FR2477283A1 - Dispositif de radar destine notamment a mesurer par rapport a lui la vitesse v d'un objet - Google Patents

Abstract

CE DISPOSITIF DE RADAR EST DESTINE NOTAMMENT A MESURER PAR RAPPORT A LUI LA VITESSE V D'UN OBJET 2. IL COMPORTE UN PREMIER CAPTEUR 11 ET UN DEUXIEME CAPTEUR 12 SEPARES PAR UNE DISTANCE D, ALIGNES SUIVANT LA DIRECTION DE LA VITESSE A MESURER ET PREVUS POUR CAPTER DES ONDES QUI PROVIENNENT D'UN GENERATEUR DE SIGNAUX A HAUTE FREQUENCE 10 ET QUI SONT REEMISES PAR LEDIT OBJET 2. UN CIRCUIT DE CORRELATION 15 EST PREVU POUR DETERMINER LE RETARD T DES SIGNAUX DE SORTIE DU SECOND CAPTEUR 12 PAR RAPPORT AUX SIGNAUX DE SORTIE DU PREMIER CAPTEUR 11 POUR LEQUEL LA CORRELATION EST MAXIMUM. LE GENERATEUR 10 EST CONCU POUR EMETTRE UNE PREMIERE ONDE E1 ET UNE DEUXIEME ONDE E2 MODULEES EN FREQUENCE ET DECALEES DANS LE TEMPS DE LA DUREE T. APPLICATION : MESURE DE LA VITESSE D'UN AERONEF.

Description

Z477283

DISPOSITIF DE RADAR DESTINE NOTAMMENT A MESURER PAR RAPPORT A LUI

LA VITESSE "V" D'UN OBJET

La présente invention concerne un dispositif de radar des-

tiné notamment à mesurer par rapport à Lui La vitesse 'v" d'un objet,

dispositif comportant un premier capteur et un deuxième capteur sépa-

rés par une distance "d", aLignés suivant La direction de La vitesse à mesurer et prévus pour capter des ondes qui proviennent d'un géné- rateur de signaux à haute fréquence et qui sont réémises par Ledit objet, un circuit de corrélation pour déterminer Le retard "T"' des signaux de sortie du second capteur par rapport aux signaux de sortie du premier capteur, retard pour LequeL La corréLation est maximum, et un circuit de sortie qui éLabore L'information de vitesse en évaLuant d

La quantité.

Une application importante que trouve un tel dispositif est La mesure de La vitesse horizontaLe d'un aéronef; dans ce cas, L'objet en question est Le sol tandis que Le dispositif de radar est à bord de L'aéronef. On mesure aLors La vitesse du dépLacement reLatif du sol

par rapport à L'aéronef.

Dans Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 041 293, on

décrit un dispositif de ce genre. Dans ce dispositif connu, on uti-

Lise un générateur émettant un signal à fréquence fixe. Or, iL peut arriver que pour certaines distances entre Le dispositif et Le soL'et que pour des profils particuliers de ce dernier, Les ondes captées soient très faibLes rendant impossible Le traitement des signaux aux

sorties des capteurs. On perd donc ainsi La connaissance de La vitesse.

Ce dispositif connu n'est donc pas apte à l'appLication envisagée -

pour LaqueLLe une mesure permanente et fiable de La vitesse est exigée.

La présente invention propose un dispositif du genre men-

tionné dans le préambule qui procure une mesure sûre de la vitesse.

Pour cela, un dispositif de radar destiné notamment à me-

surer par rapport à lui la vitesse "v" d'un objet est remarquable en ce que ledit générateur de signaux à haute fréquence est conçu pour émettre une première onde et une deuxième onde moduléesen fréquence et en ce qu'il est pourvu d'une borne de commande de décalage dans le temps des deux ondes, reliée à une sortie du circuit de corrélation o apparaît un signal représentatif du temps T pour décaLer de La durée

T ladite première onde.

