par le faisceau radar et appartenant à la plage distance d'intérêt (rang d'ambigüité d'intérêt), des zones Ze appelées zones claires dans lesquelles aucun écho issu d'un réflecteur fixe n'est reçu.

Les images SAR 211,212,213 correspondent respectivement aux rangs d'ambigüités pollueurs des zones ambigües en distance 111,112,113. Ces images comportent, dans leur zone centrale, une contribution parasite 221,222,223, et aucune contribution ou des contributions de niveau faible dans les zones claires. La décomposition des images SAR associées aux différents rangs d'ambigüités est faite à titre illustratif pour la bonne compréhension de l'invention mais en pratique, le radar ne peut pas effectuer cette discrimination car il reçoit l'ensemble des échos simultanément ce qui aboutit à la construction de l'image SAR finale 230 égale à la somme des images SAR 210,211,212,213. Sur l'image SAR finale, les contributions des échos parasites viennent polluer la zone imagée 220 ce qui aboutit à une zone imagée 231 considérablement bruitée.

Le procédé selon l'invention est avantageusement mis en oeuvre par un radar comprenant plusieurs voies de réception associées à plusieurs sous-réseaux d'un réseau antennaire. Sur la figure 3a est représenté un réseau antennaire RA constitué d'une pluralité d'éléments rayonnants agencés sur la surface d'un cercle. Un moyen de créer plusieurs sous-réseaux antennaires à partir du réseau RA consiste à le décomposer en sous-réseaux SR1,SR2,SR3,SR4 comprenant chacun un sous-ensemble des éléments rayonnants du réseau RA. Avantageusement, la décomposition est effectuée de sorte à disposer d'une pluralité de voies de réception en site. Un moyen pour obtenir ce résultat est de diviser le réseau RA verticalement en P sous-panneaux. Le nombre P de sous-réseaux, égal à 4 sur l'exemple de la figure 3a, détermine le nombre maximal de rangs d'ambigüités qu'il est possible de neutraliser. En utilisant un nombre P de voies de réception en site, il est possible de neutraliser P-1 directions pollueuses en site, comme cela sera explicité par la suite. Ainsi l'exemple de la figure 3a décrivant 4 sous-réseaux est bien adapté au scénario de la figure 1 pour lequel 3 rangs d'ambigüité distance existent. 2 9989 75 11 La figure 3b reprend l'exemple donné à la figure 1, en vue de coté, en identifiant un réflecteur dans chaque zone 110,111,112,113 du sol potentiellement source d'échos au signal radar reçu. Dans cet exemple, on considère que le radar reçoit un écho du réflecteur RD principal à imager, 5 situé à une distance D du radar, et trois autres échos pollueurs des réflecteurs ambigus en distance RD-DA, RD+DA et RD+2DA situés respectivement à une distance du radar égale à D-DA, D+DA et D+2DA. La figure 3c représente une vue agrandie de la zone 300 de la figure 3b correspondant au réseau antennaire du radar et à la réception des 4 10 échos par ce réseau. Les quatre sous-réseaux antennaires SR1,SR2,SR3,SR4 sont associés à quatre récepteurs ou voies de réceptions VR1,VR2,VR3,VR4. Pour un réflecteur donné éclairé par le faisceau du radar, le signal 15 issu de ce réflecteur et reçu par le radar à un instant donné s'exprime comme un vecteur à P dimensions, dont chaque composante est associée à une voie de réception. La relation liant les P composantes de ce vecteur entre elles peut être décrite à l'aide d'un vecteur unitaire de dimension P, traditionnellement appelé vecteur de pointage ou Steering Vector en anglais 20 et noté S. Ce vecteur caractérise la réponse antennaire des P voies de réception de l'antenne dans une direction donnée, autrement dit elle contient la réponse en phase de chaque sous-réseau antennaire à un signal reçu dans une direction donnée. Le vecteur de pointage S vérifie la relation SH x S =1, où H désigne l'opérateur transposé conjugué. 25 Avec la partition de l'antenne utilisée pour former les P voies en site, les réflecteurs au sol éclairés par le faisceau radar et situés à une même distance D présentent au premier ordre un vecteur de pointage S identique. En effet, le vecteur de pointage S dépend principalement de l'angle a entre la direction d'arrivée d'un écho rétrodiffusé et l'axe 301 reliant les P 30 centres de phase des P sous-réseaux antennaires SR1,SR2,SR3,SR4.

