WO2009101139A1 - Procede de localisation radioelectrique en trois dimensions en fonctionnement multistatique - Google Patents

Procede de localisation radioelectrique en trois dimensions en fonctionnement multistatique Download PDF

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WO2009101139A1
WO2009101139A1 PCT/EP2009/051646 EP2009051646W WO2009101139A1 WO 2009101139 A1 WO2009101139 A1 WO 2009101139A1 EP 2009051646 W EP2009051646 W EP 2009051646W WO 2009101139 A1 WO2009101139 A1 WO 2009101139A1
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circle
receivers
target
distance
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PCT/EP2009/051646
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Daniel Muller
Gérard Garnier
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Thales
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    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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    • G01S13/87—Combinations of radar systems, e.g. primary radar and secondary radar
    • G01S13/878—Combination of several spaced transmitters or receivers of known location for determining the position of a transponder or a reflector
    • G—PHYSICS
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    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/46—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
    • G01S3/48—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems the waves arriving at the antennas being continuous or intermittent and the phase difference of signals derived therefrom being measured
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    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/12—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves by co-ordinating position lines of different shape, e.g. hyperbolic, circular, elliptical or radial

Definitions

  • the present invention relates to the general field of radar detection and location, and more particularly to the field of 3D location of targets from multistatic systems.
  • Precise radar localization is currently satisfied by centimeter-band systems (X-band, or Ku, Ka) based on high-cost technologies, often simply able to locate a single target at a time, and highly sensitive to conditions. environment (weather, rain ). This location is also achieved by known methods of deviation whose accuracy is conditioned by the wavelength and the stability of the processed signal.
  • X-band centimeter-band
  • Ku Ku, Ka
  • a known solution consists in implementing multistatic systems comprising several transmitters or more commonly several receivers and multilateration localization methods consisting in particular in the search of the intersections of the places in which each base of the considered multistatic system located the detected target.
  • Each base does not provide a location on a single point but a location on a characteristic surface, an ellipsoid of revolution for example.
  • the systems implementing such methods are limited, in terms of precision, to accuracies of the order of a hundred meters or, for the most efficient systems, to accuracies of the order of a few dozens of meters.
  • An object of the invention is to provide an alternative solution for using multistatic detection systems operating in low bands, UHF or VHF in particular, to perform a precise 3D location of the detected targets.
  • Another object of the invention is to make possible a precise location, without imposing excessive structural and layout constraints on the multistatic systems used, so that the operational deployment of this solution remains relatively simple.
  • the subject of the invention is a method for locating the position C of a target, for a 3D multistatic radar of the type comprising at least two measuring stations distant from each other.
  • Each station has receptors for forming two bistatic receiver bases located in different planes; the receivers each forming bases being separated from each other by a distance of the order of magnitude of the typical operating wavelength of the system.
  • the process according to the invention comprises:
  • a third step of refining the search consisting in searching around the point M 1 for the point C whose coordinates correspond to those of the point C with a given precision.
  • the second and third steps are performed by using the phase difference ⁇ measurements carried out, for each receiver base, between signals received by the receivers forming this receiver base.
  • the second step consists in calculating for each point of the circle K the corresponding theoretical values ⁇ and in comparing these values with the actual values measured, the point of the circle K for which the values theoretical are the closest, within the meaning of a chosen proximity criterion, of the measured values constituting the point M 1 .
  • the proximity criterion chosen is the minimization of the quadratic sum ⁇ of the phase deviations ( ⁇ c - ⁇ ), determined for each point of the circle K from the calculated deviations ⁇ c - ⁇ . for each receiving base; the point M1 chosen being the point for which this quadratic sum is the lowest.
  • the third step consists of iteratively exploring the neighborhood of the point M 1 and calculating at each iteration i, for each point Mj considered, starting from M 1 , l positional deviation ( ⁇ X J , ⁇ yi ⁇ Z J ) between Mj and C; difference calculated from measurements of phase differences affecting the signals received by each of the bistatic bases and calculated distances from the point Mj considered to the receivers taken as position references; the point M i + 1 considered at the iteration i + 1 having for coordinates (X J + ⁇ X J , Vj + ⁇ yi, Z + ⁇ Z J ), (Xj, ⁇ h Zi) being the coordinates of the point Mj.
  • the proposed method has the advantage of being able to be implemented by multistatic detection systems comprising receivers distributed over a given area and therefore less vulnerable, operating in low bands and thus provided with reception means that are less expensive and more robust than the means implemented in systems operating in high frequency bands. It uses a reception space coding created by a multipoint interferometry formed from two stations each having at least three reception channels and a spatial space of the order of a few wavelengths. It advantageously exploits principles of phase interferometry, such as those applied for example in radio astronomy or in SAR high resolution radar imagery to increase the localization accuracy by at least one order of magnitude and at the cost of a very small impact on the complexity of the system implemented and therefore on its cost. Furthermore, since the gain in localization accuracy is not directly related to the bandwidth of the signals used, the method according to the invention is advantageously applicable to systems operating with a very low spectral band (limited to the Doppler domain used around of a pure line).