Un mode de réalisation avantageux est remarquable en ce que

le dispositif comporte, reLié à la sortie du premier capteur, un pre-

mier circuit sélecteur pour sélectionner La première onde réfléchie et relié à la sortie du second capteur, un deuxième circuit sélecteur pour sélectionner ta deuxième onde réfléchie et en ce que chaque circuit sélecteur est formé par un circuit mélangeur pour métanger les signaux

de sortie du générateur de signaux à haute fréquence avec l'onde ré-

fLéchie et par un filtre pour filtrer le signal de battement de plus basse fréquence. L'avantage important que l'on obtient par ce mode de

réalisation est qu'à la sortie des filtresla fréquence du signal dé-

pend directement de la distance comprise entre te dispositif et l'objet.

Ainsi, avec peu de moyens supplémentaires, on obtient la mesure de La distance.

La description suivante faite en regard des dessins annexés,

le tout donné à titre d'exemple non limitatif fera bien comprendre com-

ment l'invention peut être réalisée.

La figure 1 montre un dispositif conforme à L'invent'ion.

La figure 2 montre les variations de fréquence en fonction

du temps '"t" des ondes émises et réfléchies.

Les figures 3, 4, 5, 7 et 8 montrent différents modes de réa-

lisation d'un générateur de signaux à haute fréquence convenant pour un dispositif conforme à l'invention,

La figure 6 montre un organe de retard variable faisant par-

tie du générateur de signaux à haute fréquence de La figure 5.

La figure 9 montre un dispositif conforme à l'invention

permettant, en outre, La mesure de La distance de L'objet.

La figure 10 montre en détail une partie du dispositif de

la figure 7.

A La figure 1, Le dispositif de l'invention portant La réfé-

rence 1 est supposé être monté à bord d'un aéronef non représenté.

L'aéronef et, donc, le dispositif se déplacent à une vitesse "v" paraL-

lèlement au sol "2". Pour mesurer cette vitesse, une antenne d'émission 9 émet des ondes provenant d'un générateur de signaux à haute fréquence

en direction du sol 2, ces ondes ont une fréquence de 4,3 GHz envi-

ron; le sol réfléchit ces ondes qui sont ensuite captées par deux an-

tennes de réception 11 et 12 alignées suivant La direction de la vi-

tesse "v" et séparées d'une distance "d".

Pour comprendre le principe de La mesure, il faut admettre que le sol se comporte comme une surface rayonnant l'énergie qu'elle a reçue et donc comme une antenne ayant un diagramme de rayonnement qui

possède un très grand nombre de maxima et de minima. Ainsi, L'an-

tenne 12 située en avant commence La première à explorer le diagramme d de rayonnement puis, après un temps "T' tel que: T =, ce sera au tour de l'antenne 11 située en arrière. Les signaux aux sorties des antennes 11 et 12 seront pratiquement identiques mais décalés d'une durée "'T" donnée par la formule ci-dessus. Un circuit de corrélation 15

détermine le retard qu'il faut apporter aux signaux de sortie de L'an-

tenne 12, appliqués à une entrée 16 pour obtenir le maximum de corréLa-

tion avec les signaux de sortie de l'antenne 11 appliqués à son en-

trée 17. Le signal représentant le retard à apporter, disponible sur

une sortie 18 du circuit corrélateur 15, est appLiqué à un circuit in-

dicateur 20 qui fournit l'indication de la vitesse "'Yv", cette vitesse

étant fournie par La relation v =.

T Le circuit corrélateur 15 peut être du type décrit dans le

brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 777 133.

Conformément à l'invention, Le générateur 10 est conçu pour

émettre respectivement sur une première sortie 21 et une deuxième sor-

tie 22 une première onde E1 et une deuxième onde E2 modulées en fré-

quence, et en ce qu'il est pourvu d'une borne de commande 25 de déca-

Lage dans Le temps des deux ondes reliée à La sortie 18 o apparaît un signal représentatif-de T.

Un circuit de dérivation 26 permet de connecter l'embou-

chure de l'antenne 9 aux sorties 21 et 22 du générateur 10.

Avant d'être appliqués aux entrées 16 et 17 du circuit de corrélation 15, Les signaux subissent un traitement effectué par un circuit mélangeur 30 et 31 et un filtre passe-bande 32 et 33. Le cir- cuit mélangeur 30 et Le filtre passe-bande 32 sont intercalés entre

L'embouchure de l'antenne 12 et l'entrée 16 alors que le circuit mé-

langeur 31 et le filtre passe-bande 33 sont intercalés entre l'embou-

chure de l'antenne 11 et l'entrée 17 du circuit 15. Le circuit mélan-

geur 31 fournit une onde obtenue par le battement entre L'onde re-

cueillie par l'antenne 11 et l'onde disponible à la sortie 21 du gé-

nérateur 10, cette dernière onde étant prélevée au moyen d'un cou-

pleur 35. De même, le circuit mélangeur 30 fournit une onde de batte-

ment entre l'onde recueillie par L'antenne 12 et l'onde disponible à la sortie 22 du générateur 10, cette onde étant prélevée au moyen

d'un coupleur 36.

Pour mieux comprendre le fonctionnement du dispositif de l'invention, on se reporte à la figure 2. Sur cette figure 2, on a

représenté en fonction du temps "t" les variations de fréquence "f".

La référence E1 montre la variation de la fréquence de l'onde à. la

sortie 21 et La référence E2 celle de l'onde à la sortie 22. Ces va-

riations sont identiques et égales à LF et durent un temps T, mais sont cependant décalées d'un temps égal à T. A ces deux ondes émises E1 et E2 vont correspondre deux ondes réfléchies R1 et R2 au niveau des antennes 11 et 12; ces ondes R1 et R2 sont reçues après un temps 6t après l'émission des ondes E1 et E2. Ce temps 6t est tel que: = 2H c

o H est la distance qui sépare le dispositif 1 de l'objet 2 et re-

présente l'altitude lorsque L'on a affaire à un aéronef et o "c" La vitesse de la lumière. Il convient de remarquer qu'en pratique t " T de sorte qu'à La sortie du mélangeur 31 La fréquence de L'onde obtenue par le battement de E1 avec l'onde R2 est bien plus importante que la fréquence du battement entre l'onde El et R1 et qu'à la sortie du mélangeur 32 la fréquence de l'onde obtenue par le battement des ondes E2 et R1 est plus importante que La fréquence de battement des ondes E2 et R2. Les filtres 33 et 32 permettent de

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sélectionner Le battement de L'onde E1 avec L'onde R1 pour Le premier

et L'onde de battement de L'onde E2 avec L'onde R2 pour Le deuxième.

En un moment donné, La fréquence de L'onde R2 a une certaine vaLeur et, Lorsque par suite du déplacement du dispositif 1, L'antenne 11 occupe La place de L'antenne 12, La fréquence de L'onde R1 a aussi

cette certaine valeur. Ainsi, La corrélation s'effectue pour des si-

gnaux correspondant à de mêmes valeurs de fréquences de rayonnement

du sol.

Le générateur 10 peut être réalisé de différentes façons.

La figure 3 représente un premier mode de réalisation. Ce générateur est constitué à partir d'un oscillateur 40 à la fréquence d'émission muni d'une commande de fréquence par tension 41. Cette commande est reliée à la sortie d'un générateur 42 de signaux en dents de scie 42. La sortie du générateur 40 est reliée, d'une part, à la

sortie 22 directement et, d'autre part, à la sortie 21 par L'intermé-

diaire d'un organe de retard variable 43; la commande de retard de cet

organe 43 est reliée à L'entrée 25. Le schéma de la figure 3 n'est va-

lable actuellement que lorsque l'on travaille à des fréquences de l'ordre de la dizaine de mégahertz. Pour les fréquences envisagées, c'est-à-dire de l'ordre de 4,3 GHz, il faut mieux utiliser les schémas

des figures 4, 5, 7 et 8.

