FR2859538A1 - Systeme de radar a ondes de surface - Google Patents

Abstract

Ce système de radar à ondes de surface a un réseau d'antennes (20, 22) réceptrices à deux dimensions.Le réseau (20, 22) comporte un réseau (20) à émanation de flancs à une dimension de doublets (30) polarisés verticalement, ledit réseau à émanation de flancs étant substantiellement perpendiculaire à une direction de réception de ladite antenne, et chacun desdits doublets (30) étant substantiellement parallèle à ladite direction de réception, et un réseau à rayonnement longitudinal (22) d'antennes polarisées verticalement sensiblement perpendiculaire et adjacent audit réseau à émanation de flancs.

Description

La présente invention concerne un système de radar à ondes de surface.

Les systèmes radar à ondes de surface, en particulier, les systèmes à onde de surface à haute fréquence (HFSWR), ont récemment été développés pour remédier aux limitations de lignes de visée des systèmes radar à micro-ondes. HFSWR exploite un phénomène connu sous le nom de Propagation d'Ondes Norton dans lequel un signal électromagnétique à polarisation verticale se propage de façon efficace en tant que ondes de surface le long d'une surface conductrice. Les systèmes HFSWR fonctionnent dans des installations côtières, Zo dans lesquelles l'océan forme la surface conductrice. Le signal transmis suit la surface incurvée de l'océan, et un système peut détecter des objets au-delà de l'horizon visible, avec une portée de l'ordre de 200 km.

La détection réussie d'une cible par un système de radar à ondes de surface implique traditionnellement un compromis entre de nombreux facteurs, incluant les pertes par propagation, la section transversale radar de la cible, le bruit ambiant, les interférences humaines et le fouillis des échos. II est souhaitable de fournir un système de radar à ondes de surface amélioré, ou au moins une alternative utile aux procédés et aux systèmes de radar à ondes de surface existants.

Conformément à la présente invention, il est fourni un système de radar à ondes de surface ayant: - un réseau d'antennes réceptrices à deux dimensions.

Suivant d'autres caractéristiques du système: - ledit réseau comporte un réseau à émanation de flancs à une dimension de doublets polarisés verticalement, ledit réseau à émanation de flancs étant substantiellement perpendiculaire à une direction de réception de ladite antenne, et chacun desdits doublets étant substantiellement parallèle à ladite direction de réception, et un réseau à rayonnement longitudinal d'antennes polarisées verticalement sensiblement perpendiculaire et adjacent audit réseau à émanation de flancs; - ledit réseau forme une structure en L; - ledit réseau forme une structure en T; - ledit réseau à rayonnement longitudinal comporte soit des monopoles, soit des doublets, chacun desdits doublets étant sensiblement parallèles à ladite direction de réception.

Il est également décrit ici un système de radar à ondes de surface comportant: - un réseau d'antennes réceptrices pour générer des signaux reçus; et - un système de traitement de données pour traiter les données reçues représentant lesdits signaux reçus pour atténuer le fouillis ionosphérique.

Suivant d'autres caractéristiques du système de radar décrit ici: - le traitement dudit système de traitement de données comporte une étape de filtrage desdites données reçues sur la base de données de fouillis ionosphérique générées à partir desdites données reçues; - ledit système de traitement de données comporte un filtre adaptatif pour réaliser ladite étape de filtrage, ledit filtre étant entraîné sur la base desdites données de fouillis ionosphérique générées en déterminant des estimés de fouillis pour des cellules sélectionnées desdites données reçues; - ledit système de traitement de données comporte un processeur Doppler et de portées, un appareil de formation de faisceaux et un détecteur pour générer des cellules de données de radar traitées à partir desdites données reçues et générer lesdites données de fouillis ionosphérique, des données de puissance de bruit et des données de cibles probables pour lesdites cellules, lesdites données de fouillis ionosphériques représentant la puissance du fouillis ionosphérique, et ledit filtre adaptatif étant entraîné en utilisant les donnés desdites cellules ayant une puissance de fouillis ionosphérique au-dessus d'un seuil de bruit déterminé par lesdites données de fouillis ionosphérique et lesdites 1 o données de puissance de bruit, en excluant les données des cellules identifiées par lesdites données de cibles probables et les cellules représentant le fouillis de la mer; - les données de radar traitées filtrées par ledit filtre adaptatif sont traitées par ledit détecteur pour générer des données de cibles probables; - ledit filtre est basé sur une inversion de matrice d'échantillons chargés; - ledit filtre exécute [al +L Yjl yH J 1 S(e) où Yi, est un vecteur complexe desdites données reçues de Doppler-portées traitées, S2 représente les données d'entraînement, H représente l'opération de conjugaison et de transposition complexe, j est le numéro de données de W.(9)= SH(B)[aI+JE YjlYj't S(8) portées, lest le numéro de données de Doppler, a est un facteur de charge, I est la matrice unité diagonale, S(8) est le vecteur de visée correspondant à la géométrie dudit réseau et à une direction de visée e; - ladite inversion de matrice d'échantillons chargés est et un filtre Wmi(0) est partagé par m données de portées consécutives; - ledit réseau d'antennes réceptrices est un réseau d'antennes réceptrices à une dimension.

- ledit réseau comporte un réseau à émanation de flancs à une dimension de doublets polarisés verticalement, ladite antenne à émanation de flancs étant sensiblement perpendiculaire à une direction de réception de ladite antenne, et chacun desdits doublets étant sensiblement parallèle à ladite direction de réception; - ledit réseau d'antennes réceptrices est un réseau d'antennes 15 réceptrices à deux dimensions; - ledit système de radar à ondes de surface a un réseau d'antennes réceptrices à deux dimensions; - ledit réseau comporte un réseau à émanation de flancs à une dimension de doublets polarisés verticalement, ledit réseau à émanation de flancs étant substantiellement perpendiculaire à une direction de réception de ladite antenne, et chacun desdits doublets étant substantiellement parallèle à ladite direction de réception, et un réseau à rayonnement longitudinal d'antennes [al +Ikii iEn y Y7] S(9) Wnj (e) _ SH (8) [al + zk ; /ES2 Yk, YkH J 1 S(0) 2859538 5 polarisées verticalement sensiblement perpendiculaire et adjacent audit réseau à émanation de flancs; - ledit réseau forme une structure en L; - ledit réseau forme une structure en T; - ledit réseau à rayonnement longitudinal comporte soit des monopoles, soit des doublets, chacun desdits doublets étant sensiblement parallèles à ladite direction de réception.

Il est également décrit un procédé pour traiter des données traitées de Doppler et de portées dans un récepteur radar à ondes de surface, comportant, pour chaque portée, les étapes de: - entraîner un filtre adaptatif spatial en utilisant des données d'entraînement desdites données traitées, lesdites données d'entraînement comportant des données de fouillis ionosphérique et excluant des données de cibles; et - filtrer lesdites données traitées en utilisant ledit filtre.

Suivant d'autres caractéristiques du procédé décrit ici, il comporte les étapes de: - transformer en faisceaux lesdites données traitées, et quantifier lesdites données de fouillis ionosphérique et lesdites données de cibles en comparant les données de faisceaux formées avec au moins une valeur de seuil; - lesdites données d'entraînement excluent les cellules contenant une quantité substantielle de fouillis de mer; - ledit filtre est basé sur l'inversion de matrices d'échantillon chargées; - ledit filtre exécute [al + I1en 17j1 YJ.H 1-1 s(e) où Y;, est un vecteur complexe desdites données reçues de Doppler-portées traitées, S représente les données d'entraînement, H représente l'opération de conjugaison et de transposition complexe, j est le numéro de données de portées, lest le numéro de données de Doppler, a est un facteur de charge, I est la matrice unité diagonale, S(8) est le vecteur de visée correspondant à la géométrie dudit réseau et à une direction de visée 8; - ladite inversion de matrice d'échantillons chargés est [al + k=j leS2 Ykl Ykl S(8) W (8)-SH(8)[aI+Ik=j1 'ç' YklyHJ'S(8) et un filtre Wmi(8) est partagé par m données de portées consécutives.

Il est également décrit un système de traitement de données pour traiter les données de radar à ondes de surface reçues de façon à limiter le fouillis ou ensemble d'échos dû à la ionosphère.

Les modes de réalisation préférés de la présente invention sont décrits ci-dessous, à titre d'exemple seulement, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: W.(8)= sH(8)[aI+zjeûYjl} 1 S(8) - la figure 1 est un diagramme schématique du mode de réalisation préféré d'un système de radar à ondes de surface; - la figure 2 est un diagramme schématique d'un réseau d'antennes réceptrices du système - la figure 3 est un diagramme schématique d'un élément à antennes doublet du réseau d'antennes réceptrices; - la figure 4 est un bloc diagramme d'un récepteur du système; - la figure 5 est un organigramme d'un traitement de données de l'état de la technique; - la figure 6 est un organigramme d'un traitement de données adaptatif exécuté par un système de traitement de données du récepteur; - la figure 7 est un relevé de portées-Doppler montrant le fouillis ionosphérique dans les données traitées par le traitement de données de l'état de la technique de la figure 5; - la figure 8 est un relevé de portées Doppler montrant la fenêtre utilisée pour évaluer le fouillis ionosphérique et des bruits externes; - la figure 9 est un graphe montrant le spectre de puissance du fouillis ionosphérique et des bruits externes obtenu à partir des fenêtres de portées Doppler montrées dans la figure 8; - la figure 10 est une paire de relevés de portées-Doppler de données de radar traitées par les traitements de données conventionnels (en haut) et adaptatifs (en bas) ; - la figure 11 est un graphe de données Doppler pour une portée et un azimut particuliers, montrant les effets du filtre adaptatif sur la suppression des bruits externes; - les figures 12 à 15 sont des graphes de données Doppler pour différentes portées et azimuts, illustrant l'inhomogénéité spatiale du fouillis ionosphérique et les effets du filtre spatial sur la suppression du fouillis; et - la figure 16 est un graphe de données Doppler pour un azimut et une portée particuliers, pour un traitement adaptatif 2-D et adaptatif 1-D conventionnels.