Plutôt que l'angle a, on utilise ici son complémentaire 0 = g/2- a pour caractériser le vecteur de pointage S(0). Cet angle est représenté sur la figure 3c pour chacun des quatre réflecteurs identifiés à la figure 3b. L'ensemble des réflecteurs du sol éclairés par le faisceau et situés à une même distance D du radar se caractérisent par un angle 0 similaire (ou plus exactement dont la variation est négligeable par rapport à l'ouverture angulaire du faisceau en site). Cet angle est noté 0D . A l'instant où le radar reçoit les échos issus des réflecteurs d'intérêt RD c'est-à-dire ceux appartenant à la zone à imager 110 situés à une 10 distance D et caractérisés par une direction d'arrivée 0D' il reçoit également les échos des réflecteurs du sol RD-DA, RD÷DA et RD+2DA situés aux distances D-Fkx DA et caractérisés par les directions d'arrivée D4kxDA .k désigne ici le numéro de rang d'ambiguïté pollueur. Dans l'exemple de la figure 3c, k est égal à -1,1 ou 2. Les échos d'intérêt sont donc caractérisés par le vecteur de 15 pointage S(0D). Les échos parasites sont caractérisés quant à eux par les vecteurs de pointage S(OD,k'DA ). La figure 4 représente, sur un organigramme les étapes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. 20 Dans une première étape 401, les échos issus de la réflexion du signal radar sur les différents réflecteurs éclairés par le faisceau radar sont reçus par les P voies de réception du système radar. Dans une variante de réalisation de l'invention, une étape 410 est exécutée pour compenser, sur les impulsions reçues, une rotation de phase 25 appliquée à l'émission du signal radar. Cette variante de l'invention est décrite plus loin dans la description. Dans une étape suivante 402, pour chaque voie de réception, une image SAR distance-Doppler SARI ,SAR2,...SARp est construite à partir des signaux collectés sur les P voies de réception pendant une durée 30 d'intégration Te couvrant un nombre de récurrences en fréquences Doppler NFFT. La construction d'images SAR à partir d'échos reçus est connue de l'Homme du métier, spécialiste des radars à impulsions, et n'est pas développée ici. Les P images SAR1,SAR2,...,SARp peuvent être regroupées dans un tableau à 3 dimensions dont la première dimension est l'indice du 5 numéro de voie de réception, la deuxième dimension est le numéro d'une case distance et la troisième dimension est le numéro d'une case Doppler. Les étapes suivantes 403,404,405,406,407,408 sont ensuite exécutées pour chaque case distance D selon la deuxième dimension du tableau précité. 10 Dans une étape suivante 403, on détermine la direction d'arrivée en site e' associée au réflecteur d'intérêt situé au sol à une distance D du radar. Cette direction d'arrivée en site 0D' exprimée dans un référentiel lié à l'antenne, est par exemple estimée à partir de la distance D et d'une mesure de l'altitude du porteur et de ses attitudes (tangage, roulis, lacet). 15 A partir de la direction d'arrivée en site op et de la connaissance du diagramme d'antenne des différents sous-réseaux antennaires, il est possible, dans une étape 404, de déterminer le vecteur de pointage ou steering vector S(0,). Dans une étape successive ou simultanée 405, on construit la matrice 20 ZD regroupant les P spectres Doppler associés aux P voies de réception à partir du tableau en 3 dimensions précédemment construit. Cette matrice peut s'écrire sous la forme ZD =YD XD. Y, est la matrice contenant la contribution des signaux utiles, c'est-à-dire les échos provenant de la zone de terrain à imager et reçus par le réseau 25 antennaire selon une direction angulaire e' et avec un vecteur de pointage S(61, ). X, est la matrice contenant la contribution des échos parasites associés à l'ensemble des rang d'ambigüité en distance pollueurs. Les signaux issus d'un rang d'ambigüité pollueur d'indice k sont caractérisés par le vecteur de pointage SKk,<Dj. Cette matrice intègre également le bruit thermique qui, contrairement aux signaux parasites issus des rangs d'ambigOité en distance, est dé-corrélé d'une voie de réception à une autre. Dans une étape suivante 406, on estime la matrice d'autocorrélation des signaux parasites FD = XDXDH de dimension P par P. Une méthode possible pour estimer cette matrice est décrite plus loin dans la description. Toute autre méthode équivalente à celle décrite et produisant le même résultat est également envisageable. A partir de l'estimée rAD de la matrice d'autocorrélation des signaux parasites et du vecteur de pointage SK ) dans la direction angulaire °D' on détermine, dans une étape suivante 407, le filtre wD qui minimise la puissance du signal parasite après filtrage, puissance égale à w.011 x FD x wp sous contrainte de la conservation de la puissance du signal utile qui se traduit par la relation : wDH x )= 1.

