FR3041438B1 - Procede d'amelioration des performances de detection d'un radar en phase de poursuite et radar mettant en oeuvre ce procede - Google Patents

Abstract

Ce procédé comprend l'itération des étapes suivantes : - de détection de cible (26), conduisant à une mesure d'une position (Di,Vi) de la cible poursuivie à l'instant courant ; - de poursuite de cible (22), consistant à utiliser la position mesurée de la cible poursuivie pour estimer une position (D'i+1,V'i+1) de la cible poursuivie à un pas de temps suivant ; - de réglage (24) de la sensibilité du radar en fonction de la position estimée de la cible poursuivie, en diminuant un seuil de détection dudit radar dans un groupe de cellules de résolution adjacentes les unes aux autres d'une représentation du domaine observé par le radar, ledit groupe de cellules de résolution comportant au moins une cellule de résolution dont la position correspond à la position estimée de la cible poursuivie.

Description

PROCEDE D’AMELIORATION DES PERFORMANCES DE DETECTION D’UN RADAR EN PHASE DE POURSUITE ET RADAR METTANT EN ŒUVRE CE PROCEDE

La présente invention a pour domaine celui des radars, et plus particulièrement des radars équipés d’une fonction de poursuite, aussi dénommés radars de poursuite (« tracking radar » en anglais), aptes à suivre automatiquement une cible à des fins de localisation.

En général, la détection de cibles, aériennes ou terrestres, au moyen d’un radar s’effectue en deux phases : une phase de recherche et une phase de poursuite.

Dans la phase de recherche, le radar est piloté pour balayer une zone d’observation étendue afin d’y détecter des cibles. Le terme « balayer» signifie ici modifier la direction de pointage du faisceau du radar afin d’observer une zone étendue.

Cette recherche se fait sans aucune connaissance a priori de la zone d’observation et de la présence ou non de cibles dans cette zone. C’est pourquoi, lors de la phase de recherche, il est primordial que le radar soit utilisé avec sa portée la plus importante possible, de manière à observer rapidement une zone de grande dimension. De plus, il est nécessaire de bien maîtriser le taux de fausses alarmes afin de ne pas fausser la vision que l’opérateur du radar va avoir de la situation tactique, en « noyant » les vraies détections, qui correspondent à des cibles effectivement présentes dans la zone, au milieu de fausses détections, qui correspondent à des échos parasites.

Lors de la détection d'une cible potentielle, elle est sélectionnée par l’opérateur, par exemple au moyen d’un écran tactile adapté, en tant que cible poursuivie dans la phase de poursuite qui succède à la phase de recherche.

Dans la phase de poursuite, le radar est piloté de manière à pointer son faisceau dans la direction de la cible poursuivie, dans le but de la détecter à nouveau et de restituer à l’opérateur le comportement cinématique de cette cible poursuivie.

De manière générale, bien que les phases de recherche et de poursuite soient indépendantes l’une de l’autre, les modes de fonctionnement du radar au cours de ces deux phases sont souvent fondés sur les mêmes principes et les mêmes réglages.

Cependant, la problématique de détection en phase de recherche est assez différente de celle en phase de poursuite. En effet, la détection en phase de recherche consiste en une première acquisition de la cible, alors que la détection en phase de poursuite consiste en une nouvelle acquisition d’une cible poursuivie, c’est-à-dire qui a déjà été précédemment acquise. De fait, en phase de poursuite, lors du pointage du faisceau du radar dans une certaine direction, il existe déjà une forte présomption de détection de cible à l’endroit où le faisceau est pointé, ce qui n’est pas le cas dans la phase de recherche. Cette forte présomption conduit à ce que la probabilité de détection d’une cible augmente en phase de détection. Dit autrement, à probabilité de détection équivalente, la probabilité qu’une détection en phase de poursuite soit une fausse détection diminue par rapport à la phase de recherche.

Pourtant, cette forte présomption de détection de cible, qui correspond finalement à une hypothèse de présence de cible, n'est pas prise en compte pour le réglage du seuil de détection du radar en phase de détection, qui reste par conséquent identique à celui utilisé en phase de recherche.

Ainsi, de manière générale, aussi bien en phase de recherche qu’en phase de poursuite, pour un temps fixé d’illumination d’une cible par le radar, le seuil de détection est calculé en se donnant une consigne de probabilité de fausse détection en l’absence de cible. Cela ne prend donc pas en compte l’hypothèse forte de présence de cible.