  • FIG. 2 a graphic illustration of the ambiguity phenomenon on the determination of the position of a target from a system such as that illustrated in FIG. 1;
  • FIG. 4 an illustration of the principle of the first step of the method according to the invention
  • FIG. 5 an illustration of the principle of the second stage of process according to the invention
  • FIG. 6 an illustration of the principle of the third step of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows the illustration of a typical structure of a multistatic localization system making it possible to implement the method according to the invention.
  • the method according to the invention is described with reference to the system illustrated in FIG. 1.
  • this reference is not intended to limit a in any way the scope of the invention to such a structure; any system making it possible to carry out the measurements implemented by the process according to the invention that can be considered.
  • such a system comprises several stations, two stations 1 1 and 12 in the example of the figure, each station itself comprising a plurality of receivers, the receivers Ri, R 3 and R 5 for the station 1 1 and R 2 , R 4 and R 6 for station 12 in this same example.
  • the receivers are arranged so as not to have a purely coplanar arrangement.
  • one or more receivers may be placed at height, at the tops of masts, while the other receivers are arranged on the ground in the same plane.
  • the receivers Ri and R 3 of the station 1 1 and the receivers R 2 and R 4 of the station 12 are arranged in a horizontal plane P 0 , while the receivers R 5 and R 6 are arranged at a non-zero height Z.
  • the distance D separating the two stations within the system is not a parameter that conditions the use of the method according to the invention.
  • this distance is much greater than the wavelength of the signal.
  • the distance separating each of the receivers within the same station is decisive. Indeed it is determined by the actual material structure of the station (size antennas associated with the different receivers), as well as by the accuracy of measurement of the phase difference between the signals received by the receivers forming the same bistatic base (R 1 -R 3 and RrR 5 for the station 1 1, R 2 -R 4 and R 2 -Re for station 12).
  • R 1 -R 3 and RrR 5 for the station 1 1, R 2 -R 4 and R 2 -Re for station 12
  • FIG. 3 presents the steps of the method according to the invention, which method mainly comprises:
  • These distance measurements make it possible to determine a point M 0 of the reference plane P 0 defined above (see FIG. 1), whose distances to R 1 and R 2 , respectively pi and ⁇ 2 , are equal to the target distances measured respectively by R 1 and R 2 .
  • This point M 1 is located on a circle centered on the line D connecting R 1 and R 2 passing through M 0 , in the vicinity of the point C whose position is sought.
  • a third step 33 of refining the search during which, starting from the point M 1 , it is sought to find, by an iterative process, a point C as close as possible to C taking into account the accuracy of the measurements.
  • the remainder of the document describes the operation of these three steps.
  • FIG. 4 illustrates the first step 31 which initializes the process.
  • measurements are made of the distances pi and ⁇ 2 respectively separating the target C from the stations 1 1 and 12.
  • the distance measurements are entrusted to two particular receivers taken as references, the receivers R 1 and R 2 for example.
  • the point M 0 of coordinates x M , Y M and z M , is located on the circle K whose center O is located on the segment D connecting the two receivers.
  • the circle K is also inscribed in a plane P 1 perpendicular to the segment D.
  • the location of the starting point M 0 of the C search method is carried out by determining by any known means the intersections of the places of the points situated at the distances pi and ⁇ 2 with respect to the reference receivers Ri and R 2 and in choosing a point located in the reference plane P 0 defined above.
  • the position of a point M 0 located substantially at the same distance from the reference receivers as the point C is thus determined with an accuracy that depends on the accuracy of the distance measurements made.
  • the mode for determining the target distances by each of the stations 11 and 12 is different.
  • the distance information is deduced directly from the time of arrival of the signal.
  • the distance measurements must be carried out by using, by any known means, the information provided by the different bistatic bases constituting the system. It is in particular possible to use an iterative operation similar to that implemented in the context of the third step of the method according to the invention, an operation described in the following part of the document relating to the third step and illustrated by FIG. 7.
  • Figure 5 illustrates the operating principle of the second step 32 of the method.
  • This second step consists in determining which of the points on the circle K corresponds, given the precisions of the various measurements used, to the point C on which the target is located.
  • the point C is a point situated on the circle K, in practice it is simply situated in the vicinity of a point M 1 , circle K, of coordinates X M , Y M and Z M.
  • the search for the point M 1 is performed by exploring the circle K or more precisely the half-circle above the plane P 0 .
  • the measurements used in this steps are the measurements produced by the different bistatic bases constituted from the receivers forming the stations 1 1 and 12, namely, in the case of the figure, the bases B 1 (R 1 , R 3 ) and B 3 (R 1 , R 5 ) for the station 1 1 and B 2 (R 2 , R 4) and B 4 (R 2 , R 6 ) for the station 12.
  • the measurements used here are the phase difference measurements between signals received by the two receivers forming the same base.
  • phase difference measurements ⁇ (B1), ⁇ (B3), ⁇ (B2) and ⁇ (B4) are available.