Ce problème de minimisation sous contrainte conduit à la solution suivante : H= (t9D)xr,-1 w D sH(eD)x rD-1 x Une fois le filtre wD déterminé, une étape 408 de filtrage est exécutée de sorte à filtrer la matrice ZD des spectres Doppler selon la relation H suivante : ZD,fii'é = WD X Z D .

L'ensemble des matrices filtrées zD, distance D est enfin agrégé dans une dernière étape 409 pour obtenir l'image SAR finale, résultat du procédé de filtrage selon l'invention. Sans sortir du cadre de l'invention, le procédé s'applique de façon identique pour un sous-ensemble des cases distance constituant l'image SAR, par exemple en prenant une case distance sur N, N étant un nombre entier supérieur ou égal à 2. Le procédé s'applique également en regroupant plusieurs cases distance en blocs et en appliquant les étapes 403 à 408 à filtré obtenues pour chaque case l'ensemble des blocs ou à un sous-ensemble de cet ensemble. En prenant en compte ces variantes de réalisation, l'Homme du métier comprendra que le terme « case distance » désigne à la fois une case de résolution en distance minimale ou un groupe de cases formant un bloc.

On décrit à présent une méthode, selon l'invention, permettant d'estimer la matrice d'autocorrélation des signaux parasites FD = XDXDH Cette méthode consiste à obtenir, dans les images SAR générées à l'issue de l'étape 402, au moins une zone contenant exclusivement la 10 contribution des signaux parasites. Pour cela, la méthode consiste au préalable, à coder les impulsions du signal radar émises en leur ajoutant une rotation erratique de phase, suivant un motif de variation (p(n) prédéfini, où n est l'indice de l'impulsion dans le train d'impulsions émis. Le déphasage (p(n) imprimé est constant sur 15 une impulsion d'indice n. Le motif de variation peut être défini comme une suite de N tirages aléatoires dans l'intervalle [0,2-rr[ ou au moins dans un sous-ensemble de l'intervalle [0,2Tr[ comprenant au moins deux valeurs (par exemple 0 et Tr). L'application de cette rotation erratique de phase à l'émission se répercute sur les échos reçus par le radar et permet d'identifier 20 les échos suivant leur rang d'ambigüité distance. A la réception du signal rétrodiffusé, le déphasage cp(n) est compensé sur chaque impulsion reçue, selon le motif de variation prédéterminé. Cette compensation a pour effet d'annuler la rotation de phase pour l'écho issu du réflecteur d'intérêt de la zone à imager alors que les échos issus de réflecteurs ambigus en distance 25 conservent une erreur de phase erratique. Ainsi, la cohérence de phase d'impulsion à impulsion est détruite pour les échos parasites appartenant aux rangs d'ambigüité pollueurs. Ce principe est illustré sur les figures 5a et 5b. La figure 5a représente sur un diagramme temporel un train 30 d'impulsions 501 émis dans lequel chaque impulsion est identifiée par un indice n variant de 0 à N.