Cette hypothèse de présence de cible lors de la phase de poursuite est parfois prise en compte par une diminution globale du seuil de détection en phase de poursuite par rapport à la phase de recherche. Cette diminution du seuil de détection est uniforme sur tout le domaine observé par le radar lors de la phase de poursuite. Ceci permet certes d’augmenter les performances de détection de la cible poursuivie, mais augmente en revanche la probabilité de fausse détection dans le reste du domaine observé. Ces fausses détections peuvent perturber le traitement visant à associer une nouvelle détection à des détections passées formant une piste, c’est-à-dire attribuées à une même cible poursuivie, notamment en provoquant le rafraîchissement de pistes non souhaitées avec de fausses détections.

Par ailleurs, on connaît un procédé, dit « Track Before Detect », décrit par exemple dans le document EP 1 351 069 A1, qui permet d’augmenter la sensibilité de la phase de poursuite. Ce procédé consiste à diminuer le seuil de détection en phase de recherche et en phase de poursuite afin d’augmenter la probabilité de détection de la cible. Ceci s’effectue au détriment du taux de fausse détection. Cependant, une étape de filtrage est ensuite réalisée, qui utilise le fait que les positions des détections correspondant à de fausses détections sont aléatoires, tandis que les positions des détections correspondant à ces cibles réelles sont cohérentes en distance et vitesse. L’étape de filtrage est réalisée au cours d’une phase de pistage, en vérifiant la cohérence en distance et vitesse des détections au cours du temps. Cependant, si ce procédé est bien adapté en présence de cibles réelles peu manœuvrantes (telles que par exemple des cibles marines ou des avions de ligne), il est peu adapté en présence de cibles fortement manoeuvrantes (telles que des avions de combat). En effet, pour ce dernier type d'engin, la cohérence en distance et vitesse est plus difficilement appréciable. Le gain en sensibilité de ce procédé est alors faible au regard de la complexité des traitements qu’il impose. L’invention a donc pour but de tirer profit de l’hypothèse de présence de cible pour augmenter les performances de détection en phase de poursuite. L’invention a pour objet un procédé d’amélioration des performances de détection d’un radar en phase de poursuite d’une cible poursuivie, comprenant l’itération des étapes suivantes : - de détection de cible, conduisant à une mesure d’une position de la cible poursuivie à l’instant courant ; - de poursuite de cible, consistant à utiliser la position mesurée de la cible poursuivie pour estimer une position de la cible poursuivie à un pas de temps suivant ; et - de réglage de la sensibilité du radar en fonction de la position estimée de la cible poursuivie, en diminuant un seuil de détection dudit radar dans un groupe de cellules de résolution adjacentes les unes aux autres d’une représentation du domaine observé par le radar, ledit groupe de cellules de résolution comportant au moins une cellule de résolution dont la position correspond à la position estimée de la cible poursuivie.

Suivant des modes particuliers de réalisation, le procédé comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - la position de la cible est un couple distance radiale - vitesse radiale de la cible poursuivie par rapport au radar ; - l’étape de réglage de la sensibilité consiste : - à diminuer le niveau d’un seuil de détection pour le porter à un niveau de référence prédéterminé ; ou, - à recalculer le niveau d’un seuil de détection en autorisant une probabilité de fausse détection plus élevée ; ou, - à adapter le niveau d’un seuil de détection en fonction d’un bruit dans les cellules de résolution qui environnent la cellule de résolution dont la position correspond à la position estimée de la cible poursuivie. - un pas de temps correspond à la cadence de rafraîchissement caractéristique de la phase de poursuite. L’invention a également pour objet un radar de poursuite mettant en œuvre un procédé tel que défini ci-dessus. L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre d’un mode de réalisation particulier, donné uniquement à titre d’exemple non limitatif, cette description étant faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 est une représentation schématique sous forme de blocs du procédé selon l’invention ; et,

La figure 2 est un graphe représentant, selon la dimension « distance », le niveau du signal collecté par le radar et le niveau du seuil de détection appliqué lors de la mise en œuvre du procédé de la figure 1.

De manière générale, lorsqu’une poursuite est engagée sur une cible poursuivie, il est primordial d’assurer une qualité de tenue de la poursuite, en « rafraîchissant » la poursuite avec des détections de la cible poursuivie le plus souvent possible.

Pour ce faire, le radar est périodiquement orienté pour pointer son faisceau vers la cible poursuivie et réaliser une étape de détection.