  • the search of the point M 1 consists, according to the invention, in considering different points of the circle K and, for each of these points Mi, to be determined by calculation, in known manner, the theoretical values of the phase shifts ⁇ c (B1 ), ⁇ c (B3), ⁇ c (B2) and ⁇ c (B4) corresponding.
  • the theoretical values thus calculated are then compared to the measured values and the differences between the theoretical values and the measured values are stored.
  • the criterion used to determine the point having generally the closest coincidences can be defined in different ways. It is for example possible to consider as shown in the example of Figure 9, a test 91 consisting for each point analyzed by the difference in value max among the differences ⁇ (B1) - ⁇ c (B1), ⁇ (B3) - ⁇ c (B3), ⁇ (B2) - ⁇ c (B2) and ⁇ (B4) - ⁇ c (B4) calculated, ie a criterion 92 constituted by the quadratic sum of the same deviations.
  • the point M 1 is defined as being that for which the criterion considered takes a minimum value (minimum minimorum), point 93 in the case of the figure.
  • FIG. 6 illustrates the operating principle of the third step 33 of the method.
  • This third step consists, as has been said above, in determining as accurately as possible the position C of the target in question. To do this, the method according to the invention proceeds to an exploration of the near space 61 surrounding the point M 1 determined in the previous step. This third step therefore consists in refining the determination of the point C, the accuracy finally obtained being further limited by the accuracy of the measurements made.
  • the method according to the invention implements an iterative algorithm consisting, for each point M 1 studied in the vicinity of M 1 , calculating the difference in operation affecting the signals received by each receiver constituting a bistatic base, the differences of steps for B 1 B 2 , B 3 , and B 4 in the case taken as an example here.
  • the algorithm therefore consists, starting from the point M 1 (operations 71 and 72), in iteratively determining for each point Mi the distance separating the point M 1 of point C (operations 73 and 74) and to continue the analysis with the point M i + 1 whose coordinates (x i + i, y i + i, z i + 1 ) are those of the point M 1 corrected for the deviations Ax 1 , ⁇ yi and ⁇ Z J calculated.
  • the iterations are stopped as soon as the deviations calculated for a given iteration have fallen below given threshold values (operations 75 and 76), which values are in particular a function of the accuracy of the measurements, which conditions in a known manner, the precision with which the position of the point C can be approached.
  • threshold values which values are in particular a function of the accuracy of the measurements, which conditions in a known manner, the precision with which the position of the point C can be approached.

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Abstract

La présente invention concerne la localisation 3D de cibles à partir de systèmes radars multistatiques. Elle consiste en un procédé de localisation de la position C d'une cible, pour radar multistatique en 3D du type comportant au moins deux stations de mesures distantes l'une de l'autre. Chaque station comporte au moins deux bases réceptrices bistatiques localisées dans des plans différents; les récepteurs formant chacune des bases étant séparés les uns des autres d'une distance de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde typique de fonctionnement du système. Le procédé consiste d'abord à définir le cercle K dont le centre est situé sur la droite D joignant deux récepteurs R1 et R2 de référence et dont les points sont distant de Ri de la distance cible ρ1 mesurée par R1 et distant de R2 de la distance cible ρ2 mesurée par le R2. Il consiste ensuite à rechercher le point M1 de ce cercle correspondant le mieux aux mesures de phases réalisées par les différentes bases. Il consiste enfin à affiner la détermination de la position de la cible par une recherche itérative autour de M1.

Description

PROCEDE DE LOCALISATION RADIOELECTRIQUE EN TROIS DIMENSIONS EN FONCTIONNEMENT MULTISTATIQUE.
La présente invention concerne le domaine général de la détection et de la localisation radar, et plus particulièrement le domaine de la localisation 3D de cibles à partir de systèmes multistatiques.
La localisation précise par radar est actuellement satisfaite par des systèmes fonctionnant en bande centimétrique (bande X, voire Ku, Ka) basés sur des technologies de coût élevé, souvent simplement capables de localiser une seule cible à la fois, et fortement sensibles aux conditions d'environnement (météo, pluie...). Cette localisation est par ailleurs réalisée par de procédés connus d'écartométrie dont la précision est conditionnée par la longueur d'onde et la stabilité du signal traité.
En ce qui concerne les systèmes radars existants qui fonctionnent dans des bandes de fréquences plus basses, en bandes VHF ou UHF par exemple, ces derniers sont avantageusement d'une complexité, et donc d'un coût, plus faible comparé aux systèmes fonctionnant en bandes centimétriques. En outre, ils présentent des qualités de détection peu sensibles aux conditions de propagation. En revanche, ils souffrent d'une précision de localisation très limitée, limitation directement liée aux caractéristiques des longueurs d'ondes métriques. Pour résoudre en bandes basses ces problèmes de précision, une solution connue consiste à mettre en œuvre des systèmes multistatiques comportant plusieurs émetteurs ou plus communément plusieurs récepteurs et des procédés de localisation par multilatération consistant notamment en la recherche des intersections des lieux dans lesquels chaque base du système multistatique considéré a localisé la cible détectée. Chaque base ne fournissant pas une localisation sur un point unique mais une localisation sur une surface caractéristique, un ellipsoïde de révolution par exemple. L'étude de l'intersection des surfaces de localisation définies par plusieurs bases, pour peu que ces dernières soient positionnées de manière judicieuse les unes vis à vis des autres, permet en effet de déterminer ou se situe réellement la cible considérée. Cependant, du fait des contraintes d'agencement à respecter pour obtenir des résultats vraiment précis avec une telle approche, les systèmes mettant en œuvre de tels procédés restent limités, en terme de précision, à des précisions de l'ordre de la centaine de mètre voire, pour les systèmes les plus performants, à des précisions de l'ordre de quelques dizaines de mètres.
Un but de l'invention est de proposer une solution alternative permettant d'utiliser des systèmes de détection multistatiques fonctionnant en bandes basses, UHF ou VHF en particulier, pour effectuer une localisation 3D précise des cibles détectées. Un autre but de l'invention est de rendre possible une localisation précise, sans imposer aux systèmes multistatiques utilisés des contraintes de structure et d'agencement trop importants, de sorte que le déploiement opérationnel de cette solution reste relativement simple.
A cet effet l'invention a pour objet un procédé de localisation de la position C d'une cible, pour radar multistatique en 3D du type comportant au moins deux stations de mesures distantes l'une de l'autre. Chaque station comporte des récepteurs pour former deux bases réceptrices bistatiques localisées dans des plans différents; les récepteurs formant chacune des bases étant séparés les uns des autres d'une distance de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde typique de fonctionnement du système. Le procédé selon l'invention comporte:
- une première étape d'initialisation consistant à chercher dans un plan P0 parallèle au sol (horizontal), passant par la droite D joignant les récepteurs Ri et R2 de référence, le point M0 tel que sa distance au récepteur Ri et sa distance au récepteur R2, soient respectivement égales à la distance cible pi mesurée par le récepteur R1 et à la distance cible ρ2 mesurée par le récepteur R2;
- une deuxième étape de recherche consistant à déterminer le point M1 d'un cercle K le plus proche du point C position de la cible; le cercle K étant défini comme étant le cercle passant par le point M0 et dont le centre, situé sur la droite D, à l'intersection entre le plan P1 perpendiculaire à P0 passant par M0 et la droite D;
- une troisième étape d'affinage de la recherche consistant à rechercher autour du point M1, le point C dont les coordonnées correspondant à celles du point C avec une précision donnée. Selon l'invention, la deuxième et la troisième étape sont réalisées en utilisant les mesures Δφ de différences de phase réalisée, pour chaque base réceptrice, entre signaux reçus par les récepteurs formant cette base réceptrice.
Selon un mode de mise en œuvre du procédé selon l'invention, la deuxième étape consiste à calculer pour chaque point du cercle K les valeurs théoriques Δφ correspondantes et à comparer ces valeurs aux valeurs réelles mesurées, le point du cercle K pour lequel les valeurs théoriques sont les plus proches, au sens d'un critère de proximité choisi, des valeurs mesurées constituant le point M1.
Selon une variante de ce mode de mise en œuvre, le critère de proximité choisi est la minimisation de l'écart de phase maximum Eφmax =
(Δφc - Δφ)max déterminé pour chaque point du cercle K à partir des écarts
Δφc - Δφ calculés pour chaque base réceptrice; le point M1 choisi étant le point pour lequel Eφmax est le plus faible.
Selon une autre variante de ce mode de mise en œuvre, le critère de proximité choisi est la minimisation de la somme quadratique Σ des écarts de phase (Δφc - Δφ), déterminée pour chaque point du cercle K à partir des écarts Δφc - Δφ calculés pour chaque base réceptrice; le point M1 choisi étant le point pour lequel cette somme quadratique est la plus faible.
Selon un mode de mise en œuvre du procédé selon l'invention, la troisième étape consiste à explorer de manière itérative le voisinage du point M1 et à calculer à chaque itération i, pour chaque point Mj considéré, en partant de M1, l'écart de position (ΔXJ, Δyi ΔZJ) entre Mj et C; écart calculé à partir des mesures des différences de phase affectant les signaux reçus par chacune des bases bistatiques et des distances calculées du point Mj considéré aux récepteurs pris comme références de position; le point Mi+1 considéré à l'itération i+1 ayant pour coordonnées (XJ+ΔXJ, Vj+Δyi, Z+ΔZJ), (Xj, γh Zi) étant les coordonnées du point Mj. Le procédé proposé présente l'avantage de pouvoir être mis en œuvre par des systèmes de détection multistatique comportant des récepteurs répartis sur une zone donnée et donc moins vulnérables, fonctionnant en bandes basses et donc pourvus de moyens de réception moins onéreux et plus robustes que les moyens mis en œuvre dans des systèmes fonctionnant dans des bandes de fréquences élevées. Il utilise un codage d'espace en réception créé par une interférométrie multipoints formée à partir de deux stations possédant chacune au moins trois voies de réception et un encombrement spatial de l'ordre de quelques longueurs d'onde. Il exploite avantageusement des principes d'interférométrie de phase, tels que ceux appliqués par exemple en radioastronomie ou en imagerie radar à haute résolution de type SAR pour accroître la précision de localisation d'au moins un ordre de grandeur et ce, au prix d'un très faible impact sur la complexité du système mis en œuvre et donc sur son coût. En outre, le gain en précision de localisation n'étant ici pas directement lié à la bande passante des signaux exploités, le procédé selon l'invention est avantageusement applicable à des systèmes fonctionnant avec une très faible bande spectrale (limitée au domaine Doppler utilisé autour d'une raie pure).
Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux appréciés grâce à la description qui suit, description qui s'appuie sur les figures annexées qui représentent:
- la figure 1 , une illustration schématique de principe de la structure d'un système de localisation type, permettant la mise en œuvre du procédé selon l'invention;
- la figure 2, une illustration graphique du phénomène d'ambiguïté sur la détermination de la position d'une cible à partir d'un système tel que celui illustré par la figure 1 ;
- la figure 3, un organigramme de principe des différentes étapes du procédé selon l'invention;
- la figure 4, une illustration du principe de la première étape du procédé selon l'invention; - la figure 5, une illustration du principe de la deuxième étape du procédé selon l'invention;
- la figure 6, une illustration du principe de la troisième étape du procédé selon l'invention;
- les figures 7 et 8, des illustrations relatives au principe de fonctionnement de la troisième étape du procédé selon l'invention.
La figure 1 présente l'illustration d'une structure type de système de localisation multistatique permettant de mettre en œuvre le procédé selon l'invention. Dans la suite de la description, pour des raisons de clarté de l'exposé, le procédé selon l'invention est décrit en faisant référence au système illustré par la figure 1. Cependant cette référence n'a pas pour objet de limiter d'une quelconque façon la portée de l'invention à une telle structure; tout système permettant de réaliser les mesures mise en œuvre par le procédé selon l'invention pouvant être considéré.
Comme l'illustre la figurel , un tel système comporte plusieurs stations, deux stations 1 1 et 12 dans l'exemple de la figure, chaque station comportant elle-même une pluralité de récepteurs, les récepteurs R-i, R3 et R5 pour la station 1 1 et R2, R4 et R6 pour la station 12 dans ce même exemple.
Au sein de chacune des stations 1 1 et 12, les récepteurs sont agencés de façon à ne pas présenter un arrangement uniquement coplanaire. A cet effet par exemple, un ou plusieurs récepteurs peuvent être placés en hauteur, aux sommets de mâts, tandis que les autres récepteurs sont disposés au sol dans un même plan. Ainsi dans le cas de la figure, cas proposé comme exemple non limitatif, les récepteurs Ri et R3 de la station 1 1 ainsi que les récepteurs R2 et R4 de la station 12 sont disposés dans un plan horizontal P0, tandis que les récepteurs R5 et R6 sont disposés à une hauteur Z non nulle. La distance D séparant les deux stations au sein du système n'est pas un paramètre qui conditionne l'utilisation du procédé selon l'invention. On peut simplement noter ici que, généralement, cette distance est très supérieure à la longueur d'onde du signal. En revanche, la distance séparant chacun des récepteurs au sein d'une même station, est déterminante. En effet elle est déterminée par la structure matérielle même de la station (taille des antennes associées aux différents récepteurs), ainsi que par la précision de mesure de l'écart de phase entre les signaux reçus par les récepteurs formant une même base bistatique (R1-R3 et RrR5 pour la station 1 1 , R2-R4 et R2-Re pour la station 12). Ainsi il est connu que plus la distance entre les récepteurs est grande et plus la précision des mesures des écarts est bonne. En revanche, il est également connu que si la distance entre récepteurs d'une même base est supérieure à la longueur d'onde λ du signal reçu, L'écart de phase des signaux reçus ne donne qu'une estimation modulo λ de la différence de marche des signaux correspondants. Par suite, comme l'illustre de manière graphique la figure 2, la détermination classique de la position d'une cible C par analyse classique des intersections des ellipsoïdes de détection fournies par les différentes bases bistatiques conduit à l'apparition d'une ambiguïté de position, plusieurs intersections d'ellipsoïdes 21 correspondant à la position possible de la cible C pouvant alors apparaître.
Ainsi, dans le cas où l'écart entre les récepteurs R1 , R3 et R5 d'une part et R2, R4, R6 d'autre part, est inférieur à la longueur d'onde λ, il y a correspondance univoque entre la position de la cible C et le jeu des quatre différences de phase mesuré sur les signaux reçus. On dispose alors d'un codage d'espace en réception non équivoque. Dans ce cas un simple algorithme de minimisation à partir des quatre mesures de phase permet de restituer la position 3D de la cible. En revanche, dans un tel cas, la précision des mesures des déphasages est relativement faible et par suite la détermination de la position de C peu précise quelle que soit la méthode employée.
Inversement si cet écart est supérieur à λ, la correspondance univoque n'existe plus nécessairement et les différences de marche entre signaux reçus par les récepteurs constituant une même base se traduisent par des faisceaux d'hyperboloïdes de position ce qui, comme on l'a dit précédemment, peut faire apparaître des ambiguïtés lors de la détermination de la position vraie de la cible. En revanche, dans un tel cas, la précision des mesures des déphasages est bonne, voire très bonne et par suite la détermination de la position de C est, précise. Pour des écarts entre récepteurs de l'ordre de quelques longueurs d'onde la précision de localisation s'accroît alors proportionnellement à leurs écarts respectifs. II est à noter que dans le contexte du procédé selon l'invention, on privilégie naturellement la précision des mesures de différence de phase plutôt que l'absence intrinsèque d'ambiguïtés de position, ambiguïtés dont le procédé s'affranchit naturellement.
La figure 3 présente les étapes du procédé selon l'invention, procédé qui comporte principalement:
- une première étape 31 de mesure de la distance de la cible relativement à deux récepteurs, un récepteur de chaque base, pris comme référence; Ri et R2 par exemple. Ces mesures de distance permettent de déterminer un point M0 du plan de référence P0 défini précédemment (cf. figure 1 ), dont les distances à Ri et R2, respectivement pi et ρ2, sont égale aux distances cibles mesurées respectivement par R1 et R2.
- une deuxième étape 32 de détermination, en partant de M0, d'un point M1 dont les distances à R1 et R2, respectivement p-i et ρ2, sont égale aux distances cibles mesurées respectivement par R1 et R2 et pour lequel les écarts entre les différence de phase attendue par le calcul entre signaux des différentes bases bistatiques et les différences de phase réellement mesurées, sont les plus faibles possibles. Ce point M1 se situe, sur un cercle centré sur la droite D reliant R1 et R2 passant par M0, au voisinage du point C dont on cherche la position.
- une troisième étape 33 d'affinage de la recherche, durant laquelle on cherche en partant du point M1 , à trouver par un processus itératif un point C le plus proche possible de C compte tenu de la précision des mesures. La suite du document décrit le fonctionnement de ces trois étapes.
La figure 4 illustre la première étape 31 qui réalise l'initialisation du procédé. Durant cette étape on procède aux mesures des distances p-i et ρ2 séparant respectivement la cible C des stations 1 1 et 12. Pour ce faire, les mesures de distances sont confiées à deux récepteurs particuliers pris comme références, les récepteurs R1 et R2 par exemple. De manière connue, le point M0, de coordonnées xM , YM et zM , est situé sur le cercle K dont le centre O est situé sur le segment D reliant les deux récepteurs. Le cercle K est par ailleurs inscrit dans un plan P1 perpendiculaire au segment D. Par suite la localisation du point de départ M0 du procédé de recherche de C, est réalisée en déterminant par tout moyen connu les intersections des lieux des points situés aux distances pi et ρ2 par rapport aux récepteurs de référence Ri et R2 et en choisissant un point situé dans le plan de référence P0 défini précédemment. On détermine ainsi, avec une précision qui dépend des précisions des mesures de distance réalisées, la position d'un point M0 situé sensiblement à la même distance des récepteurs de référence que le point C.
II est à noter que selon le type de système considéré, en particulier selon que le signal traité est un signal impulsionnel ou continu, le mode de détermination des distances cible par chacune des stations 1 1 et 12, est différent. Dans le premier cas l'information distance est déduite directement de l'instant d'arrivée du signal. Dans le second cas la mesures de distance doit être effectuée en exploitant, par tout moyen connu, les informations fournies par les différentes bases bistatiques constituant le système. Il est en particulier possible d'utiliser une opération itérative semblable à celle mise en œuvre dans le cadre de la troisième étape du procédé selon l'invention, opération décrite dans la partie du document qui suit relative à la troisième étape et illustrée par la figure 7.
La figure 5, quant à elle, illustre le principe de fonctionnement de la deuxième étape 32 du procédé. Cette deuxième étape consiste à déterminer lequel des points situés sur le cercle K correspond, compte tenu des précisions des diverses mesures utilisées, au point C sur lequel est située la cible. Il est à noter que si dans l'hypothèse purement théorique où les mesures réalisées sont infiniment précises, le point C est un point situé sur le cercle K, en pratique celui-ci est simplement situé au voisinage d'un point M1, du cercle K, de coordonnées XM , YM et ZM . Par suite la recherche du point M1 est réalisée en explorant le cercle K ou plus précisément le demi- cercle situé au-dessus du plan P0.
Les mesures utilisées dans cette étapes sont les mesures produites par les différentes bases bistatiques constituées à partir des récepteurs formant les stations 1 1 et 12, à savoir, dans le cas de la figure, les bases B1(R1, R3) et B3(R1, R5) pour la station 1 1 et B2(R2, R4) et B4(R2, R6) pour la station 12. Les mesures utilisées sont ici les mesures de différence de phase entre signaux reçus par les deux récepteurs formant une même base.
On dispose ainsi, à un instant donné, pour le cas de la figure, de quatre mesures de différence de phase Δφ(B1 ), Δφ(B3), Δφ(B2) et Δφ(B4). Par suite la recherche du point M1 consiste, selon l'invention, à considérer différents points du cercle K et, pour chacun de ces points Mi, à déterminer par le calcul, de manière connue, les valeurs théoriques des déphasages Δφc(B1 ), Δφc(B3), Δφc(B2) et Δφc(B4) correspondants. Les valeurs théoriques ainsi calculées sont ensuite comparées aux valeurs mesurées et les écarts entre les valeurs théoriques et les valeurs mesurées sont mémorisés. Ces écarts mémorisés, Δφ(B1 ) - Δφc(B1 ), Δφ(B3) - Δφc(B3), Δφ(B2) - Δφc(B2) et Δφ(B4) - Δφc(B4), sont ensuite comparés et le point du cercle K pour lequel ces écart sont les plus faibles est sélectionné comme étant le point M1. Selon la capacité de calcul dont dispose le système, et la précision souhaitée sur la détermination de M1, le nombre de points du cercle étudiés, et donc le pas d'excursion séparant deux points analysés consécutifs, est plus ou moins important. Plus précisément, le pas d'excursion est lié au nombre d'hyperboloïdes qu'il faut séparer, et donc, par conséquent à l'écart entre bases.
Par suite comme l'illustre l'exemple de la figure 8, en fonction du point du cercle K considéré, représenté par sa coordonnée angulaire θ, on obtient une coïncidence plus ou moins grande entre les Δφ calculés, représentés par les courbes 81 1 à 814 sur la figure, et Les Δφ mesurés, représentés par les lignes droites 821 à 824. Le point présentant globalement les coïncidences les plus étroites, le point d'abscisse 81 ici, est retenu pour constituer le point M1.
Selon l'invention, le critère utilisé pour déterminer le point présentant globalement les coïncidences les plus étroites, peut être défini de différentes façons. Il est par exemple possible de considérer comme l'illustre l'exemple de la figure 9, soit un critère 91 constitué pour chaque point analysé par l'écart de valeur max parmi les écarts Δφ(B1 ) - Δφc(B1 ), Δφ(B3) - Δφc(B3), Δφ(B2) - Δφc(B2) et Δφ(B4) - Δφc(B4) calculés, soit un critère 92 constitué par la somme quadratique des mêmes écarts. Par suite, le point M1 est défini comme étant celui pour lequel le critère considéré prend une valeur minimale (minimum minimorum), le point 93 dans le cas de la figure.
La figure 6, quant à elle, illustre le principe de fonctionnement de la troisième étape 33 du procédé. Cette troisième étape consiste, comme cela a été dit précédemment, à déterminer de la manière la plus exacte possible la position C de la cible considérée. Pour ce faire le procédé selon l'invention procède à une exploration de l'espace proche 61 environnant le point M1 déterminé à l'étape précédente. Cette troisième étape consiste donc en un affinage de la détermination du point C, la précision finalement obtenue étant par ailleurs limitée par la précision des mesures effectuées.
Pour réaliser cet affinage, le procédé selon l'invention met en œuvre un algorithme itératif consistant, pour chaque point M1 étudié au voisinage de M1, à calculer la différence de marche affectant les signaux reçus par chaque récepteur constituant une base bistatique, les différences de marches pour B1 B2, B3, et B4 dans le cas pris en exemple ici.
Ainsi, pour un point M1(X1, γ\, Z1) et vis à vis de la base B1, on peut écrire:
Figure imgf000012_0001
où (X1, Y1, Z1) et (X3, Y3, Z3) représentent les coordonnées respectives des récepteur R1 et R3
De même pour un point Mi+1 de coordonnées (XJ+ΔXJ, y+Δyi, ZJ+ΔZJ) on peut écrire:
= il lχ + Δv χ3F+ Iy1 + Ay1 - Y3) + (z, + Δz' ~ z 3^ [2]
3,1
X1 + Ax1 - X1 ) + (V1 + Ay1 - Y1 ) + (Z1 + AZ1 - Z1 )
Développée au premier ordre, la relation [2] peut plus simplement s'écrire: Δ =Λ|D_+2 Hx1-Xj-AX1+Iy -Yj-Ay1+[Z1-Z3J-Az1
3,1 ι,3 [3]
2
D ) +2 1[X -Xj-AX1+Iy1-Y1I-Ay1+[Z1-Zj-Az1 ι,1 "ι 1
ce qui, en première approximation, peut également s'écrire:
Figure imgf000013_0001
Z -Z^ z.-Z.
-Az.
D. D., i,3
Par suite en appliquant la relation [4] à toutes les bases bistatiques on obtient le système suivant:
- D D
[5]
Figure imgf000013_0002
Dans lequel Δm '"correspond à la différence de marche déterminée par la mesure du déphasage entre les signaux reçus par chaque récepteur de la base bistatique (Rm, Rn). Dj,m et Dj,n représentent par ailleurs les distances calculées séparant le point Mj des récepteurs de référence, Ri et R2 ici.
La résolution du système [5] dans lequel Δxi, 62, Δy, 63 et Δzi, 64, constituent les inconnues permet ainsi d'estimer l'écart entre les paramètres relatifs au point M1 étudié et les mesures caractérisant la position réelle C de la cible.
Par suite, comme l'illustre l'organigramme de la figure 7, l'algorithme consiste donc, en partant du point M1 (opérations 71 et 72), à déterminer de manière itérative pour chaque point Mi, l'écart séparant le point M1 du point C (opérations 73 et 74) et à poursuivre l'analyse avec le point Mi+1 dont les coordonnées (xi+i, yi+i, zi+1) sont celles du point M1 corrigées des écarts Ax1, Δyi et ΔZJ calculés. Selon l'invention les itérations sont stoppées dès que les écarts calculés pour une itération donnée sont devenus inférieurs à des valeurs seuils données (opérations 75 et 76), valeurs qui sont notamment fonction de la précision des mesures, précision qui conditionne de manière connue, la précision avec laquelle on peut approcher la position du point C. En fin de troisième étape on obtient ainsi un point C(Xc, Yc, Zc) plus proche du point C que le point M1(X1^ , YM , ZM ) déterminé à l'issue de la deuxième étape du procédé selon l'invention.
Il est à noter que compte tenu du fait que la recherche du point C est effectuée en partant du point M1 lui-même déjà situé au voisinage du point C, cette recherche est généralement rapide et que les coordonnées du point C sont généralement obtenues après un petit nombre d'itérations.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de localisation de la position C d'une cible, pour radar multistatique en 3D du type comportant au moins deux stations de mesures (1 1 , 12) distantes l'une de l'autre, chaque station comportant des récepteurs (Ri à R6) pour former deux bases réceptrices bistatiques (Bi à B4) localisées dans des plans différents, les récepteurs formant chacune des bases étant séparés les uns des autres d'une distance de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde typique de fonctionnement du système, Caractérisé en ce qu'il comporte: - une première étape (31 ) d'initialisation consistant à chercher dans un plan P0 parallèle au sol (horizontal), passant par la droite D joignant les récepteurs Ri et R2 de référence, le point M0 tel que sa distance au récepteur Ri et sa distance au récepteur R2, soient respectivement égales à la distance cible pi mesurée par le récepteur Ri et à la distance cible ρ2 mesurée par le récepteur R2;
- une deuxième étape (32) de recherche consistant à déterminer le point Mi d'un cercle K le plus proche du point C position de la cible; le cercle K étant défini comme étant le cercle passant par le point M0 et dont le centre, situé sur la droite D, à l'intersection entre le plan Pi perpendiculaire à P0 passant par M0 et la droite D;
- une troisième étape (33) d'affinage de la recherche consistant à rechercher autour du point M-i, le point C dont les coordonnées correspondant à celles du point C avec une précision donnée.
2. Procédé de localisation selon la revendication 1 , caractérisée en ce que la deuxième (32) et la troisième (33) étape sont réalisées en utilisant les mesures Δφ de différences de phase réalisée, pour chaque base réceptrice, entre signaux reçus par les récepteurs formant cette base réceptrice.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la deuxième étape (32) consiste à calculer pour chaque point du cercle K les valeurs théoriques Δφ correspondantes et à comparer ces valeurs aux valeurs réelles mesurées, le point du cercle K pour lequel les valeurs théoriques sont les plus proches, au sens d'un critère de proximité choisi, des valeurs mesurées constituant le point M1.
4. Procédé selon la revendication 3 caractérisée en ce que le critère de proximité choisi est la minimisation de l'écart de phase maximum Eφmax = (Δφc - Δφ)max déterminé pour chaque point du cercle K à partir des écarts Δφc - Δφ calculés pour chaque base réceptrice; le point M1 choisi étant le point pour lequel Eφmax est le plus faible.
5. Procédé selon la revendication 3 caractérisée en ce que le critère de proximité choisi est la minimisation de la somme quadratique Σ des écarts de phase (Δφc - Δφ), déterminée pour chaque point du cercle K à partir des écarts Δφc - Δφ calculés pour chaque base réceptrice; le point M1 choisi étant le point pour lequel cette somme quadratique est la plus faible.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la troisième étape (33) consiste à explorer de manière itérative le voisinage du point M1 et à calculer à chaque itération i, pour chaque point Mj considéré, en partant de M1 , l'écart de position (ΔXJ, Δyi, ΔZJ) entre Mj et C; écart calculé à partir des mesures des différences de phase affectant les signaux reçus par chacune des bases bistatiques et des distances calculées du point Mj considéré aux récepteurs pris comme références de position; le point
Mj+1 considéré à l'itération i+1 ayant pour coordonnées (XJ+ΔXJ, Vi+Δyi, Z+ΔZJ), (Xj, yi, Zj) étant les coordonnées du point Mj.
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