Sur le même diagramme est représenté un premier écho 502 correspondant au rang d'ambigüité d'intérêt, reçu avec un retard Ti par rapport au signal émis 501. Le retard Ti permet d'en déduire la distance D entre le radar et le réflecteur d'intérêt. Sur le diagramme de la figure 5a est 5 également représenté un second écho 503 correspondant à un rang d'ambigüité parasite. Ce second écho 503 est reçu avec un retard T2 correspondant à une distance ambigüe. Le diagramme de la figure 5a représente les échos reçus de façon dissociée, mais dans la réalité ils sont reçus simultanément, le récepteur ne sait donc pas les dissocier et les échos 10 issus de rang d'ambigüité parasites viennent polluer l'écho utile. La figure 5b représente, sur un même diagramme temporel, un train d'impulsions 511 émis dans lequel chaque impulsion d'indice n est affectée d'une rotation de phase p(n). Sur le même diagramme est représenté l'écho 15 utile 512 reçu, qui est affecté des mêmes rotations de phase que le train d'impulsions émis. Sur le même diagramme est également représenté un écho parasite 513 qui est également affecté des mêmes rotations de phase que le train d'impulsions émis. Cependant on remarque que les impulsions de l'écho utile 512 et de l'écho parasite 513 sont reçues avec un décalage, 20 dans l'exemple de la figure 5b, égal à la période de répétition des impulsions. Sur le bas de la figure 5b sont représentés l'écho utile 522 et l'écho parasite 523 reçus lorsque le train d'impulsions reçu est compensé des rotations de phase (p(n) imprimées à l'émission. On voit que l'écho utile 522 est corrigé en phase de sorte à rétablir la cohérence de phase entre 25 impulsions alors que l'écho parasite 523 présente toujours une différence de phase résiduelle Elcp(n)= (p(n) - cp(n-(r-rp)), avec r le rang d'ambigüité d'intérêt et rp le rang d'ambigüité de l'écho parasite. Ce terme de phase résiduel permet ainsi de détruire la cohérence de phase d'impulsion à impulsion pour les échos parasites appartenant aux rangs d'ambiguïté pollueurs. Sur l'image 30 Distance-Doppler fournissant la contribution d'un rang d'ambiguïté pollueur, un écho ponctuel voit désormais son énergie diluée sur l'ensemble de la plage Doppler analysée de largeur égale à la valeur de la fréquence de récurrence fr. La figure 6 représente les cinq mêmes images SAR déjà représentées 5 à la figure 2, avec cette fois l'application de la méthode décrite ci-dessus d'ajout d'une rotation de phase erratique en émission et de compensation de cette rotation de phase en réception. La comparaison des images SAR des figures 2 et 6 permet de déduire les phénomènes suivants. L'énergie parasite des échos ambigus en distance 10 est désormais répartie uniformément sur l'ensemble de la plage Doppler analysée, de largeur fr. Cet aspect est illustré schématiquement par les images SAR 611,612,613 correspondant aux trois rangs d'ambigüité pollueurs. L'énergie du signal est répartie sur toute l'image et non plus sur la zone restreinte de largeur en fréquence Af tel qu'explicité ci-dessus pour le 15 cas de la figure 2. En outre, contrairement au cas classique de la figure 2, il n'existe plus de pics d'énergie parasite associés à la présence de réflecteurs ponctuels ambigus de forte réflectivité qui viendrait perturber la zone à imager 220. Grâce à la compensation en phase réalisée en réception, l'image SAR 20 610 associée au rang d'ambigüité d'intérêt n'est pas altérée en comparaison à celle obtenue 210 sans ajout et compensation de rotation de phase erratique. Sur l'image SAR 620 résultant de la somme des images SAR 610,611,612,613 associées aux différents rangs d'ambigüité en distance, on 25 remarque ainsi l'apparition de zones Zc, appelées sur l'exemple de la figure 2 zones claires, qui ne contiennent pas ou peu d'échos utiles et qui sont composées majoritairement de signaux issus des rangs d'ambigüités parasites 611,612,613. 30 On revient à présent à la description du procédé de filtrage d'ambigüités distance selon l'invention décrit à la figure 4.