Le schéma de la figure 4 utilise deux oscillateurs à com-

mande par tension 40a et 40b munis respectivement d'une commande par

tension 41a et 41b; La sortie de l'oscillateur 40a constitue la sor-

fie 21 et celle de l'oscillateur 40b, la sortie 22. La commande 41b est reliée directement à la sortie du générateur de signaux en dents

de scie 42 et la commande 41a est aussi reliée à la sortie du généra-

teur 42, mais par l'intermédiaire d'un organe de retard variable 43a.

Cet organe 43a est d'un type différent de celui de l'organe 43 de la figure 3 puisque les signaux à retarder ont des fréquences bien plus

basses. On peut utiliser alors des lignes à retard réglable pour si-

gnaux analogiques à audio-fréquences; on pourra consulter à ce sujet l'article: -Un module "retard pur" pour signaux analogiques- paru en

Décembre 1971 dans le numéro 149 de la revue ELECTRONIQUE ET MICRO-

ELECTRONIQUE INDUSTRIELLEo

Le générateur 10 montré à la figure 5 comporte deux oscil-

lateurs 40a et 40b dont les commandes respectives 41a et 41b sont connectées directement aux sorties des générateurs de signaux en dents

de scie 42a et 42b. Les générateurs 42a et 42b peuvent être décLen-

chés par des impulsions appliquées à leurs bornes pour déclenchement

a et 45b respectivement. Un générateur d'impuLsions 50 fournit di-

rectement ses impulsions à La borne 45b et, par L'intermédiaire d'un organe de retard 43b, à la borne 45a. L'organe 43b peut être d'un type

différent de L'organe 43a car, ici, on n'a plus affaire avec des si-

gnaux analogiques mais avec des impulsions.

Un dispositif pouvant constituer L'organe 43b est montré à la figure 6. L'organe décrit à La figure 6 se compose d'un générateur de courant 53 dont l'intensité dépend de La valeur du signal présent

à l'entrée 25; ce courant est utilisé pour charger un condensateur 54.

Un comparateur 55 compare La tension aux armatures du condensateur avec une tension de référence fournie par une source 56. Un dispositif

de mise en forme d'impulsions 57 fournit les signaux à la borne 45a.

Le condensateur est déchargé au moyen d'un interrupteur 58 coniecté en parallèle sur Les armatures de ce condensateur. Cet interrupteur est mis en position fermée par Les impulsions du générateur 50. On voit donc bien que l'organe 43b fournit des impulsions retardées par

rapport aux impulsions du générateur 50 d'une quantité proportion-

nelle au courant engendré par le générateur de courant 53.

Les deux oscillateurs 40a et 40b des générateurs montrés aux figures 4 et 5 peuvent être remplacés par un seul sans pour cela

utiliser un organe de retard pour signaux à haute fréquence. Les fi-

gures 7 et 8 correspondant respectivement aux générateurs des figures et 4 montrent ces générateurs à un seul oscillateur portant sur ces figures 7 et 8 la référencé 40. Ces générateurs sont formés d'un commutateur 59 à deux positions. La commutation est commandée par une horloge 60 fournissant des signaux à cadence rapide par rapport à celle des signaux en dents de scie. Ainsi, La commande par tension 41 du générateur 40 reçoit tour à tour les signaux des générateurs 42a et 42b comme le montre La figure 7 ou, tour à tour, les signaux de

sortie du générateur 42 et de l'organe 43a, comme Le montre La fi-

gure 8.

Le dispositif de l'invention est capable, sans nécessiter beaucoup plus de matériel, de mesurer en outre La distance qui le

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sépare de l'objet. En effet, La distance est directement Liée à La fréquence du signal à La sortie des mélangeurs 31 et 32. On montre facilement que si on appeLLe "fb" cette fréquence, on a: fb = AF 2H T C Un dispositif conforme à L'invention mesurant, en outre,

la distance H est montré à la figure 9; sur cette figure, Les éLé-

ments communs à ceux des figures précédentes portent Les mêmes réfé-

rences. Pour obtenir la distance H, au Lieu de mesurer fb (AF et T étant fixes), on préfère ici asservir La fréquence fb à une valeur fixe fbo et mesurer la pente de la dent de scie A de sorte que La vaLeur H sera proportionnelle à cette valeur H = fbo x cx (T) 2 (.F Pour simplifier l'exposé, on admet que AF reste constant de sorte que La mesure de la valeur de T, qui va varier en fonction de H, donne justement cette valeur H.