Toutefois, une fluctuation, soit du niveau rétrodiffusé par la cible, soit du niveau de bruit environnant, peut provoquer une perte de détection préjudiciable pour la tenue de la poursuite.

Afin d’y remédier, le procédé selon l’invention prévoit une diminution du niveau du seuil de détection lors de chaque nouvelle étape de détection permettant le rafraîchissement de la position de la cible poursuivie.

En se référant maintenant à la figure 1, un mode de réalisation du procédé pour améliorer les performances de détection d’un radar en phase de poursuite d’une cible va être présenté.

Ce procédé 100 est exécuté dans une phase de poursuite 20.

La phase de poursuite 20 suit une phase de recherche 10.

Au cours de la phase de recherche 10, le radar balaie une zone d’observation étendue.

Une étape de détection 12 est réalisée qui permet, à partir des échos collectés par le radar, d’établir une représentation distance radiale - vitesse radiale relatives correspondant à la zone d’observation. Ces deux coordonnées sont relatives au radar.

Cette représentation est subdivisée en cellules de résolution selon la dimension « distance » et la dimension « vitesse ». L’application d’un seuil de recherche adapté à la phase de recherche permet d’isoler dans cette représentation un certain nombre de détections. Le niveau du seuil de recherche est par exemple uniforme sur toute la représentation de la zone observée, et par exemple égal à un seuil moyen SO, déterminé de manière classique.

Dans une étape de sélection 14, l’opérateur du radar sélectionne une détection en tant que cible poursuivie C. La position de cette cible poursuivie est donnée par une coordonnée DO selon la dimension « distance » et une coordonnée VO selon la dimension « vitesse ».

La phase de recherche 10 prend fin et la phase de poursuite 20 est lancée pour poursuivre la cible poursuivie C.

La phase de poursuite 20 débute par une étape de poursuite 22 consistant à utiliser la position DO, VO de la cible poursuivie C, mesurée lors de l’étape de détection 12 de la phase de recherche 10, pour estimer une position de la cible poursuivie C à un pas de temps suivant, c’est-à-dire une coordonnée D’1 selon la dimension « distance » et une coordonnée V’1 selon la dimension « vitesse ».

Des algorithmes de poursuite complexes, connus de l’homme du métier, sont ici mis en oeuvre, tels que par exemple des algorithmes de poursuite mettant en œuvre un filtrage cinématique. Cependant, de manière simple et afin d’illustrer le principe mise en œuvre dans le présent procédé, la vitesse radiale de la cible est considérée comme constante et la variation de distance radiale est proportionnelle à la vitesse radiale et au pas de temps p entre deux étapes de détection successives au cours de la phase de poursuite. Soit : V’1=V0 D’1=D0+V0xp

La phase de poursuite 20 comporte ensuite une étape de réglage 24 de la sensibilité du radar en fonction de la position estimée de la cible poursuivie C.

Pour cela le niveau du seuil de détection à utiliser est diminué pour la cellule de résolution, qui correspond à la position estimée de la cible poursuivie C.

Ainsi, le niveau du seuil de la cellule de résolution de coordonnées D'1,V’1 est abaissé à une valeur S1 inférieure à S0, tandis que le niveau du seuil de détection est maintenu à la valeur S0 pour toutes les autres cellules du domaine d’observation du radar. Ceci est représenté sur la figure 2 pour la dimension « distance ».

La phase de poursuite 20 comporte, au pas de temps suivant, une nouvelle étape de détection 26 consistant à pointer le radar dans la direction de la cible poursuivie C et à traiter les échos collectés en tenant compte du niveau du seuil réglé à l’étape 24, de manière à rafraîchir la représentation distance radiale - vitesse radiale relatives du domaine observé par le radar.

Avec la diminution du niveau du seuil dans la cellule où l’hypothèse de présence de cible est forte, la probabilité de détection de cible est augmentée. Cependant, en conservant le niveau du seuil dans les autres cellules associées domaine observé, c’est-à-dire dans les cellules où l’hypothèse de présence de cible est faible, le taux de fausse détection n’est pas augmenté. L’étape 26 conduit, avec une plus grande probabilité, à l’identification d’une détection comme étant associée à la cible poursuivie C et à la mise à jour de la mesure de la position courante de la cible poursuivie C. La position mesurée de la cible est maintenant D1 en distance radiale et V1 en vitesse radiale relative.