En appliquant en émission une rotation de phase prédéterminée à chaque impulsion et en compensant cette rotation de phase dans une étape supplémentaire 410 du procédé selon l'invention exécutée sur les signaux reçus sur les P voies du système radar, on dispose alors, sur chacune des P 5 images SAR fournies en sortie de l'étape 402, d'une zone claire Zc composée quasi exclusivement de signaux parasites et dépourvue de signaux d'intérêt issus de la zone à imager. La position des frontières de la zone claire dans une image SAR peut être estimée d'après la connaissance de la géométrie d'acquisition, de la valeur de la fréquence de récurrence fr et 10 de l'ouverture angulaire du faisceau en azimut. Comme explicité à la figure 2, les zones claires sont situées de part et d'autre d'une zone centrale de largeur en fréquence Doppler égale à Af = (2V/À)sin(G) y6Gfaisceau. Une mise en oeuvre possible de l'étape 406 de calcul de la matrice d'autocorrélation des signaux parasites FD = XDXDH consiste à calculer la A 15 matrice suivante FD = Z D ,zoneciaire X Z D v ,ZoneClaeH OÙ Z D,ZoneClaire désigne la matrice ZD calculée à l'étape 405 dans laquelle seules les cases Doppler appartenant à la zone claire ont été conservées. Dans le cas où un réflecteur mobile est éclairé par le faisceau du radar, les échos mobiles d'intérêt peuvent se retrouver dans une zone claire. 20 Cependant, pour une case Distance donnée, leur énergie est très inférieure à l'énergie de l'ensemble des échos fixes pollueurs situés dans les rangs d'ambigüités en distance pollueurs. Par conséquent, la contribution des échos mobiles d'intérêt ne vient pas biaiser significativement l'estimation de la matrice de covariance FD = XDXDH . 25 Pour parer cependant à toute éventualité, on peut éliminer de manière simple la contribution des échos mobiles de forte réflectivité présents dans la zone claire, en se basant sur la propriété suivante. Contrairement aux échos parasites, l'énergie d'un écho mobile d'intérêt est concentrée sur une seule case Distance-Doppler, ou sur un 30 nombre très limité de cases distance-Doppler contigües. Par conséquent, il est possible de détecter un pic d'énergie dans la zone claire correspondant à un écho mobile pour ensuite mettre à zéro les cases Distance-Doppler détectées afin qu'elles ne soient pas prises en compte dans l'estimation de la matrice de covariance.

Dans une variante de réalisation de l'invention, afin d'améliorer l'estimation de la matrice d'autocorrélation des signaux parasites rD = X DX DH en exploitant un nombre d'échantillons plus important, il peut être intéressant d'estimer cette matrice en effectuant une intégration sur plusieurs cases Distance centrées sur la case Distance traitée. Cette 10 intégration consiste, par exemple, à sommer les matrices d'autocorrélation associées à plusieurs cases Distance contiguës. Le procédé selon l'invention a été décrit ci-dessus sur la base de l'hypothèse d'une forme d'onde de résolution radiale faible, autrement dit de 15 largeur de bande fréquentielle émise étroite, et une durée d'intégration Te courte. Dans un tel cas, on peut considérer que, pour un réflecteur donné appartenant à la zone d'intérêt à imager, la direction D sous laquelle est vue ce réflecteur dans le repère antenne peut être considérée comme constante tout au long de la durée d'intégration Te. Il en est de même pour 20 les directions t D+kxDA associées aux échos parasites issus des rangs d'ambiguïté pollueurs. En outre, on prend également l'hypothèse que les vecteurs de pointage SK ) et 4/9'k,<DA ) associés à ces directions peuvent être considérés comme constants sur l'ensemble de la bande fréquentielle occupée par le signal émis.

25 Dans le cas où les hypothèses précitées ne sont pas vérifiées, autrement dit pour les modes radar nécessitant une largeur de bande fréquentielle du signal émis plus conséquente et une durée d'intégration longue, il est possible de se ramener aux hypothèses précitées en appliquant sur le signal collecté une découpe en plusieurs « sous-bandes » 30 et en plusieurs « sous-éclairements ». Le procédé de filtrage selon l'invention est ensuite mis en oeuvre à partir des images SAR Distance-Doppler de résolution grossière issues de ce découpage. L'affinage de la résolution Distance et de la résolution transverse s'effectuent dans un deuxième temps à partir des images SAR Distance-Doppler filtrées, suivant un procédé de recombinaison cohérente. Un tel procédé de recombinaison est par exemple décrit dans la demande de brevet français du Demandeur publiée sous le numéro FR 2960300. L'invention présente notamment l'avantage de ne nécessiter aucune 10 connaissance a priori des vecteurs de pointage S(0,''><D4 ) associés aux échos pollueurs. L'algorithme de filtrage selon l'invention n'est pas alimenté par une connaissance a priori des directions parasites. Une telle solution est en effet difficile à mettre en oeuvre pour la raison suivante. Même si les directions des échos parasites OD,k,<D, peuvent être déterminées avec une 15 bonne précision, la détermination des vecteurs de pointage SK,kx,,, associés requiert une caractérisation fine de la réponse des P voies de réception du réseau antennaire pour les directions d'arrivée situées en bord de lobe principal ou dans les lobes secondaires du diagramme antenne en site.

20 En outre, comme le procédé selon l'invention s'appuie sur une mesure des signaux pollueurs et non sur une connaissance a priori des directions parasites, il permet d'adapter l'importance accordée aux différents rangs d'ambiguïté pollueurs en privilégiant la réjection du (ou des) rang d'ambiguïté dont la pollution est réellement la plus forte, au détriment des rangs 25 d'ambiguïté potentiellement pollueurs mais dont la contribution parasite s'avère en réalité faible. Cette adaptation est naturellement obtenue par le calcul du filtre proposé fonction de la matrice d'autocorrélation des signaux parasites.

30 La figure 7 représente, sur un synoptique, un schéma d'un système radar multivoies comprenant des moyens adaptés à mettre en oeuvre l'invention. Un tel système 700 comporte un générateur de signal radar 701 apte 5 à générer un train d'impulsions, un amplificateur de signal 702 et un réseau antennaire 703 pour l'émission du signal radar et la réception des échos rétrodiffusés. Le réseau antennaire 703 est apte à être décomposé en une pluralité P de sous-réseaux. Le système 700 selon l'invention comporte en outre un récepteur 704 composé d'une pluralité de voies de réception 10 associées à chaque sous-réseau antennaire, un moyen 705 de conversion du signal reçu numériquement, un moyen 707 de construction, à partir des signaux reçus sur chaque voie, d'une image SAR distance-Doppler et un moyen 708 de calcul adapté pour mettre en oeuvre le procédé de filtrage des ambigüités distance sur les images SAR reçues et à produire une image 15 SAR finale filtrée. Dans une variante de réalisation de l'invention, le système 700 comporte en outre un moyen 710 de génération d'une séquence aléatoire de déphasages, ledit moyen 710 étant en outre apte à appliquer à chaque impulsion du signal à émettre un déphasage de ladite séquence. En 20 réception, un moyen 706 de compensation en phase permet de corriger en phase les impulsions des signaux numériques reçus sur chaque voie grâce à la connaissance de la séquence aléatoire de déphasage fournies par le moyen 710. Les éléments nécessaires à la mise en oeuvre de l'invention, en 25 particulier les moyens 708,710 et 706 peuvent prendre la forme de calculateurs embarqués ou de tout dispositif de calcul équivalent. 30