Pour obtenir une fréquence de battement fixe, on pourra uti-

liser Les principes contenus dans Le brevet français n0 1 557 670

déposé au nom de la Demanderesse.

Selon ces principes, Le dispositif de l'invention montré à La figure 9 comporte une boucLe d'asservissement comportant notamment un discriminateur de fréquence 61 dont L'entrée est connectée à La sortie du fiLtre 32 dont La bande passante sera aLors centrée sur cette même fréquence; le signal de sortie du discriminateur 61 agit sur La durée du signal en dent de scie fourni par Les générateurs 42, 42a ou 42b pour que la fréquence de battement soit fixée à La valeur fbo. Un périodemètre 65 mesure la durée de la dent de scie et un

deuxième indicateur 67 couplé à ce périodemètre fournit à L'utiLisa-

teur la vaLeur de H.

A La figure 10, on montre en détail La structure d'un géné-

rateur de signaux en dents de scie 42 et d'un périodemàtre 65 conve-

nant pour Le dispositif de l'invention de la figure 9o Le générateur se compose d'un générateur de courant 71 dont la valeur du courant I fourni est commandée par Le signal de sortie du discriminateur 61. Ce courant I permet La charge d'un condensateur 72 aux armatures duquel est connecté le trajet source drain d'un transistor à effet de champ 73 que l'on suppose tout d'abord à-l'état

bloqué. Un comparateur de tension 74 compare la tension qui se déve-

loppe aux armatures du condensateur 72 à une tension de référence

fournie par une source de tension de référence 75. Pour ne pas pertur-

ber La charge, on a prévu un amplificateur tampon 76 de gain unité connecté entre le condensateur 72 et Le comparateur 74. Dès que ta tension aux armatures du condensateur 72 a atteint la valeur de la tension de référence, le signal de sortie du comparateur change, ce changement de signal se transforme en une impulsion dont la durée est bien définie par un circuit monostable 77. Cette impulsion appliquée

à la grille du transistor 73 rend ce dernier conducteur, le condensa-

teur 72 se décharge alors. La durée de l'impulsion du monostabLe 76

est suffisante pour permettre la décharge complète du condensateur 72.

La sortie de l'amplificateur 76 constitue la sortie du générateur 42.

La valeur du signal à la grille du transistor 73 indique donc si Le

condensateur 72 se charge ou se décharge. On profite alors de ce si-

gnal pour déterminer la durée de La dent de scie. Ce signal est appli-

qué au périodemêtre 65, plus précisément à l'entrée inverseuse d'une porte ET 80 que comporte ce périodemètre 65. L'autre entrée de la porte 80 reçoit un signal périodique d'une horLoge 81, La période de ce dernier signal est choisie d'une durée très inférieure à La durée de dent de scie; la sortie de la porte 80 est reliée à l'entrée de comptage d'un compteur 82. Ainsi, lorsque le transistor 73 est à l'état bloqué, la porte 80 est ouverte; si à cet état on suppose que la tension à la grille du transistor 73 représente une valeur logique "0", le contenu du compteur 82 croit au rythme des signaux de l'horloge 81. Lorsque le signal à la griLLe du transistor 73 prend la valeur

"1", la porte 80 est fermée, le contenu du compteur 82 est figé. Ce-

pendant, il existe une première connexion qui relie l'entrée inver-

seuse de la porte 80 avec la commande d'enregistrement d'un registre83 et une deuxième connexion qui reLie cette entrée inverseuse avec la commande de remise à zéro du compteur 82 et qui comporte un organe de retard 84 amenant un petit retard par rapport au temps de décharge du condensateur 72, de sorte qu'au changement de valeur du signal Logique à La grille du transistor iL se produit successivement deux opérations; Le contenu du compteur 82 est transféré dans le registre 83, puis Le compteur 82 est remis à zéro. Le décodage du contenu du

registre 83 permet à L'indicateur 67 de fournir l'information de dis-

tance à L'utiLisateur. 1.0

Claims (8)