Tant que le radar reste dans la phase de poursuite 20, les étapes 22, 24 et 26 sont régulièrement itérées (index i sur la figure 1). Une nouvelle itération de l’étape de poursuite 22 prend alors en entrée la mesure de la position courante de la cible poursuivie délivrée en sortie de l’étape de détection 26 de l’itération précédente (boucle 28 sur la figure 1).

De nombreuses variantes du mode de réalisation venant d’être décrit sont envisageables.

Ainsi, au lieu de considérer uniquement la cellule dont la position correspond à la position estimée de la cible poursuivie C à l’itération suivante de l’étape de détection 26, le procédé considère un groupe de cellules de résolution adjacentes à cette cellule.

Le niveau du seuil de détection peut alors être diminué pour ce groupe de cellules de résolution en fonction par exemple d’une distance à la cellule dont la position correspond à la position estimée de la cible poursuivie C.

Par ailleurs, différentes manières de diminuer le seuil sont envisageables. On peut soit le diminuer pour le porter à un niveau prédéterminé (S1 dans le mode de réalisation précédemment décrit) ; soit le recalculer à chaque itération en autorisant une probabilité de fausse détection plus élevée sur le domaine observé ; soit encore le recalculer en mettant en œuvre des procédés adaptatifs, qui permettent de prendre par exemple en compte le bruit dans les cellules qui environnent la cellule où la probabilité de présence de la cible poursuivie est élevée.

Ainsi, lors du pointage du faisceau radar en phase de poursuite, le procédé présenté ci-dessus consiste à ne pas diminuer le seuil de détection de manière globale sur l’ensemble du domaine observé, mais de ne le faire que dans les cellules où la probabilité de présence de cible est élevée. L’identification de ces cellules est obtenue grâce aux résultats de l’estimation de la position distance - vitesse de la cible poursuivie délivrée par l’étape de poursuite.

Pour ces cellules, le niveau du seuil de détection est ensuite ajusté. L’avantage de ce procédé réside en ce qu’en limitant l’ajustement du seuil uniquement aux cellules où la probabilité de présence de la cible est élevée, on obtient une amélioration des performances de la poursuite (en particulier en améliorant la sensibilité de la poursuite et la qualité de la tenue de la poursuite), sans pour autant risquer de provoquer une augmentation du nombre de fausses détections dans le reste du domaine observé.

Des tests de la validation de ce procédé ont permis de montrer une augmentation de la sensibilité de détection de la cible poursuivie d’environ 1,5 dB, sans modification du taux de fausse détection.

Un autre avantage de ce procédé est sa simplicité de mise en œuvre.

Ce procédé trouve son application dans les radars aéroportés ou sol dotés d’une fonction de poursuite, que ce soit pour du combat ou de la surveillance.

Claims (4)

1. REVENDICATIONS

   1,- Procédé (100) d’amélioration des performances de détection d’un radar en phase de poursuite d’une cible poursuivie, comprenant l'itération des étapes suivantes : - de détection de cible (26), conduisant à une mesure d’une position (Di,Vi) de la cible poursuivie à l’instant courant ; - de poursuite de cible (22), consistant à utiliser la position mesurée de ia cible poursuivie pour estimer une position (D’i+1 ,V’i+1 ) de la cible poursuivie à un pas de temps suivant ; - de réglage (24) de la sensibilité du radar en fonction de la position estimée de la cible poursuivie, en diminuant un seuil de détection dudit radar dans un groupe de cellules de résolution adjacentes les unes aux autres d’une représentation du domaine observé par le radar, ledit groupe de cellules de résolution comportant au moins une cellule de résolution dont la position correspond à ia position estimée de ia cible poursuivie, la position de la cible étant un couple distance radiale - vitesse radiale de la cible poursuivie par rapport au radar.
2. 2- Procédé seion la revendication 1, dans lequel l’étape de réglage de la sensibilité consiste ; - à diminuer le niveau d’un seuil de détection pour ie porter à un niveau de référence prédéterminé ; ou, - à recalculer le niveau d’un seuil de détection en autorisant une probabilité de fausse détection plus élevée ; ou, - à adapter le niveau d’un seuil de détection en fonction d’un bruit dans les cellules de résolution qui environnent la cellule de résolution dont ia position correspond à ia position estimée de ia cible poursuivie.
3. 3, - Procédé selon la revendication 1 ou ia revendication 2, dans lequel un pas de temps correspond à la cadence de rafraîchissement caractéristique de la phase de poursuite.
4. 4, - Radar de poursuite, mettant en œuvre un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes.