FR2737307A1 - Systeme de mesure de distance - Google Patents

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Abstract

Un système de mesure de distance en ondes entretenues comprend un modulateur (2) servant à moduler un signal de porteuse haute fréquence en fonction d'un code pseudo-aléatoire, une antenne émettrice (5) servant à rayonner le signal vers une cible, une antenne réceptrice (6) et un récepteur (7) servant à détecter le signal réfléchi par la cible, un corrélateur (8) servant à corréler le signal détecté avec le code émis, le déphasage sélectionné correspondant au créneau de distance courant soumis à l'essai, si bien que la distance de la cible au système peut être déterminée, et un moyen de filtrage (10) servant à filtrer, dans le signal de sortie du corrélateur, les amplitudes de créneau de distance qui varient avec une fréquence moins qu'une valeur prédéterminée.

Description

La présente invention concerne un système de mesure de distance à ondes entretenues et, selon un aspect, un système d'altimètre radar pour aéronef.
Ces systèmes comprennent ordinairement un moyen d'émission de micro-ondes sur lequel une certaine forme de codage a été ajoutée, une antenne servant à diriger l'énergie sur la cible, une antenne servant à recevoir l'énergie revenue et, après amplification, un moyen de détermination de la quantité de retard qui est apparue sur le signal, et, par conséquent, de la distance à la cible. Le codage ajouté à l'émission a été, dans le passé, une modulation en impulsions ou en fréquence, mais, plus récemment, une modulation en phase formée par partir d'un code pseudo-aléatoire a été utilisée. Cette forme de modulation a la propriété de produire un spectre émis du type bruit qui est difficile à détecter et, par conséquent, trouve des applications dans les cas où le caractère dissimulé revêt une certaine importance.On peut améliorer la discrétion de l'action en réduisant la puissance émise de façon que le signal renvoyé soit juste suffisant pour la mesure de distance.
Dans ces systèmes modulés en phase, on établit une corrélation entre le signal reçu et une version retardée du code émis, en augmentant graduellement le retard par étapes, puis on détecte des échantillons du signal de sortie du corrélateur et on les emmagasine dans un tableau. A partir des données mémorisées, on peut trouver le retard, et par conséquent la distance, là où le retour du signal reçu se produit.
Un problème commun à ces systèmes de mesure de distance est qu'il existe souvent un niveau relativement élevé pour le signal non voulu qui est appliqué par couplage diaphonique directement de l'émetteur sur l'antenne réceptrice, ou bien qui est réfléchi par des structures situées aux environs de l'antenne.
Typiquement, ce signal non voulu se situe à 60 dB par rapport à la puissance de sortie de l'émetteur, tandis que le signal voulu provenant d'un objet éloigné, ou bien du sol dans une application altimétrique, est à 120 dB. Les systèmes à modulation en impulsions peuvent surmonter ce problème dans une certaine mesure en supprimant le récepteur pendant la durée durant laquelle l'émetteur produit des impulsions, mais ceci amène une dégradation des performances à courte portée. Le système selon un aspect de l'invention réduit sensiblement ce problème.
Selon l'invention, un système de mesure de distance à ondes entretenues comprend un modulateur servant à moduler un signal de porteuse de haute fréquence en fonction d'un code pseudoaléatoire, une antenne émettrice servant à rayonner le signal en direction d'une cible, une antenne réceptrice et un récepteur servant à détecter le signal réfléchi par la cible, un corrélateur servant à mettre en corrélation le signal à détecter et le code émis avec un décalage, ou retard, de phase sélectionné correspondant au créneau de distance faisant l'objet de l'essai courant, si bien que la distance de la cible au système peut être déterminée, et un moyen de filtrage servant à filtrer dans le signal de sortie du corrélateur les amplitudes de créneaux de distance qui varient avec la fréquence moins qu'une valeur prédéterminée.
L'invention repose sur l'appréciation selon laquelle un signal venant directement de l'émetteur aura une phase et une amplitude sensiblement constantes, tandis qu'un signal venant d'un objet modile éloigné ou du sol dans le cas d'une application altimétrique, variera du fait du mouvement relatif, qui, dans le cas de l'émission de micro-ondes, n'a besoin d'être que de l'ordre de quelques millimètres.
De préférence, le système de l'invention fait la différence entre des retours fixes et mobiles en utilisant des canaux jumelés (en phase et en quadrature) sur la sortie du corrélateur.
Chaque canal possède un signal de sortie pour chacun des pas de retard du corrélateur. Pour un créneau de distance donné, et, par conséquent, un retard donné, on compare les signaux de sortie de I et Q avec la moyenne de marche de plusieurs lectures précédentes du créneau de distance considéré. On soustrait l'échantillon le plus récent des moyennes de I et Q. Pour un signal stationnaire, le résultat est nul, si bien qu'on réussit à filtrer les signaux stationnaires vis-à-vis du couplage diaphonique, par exemple.
Dans un système de mesure de distance à spectre large à séquence continue, des lobes latéraux de corrélation peuvent
apparaître pour tout créneau de distance du fait de la cassure
émetteur-récepteur, ou bien du fait des signaux voulus. L'amplitude des lobes latéraux est, entre autres choses, une fonction de l'amplitude de la cassure ou du signal voulu. Avec une cassure qui
est de 60 dB plus grande que le signal voulu, les lobes latéraux
dus à la cassure peuvent dépasser le signal voulu. Toutefois, les
lobes latéraux de la cassure auront également une phase et une
amplitude sensiblement constantes et, par conséquent, le système de
l'invention les différencie aussi bien que le retour fixe prin
cipal.
Pour etre effective, la cassure doit être constante pour
chaque créneau de distance et ne doit pas être amenée à varier par
l'intermédiaire de la commande de puissance de l'émetteur. Puisque
chaque créneau de distance est traité indépendamment, on peut
réaliser ceci en faisant varier la puissance en fonction du créneau
de distance seulement. Ce système de commande de puissance surmonte
les problèmes de temps de réponse qui sont particuliers au cas où
on s'appuie sur la détection des niveaux de signaux renvoyés et est
moins complexe que ceux utilisant des amplificateurs logari
thmiques.
Le processus étant mis en oeuvre numériquement, il est
possible d'inclure des moyens par lesquels non seulement des
signaux mobiles peuvent être sélectionnés, mais aussi des signaux
fixes peuvent être détectés s'ils dépassent un niveau donné. Pour
réaliser ceci, on effectue un ensemble supplémentaire de traite
ments sur les signaux reçus après conversion à un format numérique.
Ces signaux sont transmis directemet à un réseau secondaire sans
soustraction de la moyenne de marche. Le réseau secondaire contient
alors le niveau des signaux renvoyés pour chacun des retards du
code, indépendamment du fait qu'ils sont ou non mobiles. Le niveau
du retour pour la cassure relative à chaque retard est mesuré en
l'absence de signaux vrais et ceci constitue un seuil. Des signaux
originaux venant de cibles fixes pourraient être détectés s'ils dépassaient ce seuil. Ce montage autorise par exemple la détection de grands signaux fixes venant du sol dans le cas d'un altimètre, tandis qu'un aéronef est immobile sur le sol. La possibilité de détecter et de mesurer la distance de grands signaux vient en complément de la possibilité de mesurer les cibles mobiles en présence d'une cassure.
Le code pseudo-aléatoire utilisé dans l'invention est de préférence un code de longueur maximale, une séquence de nombres produits par un registre à décalage sur lequel certaines réactions sont faites. Pour le système de l'invention, une longueur de code de 2047 chiffres est préférée.
La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages ; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels
- la figure 1 est un schéma simplifié d'un système de mesure de distance à ondes entretenues du type général auquel des aspects de l'invention se rapportent ;
- la figure 2 illustre les données emmagasinées dans le réseau de l'appareil présenté sur la figure 1 ;
- la figure 3 est une représentation simplifiée de la partie de réception et de traitement d'un système selon un aspect de l'invention ;
- la figure 4 est un diagramme illustrant la réponse obtenue avec le système tel que présenté sur la figure 3 ; et
- la figure 5 est une variante optionnelle du système présenté sur la figure 3.
Un système de mesure de distance à ondes entretenues utilisant la modulation de phase avec un code pseudo-aléatoire (code pn) est illustré sur la figure 1. Le côté d'émission possède un générateur 1 d'ondes porteuses de haute fréquence alimentant un modulateur de phase 2 commandé en fonction d'un code pn venant d'une mémoire de codes 3. Le signal modulé est amplifié par un amplificateur 4 et est transmis à une antenne d'émission 5. La section de réception comprend une antenne de réception 6, un ampli ficateur de réception 7, et un corrélateur 8 recevant Le même code pn via un dispositif 9 à retard variable autorisant que le code soit déplacé en phase d'un seul chiffre, séquentiellement, en correspondance avec une distance particulière.Un code peut donc être considéré comme étant divisé en une série de 'créneaux de distance" correspondant aux chiffres séparés du code et représentant un pas de distance égal à la distance maximale divisée par le nombre de chiffres du code, par exemple 2047. De façon générale, le code peut être déplacé en phase ou retardé de façon importante par étapes d'un seul chiffre du code ou de fractions d'un chiffre.
Chaque valeur de retard parcourue par étape représente un code de distance donné et le signal de sortie du corrélateur de chaque étape est une fonction du signal renvoyé depuis cette bande donnée de longueur, ou créneau de distance. La distance maximale dépend, entre autres choses, de la longueur de la séquence du code. Les résultats de la corrélation sont transmis à un détecteur d'amplitude 10 et sont emmagasinés dans un réseau 11. Les données emmagasinées sont telles que représentées sur la figure 2 et font apparaitre le retard là où le retour du signal reçu se produit (+).
On passe maintenant à la figure 3. Le retard du code pn appliqué au corrélateur parcourt cycliquement, et par étapes, tous les créneaux de distance à examiner. Pour chaque retard, le signal de sortie du corrélateur est divisé en deux canaux et est mélangé en 30a et 30b respectivement avec une forme d'onde en sinus et une forme d'onde en cosinus afin de produire les composantes "en phase" (I) et "en quadrature" (Q) de l'énergie reçue en provenance de cibles se trouvant à la distance examinée. Des convertisseurs analogique-numérique 31a et 31b convertissent respectivement les canaux I et Q du niveau analogique en un niveau numérique, et, à partir de ce point, tous les traitements ultérieurs se font sous forme numérique.Le niveau du signal reçu échantillonné courant d'un retard particulier est divisé, en 32a et 32b, respectivement par n et est ajouté à une moyenne de marche d'échantillons précédents du même retard affecté par le facteur n/(n+1). Cette addition est réalisée par des additionneurs 33a et 33b respectivement, la multiplication par un facteur étant effectuée dans les étages 34 (a ou b respectivement), et la moyenne de marche est emmagasinée respectivement en 35a et 35b. La moyenne de marche représente les composantes d'état stationnaire d'un signal renvoyé depuis une distance donnée. L'échantillon le plus récent du signal renvoyé est respectivement soustrait, en 36a et 36b, des moyennes (I et Q).
Pour un signal stationnaire résultant d'un couplage diaphonique ou de retours depuis une structure proche, l'annulation effectuée en 36a et 36b serait complète et aucun signal ne parviendrait au réseau. Toutefois, si le signal reçu varie d'un échantillon à l'autre, comme ce sera le cas pour des signaux en provenance d'une cible mobile, l'annulation n'est pas réalisée et les signaux de sortie sont transmis respectivement aux réseaux îîa et îîb. De cette manière, le traitement correspond à celui d'un filtre passehaut ayant une réponse fixée par la valeur de n. L'effet de l'échantillonnage est de mettre en place des encoches à la fréquence d'échantillonnage et à ses harmoniques. La réponse globale d'un tel montage est illustrée sur la figure 4, où, dans cet exemple, n est 7 et la fréquence d'échantillonnage est 20 Hz.
On peut voir qu'une atténuation considérable est appliquée aux signaux continus stationnaires et aux signaux allant jusqu'à 0,1 Hz. Après qu'un cycle complet d'échantillons a été pris, le réseau contient l'information relative aux niveaux de signaux mobiles pour chacune des distances qui sont échantillonnées, en meme temps qu'il y a rejet des signaux non voulus stationnaires provenant de la cassure.
Une variante du système de la figure 3 est illustrée sur la figure 5. Un ensemble supplémentaire de traitements est effectué sur les signaux reçus après conversion à un format numérique. Les signaux sont transmis directement à des réseaux secondaires 50a et 50b respectifs sans soustraction de la moyenne de marche. Le réseau secondaire 50a ou 50b contient alors les niveaux des signaux de retour pour chacun des retards du code, indépendamment du fait qu'ils soient ou non mobiles. Le niveau du retour provenant de la cassure pour charque retard est mesuré en l'absence de signaux vrais, et ceci constitue un seuil.
Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du dispositif dont la description vient d'être à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention.

Claims (6)

REVENDICATIONS
1. Système de mesure de distance à ondes entretenues, caractérisé en ce qu'il comprend un modulateur (2) servant à moduler un signal de porteuse haute fréquence en fonction d'un code pseudo-aléatoire, une antenne d'émission (5) servant à rayonner le signal vers une cible, une antenne de réception (6) et un récepteur (7) servant à détecter le signal réfléchi par la cible, un corrélateur (8) servant à corréler le signal détecté avec le code émis, le déphasage sélectionné correspondant au créneau de distance courant soumis à essai, si bien que la distance de la cible au système peut être déterminée, et un moyen de filtrage (10) servant à filtrer, dans le signal de sortie du corrélateur, les amplitudes de créneaux de distance qui varient avec une fréquence moins qu'une valeur prédéterminée.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de sortie du corrélateur comprend des canaux jumelés, destinés aux signaux en phase (I) et en quadrature (Q).
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur analogique-numérique pour chaque canal.
4. Système selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le moyen de filtrage comprend un moyen servant à établir une moyenne de marche du signal de sortie ou de chaque signal de sortie, et un moyen servant à soustraire le signal de sortie courant vis-à-vis de la moyenne de marche.
5. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un étage de traitement supplémentaire est prévu pour recevoir des signaux numériques en provenance du convertisseur analogiquenumérique, l'étage de traitement supplémentaire comprenant un réseau de mémorisation pour chaque canal, conçu pour mémoriser le signal renvoyé pour chaque retard du code en l'absence des signaux afin d'établir un seuil, et un moyen servant à comparer des signaux ultérieurement reçus avec la valeur de seuil afin de détecter des signaux dépassant la valeur de seuil.
6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen servant à faire varier la puissance du signal rayonné en fonction du créneau de distance qui est soumis à essai.
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