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de filtrage des ambigüités distance dans un signal radar rétrodiffusé comportant les étapes suivantes exécutées par un système radar multivoies : Une étape (401) de réception, par un réseau antennaire (RA) composé d'une pluralité P de sous-réseaux (SR1,SR2,SR3,SR4), d'un signal radar rétrodiffusé, Une étape (402) de génération, pour chaque voie de réception associée à un sous-réseau, d'une image radar focalisée (SAR1,SAR2,SARp), indicée selon une première dimension par une pluralité de cases distances et selon une seconde dimension par une pluralité de cases Doppler, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes suivantes, exécutées pour au moins une case distance D: Une étape (403) de détermination de la direction d'arrivée en site eD associée à ladite case distance D, Une étape (404) de détermination du vecteur de pointage S(OD) du réseau antennaire (RA) dans la direction d'arrivée en site eD , Une étape (405) de construction de la matrice ZD contenant les P spectres Doppler extraits desdites images radar focalisées (SAR1,SAR2,SARp) pour ladite case distance D, Une étape (406) de calcul de la matrice d'autocorrélation rD des échos parasites, issus d'une ambigüité en distance, qui affectent le signal radar rétrodiffusé, Une étape (407) de calcul d'un filtre wD , destiné à être appliqué à ladite matrice ZD et apte à minimiser la puissance des échos parasite après filtrage tout en conservant la puissance de l'écho d'intérêt au sein du signal radar rétrodiffusé,Une étape (408) de filtrage de la matrice ZD par ledit filtre w, , Une étape (409) de construction de l'image radar focalisée finale par agrégation des matrices ZD filtrées pour un ensemble de cases distance.
2. 2. Procédé de filtrage des ambigüités distance selon la revendication 1 dans lequel ledit filtre w, est calculé à l'aide de la relation suivante H S H (f 9 D)X WD = ' S H (0)x 171 x Où H désigne l'opérateur transposé conjugué. , )
3. 3. Procédé de filtrage des ambigüités distance selon l'une des revendications précédentes dans lequel : une rotation de phase (p(n) est ajoutée à l'émission du signal radar sur chaque impulsion n émise suivant une distribution prédéfinie et ladite rotation de phase (p(n) est compensée (410) sur les impulsions du signal radar rétrodiffusé reçu sur chaque voie.
4. 4. Procédé de filtrage des ambigüités distance selon la revendication 3 dans lequel la distribution prédéfinie des rotations de phase (p(n) est une distribution aléatoire dans l'intervalle [0, 21-r[.
5. 5. Procédé de filtrage des ambigüités distance selon l'une des revendications 3 ou 4 dans lequel la matrice d'autocorrélation r, des échos parasites est estimée à l'aide de la relation suivante A r D = ZDZoneClaire X ZDZoneClaire H ne, 7 'D,ZoneClatre désigne la matrice ZD dans laquelle seules les cases Doppler appartenant à une zone prédéfinie Zc ont été conservées, la dite zone Zc étant choisie telle qu'elle ne comporte sensiblement que des contributions provenant d'échos parasites.
6. 6. Procédé de filtrage des ambigüités distance selon la revendication 5 dans lequel ladite zone Z0 exclue une zone sensiblement centrale de l'image radar focalisée de largeur en Doppler sensiblement égale à M =(2V/À)sin(G) )*E^Gfaisceau, avec V la vitesse de déplacement du porteur du système radar, À la longueur d'onde du signal,G l'angle entre la direction de déplacement du porteur et la direction de pointage du faisceau du radar, et Gfaisceau l'ouverture angulaire en gisement du faisceau radar.
7. 7. Système radar multivoies (700) comprenant un générateur d'impulsions (701), un réseau antennaire (703), décomposé en une pluralité P de sous-réseaux (SR1,SR2,SR3,SR4), une pluralité P de voies de réception 704) associées, ledit système étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (706,707,708,710) adaptés à mettre en oeuvre le procédé de filtrage des ambigüités distance dans un signal radar rétrodiffusé et reçu par le dit système (700) selon l'une des revendications précédentes.
8. 8. Système radar multivoies (700) selon la revendication 7 dans lequel ledit réseau antennaire (703) est décomposé verticalement en une pluralité P de sous-réseaux (SR1,SR2,SR3,SR4) de sorte à former une pluralité de voies de réception en site.
9. 9. Système radar multivoies (700) selon l'une des revendications 7 ou 8 dans lequel les moyens (706,707,708,710) adaptés à mettre en oeuvre le procédé de filtrage comprennent un moyen (710) pour générer une rotation de phase (p(n) et l'ajouter à l'émission du signal radar sur chaque impulsion n émise suivant une distribution prédéfinie et un moyen (706) pour compenser ladite rotation de phase cp(n) sur les impulsions du signal radar rétrodiffusé reçu sur chaque voie.30
10. 10. Système radar multivoies (700) selon l'une des revendications 7 à 9, ledit système étant destiné à être embarqué dans un porteur mobile, par exemple un aéronef.