REVENDICATIONS:

1. Dispositif de radar destiné notamment à mesurer par rapport

à lui La vitesse "v" d'un objet, dispositif comportant un premier cap-

teur et un deuxième capteur séparés par une distance "d", alignés sui-

vant la direction de La vitesse à mesurer et prévus pour capter des ondes qui proviennent d'un générateur de signaux à haute fréquence et

qui sont réémises par Ledit objet, un circuit de corrélation pour dé-

terminer le retard "T" des signaux de sortie du second capteur par

rapport aux signaux de sortie du premier capteur pour lequel la cor-

rélation est maximum et un circuit de sortie qui élabore L'informa-

tion de vitesse en évaluant la quantité d, caractérisé en ce que Ledit générateur de signaux à haute fréquence est conçu pour émettre une première onde et une deuxième onde moduLésen fréquence et en ce qu'il est pourvu d'une borne de commande de décalage dans Le temps

des deux ondes, reliée à une sortie du circuit de corrélation o ap-

parait un signal représentatif du temps T pour décaler de la durée T

ladite première onde.

2. Dispositif de radar selon La revendication 1, caractérisé en ce qu'iL comporte, relié à la sortie du premier capteur, un premier

circuit sélecteur pour sélectionner la première onde réfléchie et re-

- Lié à la sortie du second capteur, un deuxième circuit sélecteur pour

sélectionner la deuxième onde réfléchie.

3. Dispositif de radar selon La revendication 2, caractérisé en ce que chaque circuit sélecteur est formé par un circuit mélangeur

pour mélanger les signaux de sortie du générateur de signaux à haute -

fréquence avec L'onde réfléchie et un filtre pour filtrer le signal

de battement de plus basse fréquence.

4. Dispositif de radar selon l'une des revendications I à 3,

caractérisé en ce que Le générateur est formé par un oscillateur muni

d'une borne de commande de fréquence reliée à la sortie d'un généra-

teur de signaux en dents de scie, par deux voies d'émission connec-

tées en sortie de l'oscillateur et par un organe de retard variable

connecté dans l'une des voies.

5. Dispositif de radar selon l'une des revendications 1 à 3,

caractérisé en ce que le générateur est formé par deux oscilLateurs

munis d'une borne de commande de fréquence reLiée pour L'un directe-

ment à La sortie d'un générateur de signaux en dents de scie et reliée pour L'autre, par l'intermédiaire d'un organe de retard variable, à

La sortie de ce même générateur de signaux en dents de scie.

6. Dispositif de radar seLon L'une des revendications 1 à 3,

caractérisé en ce que le générateur est formé par deux oscillateurs

munis d'une borne de commande de fréquence reliée-chacune à un géné-

rateur de signaux en dents de scie, en ce que ces générateurs de si-

gnaux en dents de scie sont munis chacun d'une commande de décLenche-

ment sur des fronts de signaux reliée pour l'une directement à un

générateur de signaux impuLsionnels et reliée pour L'autre, par l'in-

termédiaire d'un organe de retard variable, à La sortie de ce même

générateur de signaux impulsionnels.

7. Dispositif de radar selon L'une des revendications 1 à 3,

caractérisé en ce que Le générateur est formé d'un oscilLateur muni

d'une borne de commande de fréquence recevant tour à tour, par L'in-

termédiaire d'un commutateur, des signaux à dents de scie décalés

dans le temps.

8. Dispositif de radar selon l'une des revendications 2 à 7,

destiné en outre à mesurer la distance qui le sépare dudit objet, caractérisé en ce qu'il comporte un asservissement agissant sur la pente des signaux en dents de scie pour garder fixe la fréquence des signaux à la sortie du circuit séLecteur et en ce que pour fournir

L'indication de la distance, il est prévu un périodemètre pour mesu-

rer La durée de la dent de scie.