Un système de radar à ondes de surface, comme illustré sur la figure 1, comporte un émetteur 12 et un récepteur 14. L'émetteur 12 comporte des émetteurs électroniques 18 et une antenne 16 de transmission. L'antenne 16 de transmission est une antenne à larges bandes directionnelles, telle qu'un réseau d'antennes log-périodique, capable de générer une onde de surface substantielle et une relativement faible onde de ciel en plus. L'antenne de transmission 16 transmet des signaux d'ondes de surface électromagnétiques à haute fréquence (5 à 10 MHz) à partir d'une ligne de côte 26 à travers la surface de l'océan. Les signaux transmis sont réfléchis par des objets tels qu'un vaisseau 28 et les signaux d'ondes de surface réfléchis sont reçus par le récepteur 14.

Comme illustré sur les figures 1 et 2, le récepteur 14 comporte un système 24 de traitement de données et un réseau 20 en émanation de flancs ou à large côté de doublets 30 d'antennes à polarisation verticale. Le réseau 20 à émanation de flancs est orienté approximativement perpendiculaire à une direction 25 principale de réception des signaux d'ondes de surface réfléchis, et, dans ce cas, il est approximativement parallèle à la côte 26. Comme illustré dans les figures 2 et 3, chaque doublet d'élément 30 du réseau 20 à émanation de flancs comporte des éléments monopoles polarisés verticalement avant 31 et arrière 33, raccordés par un transformateur hybride 32. L'élément avant 31 du doublet 30 est le plus proche de la côte 26 et des signaux d'ondes de surface en provenance de la direction de réception 25. Cet agencement et le transformateur 32 de couplage augmentent la sensibilité de l'antenne 20 aux signaux reçus à partir de l'océan tandis que les signaux reçus à partir de l'arrière de l'antenne 20 sont atténués. Le nombre d'éléments d'antenne récepteurs indépendants ou doublets 30 est limité par le nombre de canaux de données indépendants disponibles pour le traitement de données. Dans le mode de réalisation décrit, trente-deux canaux de données sont disponibles, comme décrit ci-dessous, et par conséquent, l'antenne 20 à émanation de flancs comporte trente-deux doublets 30. Néanmoins, il apparaîtra avec évidence que des canaux de données additionnelles, et par conséquent, des éléments d'antenne ou doublets 30 additionnels, peuvent être utilisés pour améliorer les performances du système.

Comme illustré dans les figures 2 et 4, les trente-deux doublets 30 sont connectés à des unités amplificatrices 36 respectives du récepteur 14, et au système 24 de traitement de données par l'intermédiaire de lignes 38 d'alimentation d'antennes coaxiales. Le système 24 de traitement de données comporte un récepteur 40 numérique multi-canaux commandé par un ordinateur 42 de commande, utilisant des oscillateurs 44 pour commander la fréquence. Le système de traitement de données comporte aussi des composants 46 à 54 de traitement de données, et une console d'affichage 56. L'ordinateur de commande 42, les composants 46 à 54 de traitement de données, et la console d'affichage 56 comportent chacun des systèmes d'ordinateur standard, tels que des ordinateurs personnels à base de processeur Intel Pentium III exécutant 2859538 10 un système d'exploitation Unix . Les systèmes d'ordinateur des composants 46 à 54 de traitement de données sont aussi chacun équipés de quatre cartes de traitement de signaux numériques (DSP), comportant trois cartes DSP TS-P36N Transtech avec quatre processeurs TigerSHARC, et une carte PCl/66 BlueWave avec six processeurs SHARC 21062. Les cartes DSP communiquent par l'intermédiaire d'encoches ou slots PCI 64 bit/66 MHz des composants 46 à 54. Les composants de traitement de données 46 à 54 forment un système 46 de traitement Doppler et de portée, un système 48 conventionnel de formation de faisceaux, un système 50 de détection de pic/de normalisation/de détection d'enveloppe, un système 52 de filtrage adaptatif, et un système 54 de poursuite et de fusion de cibles primaire. Ces systèmes 46 à 54 et la console d'affichage 56 communiquent par l'intermédiaire d'un répéteur multiports ou hub de réseau 58.

Un traitement de l'état de la technique standard pour analyser les données de radar à ondes de surface, comme illustré dans la figure 5, peut être exécuté par le système 24 de traitement de données. Le traitement commence par un traitement de portée, en 62, de données de radar numérique fournies par le récepteur 40 multi-canaux dans le système 46 de traitement Doppler et de portées. Les données de radar représentent les signaux reçus par les éléments d'antenne 30 au cours du temps. Le traitement de portées 62 détermine les portées correspondant à chaque données en fonction du retard dans le temps entre l'instant où un signal a été émis par l'émetteur 12 et l'instant auquel le signal réfléchi est reçu par le récepteur 14. Les données traitées de portées sont alors envoyées par l'intermédiaire du répéteur multiports 58 de réseau au système 48 de formation de faisceaux où une étape de formation de faisceaux 2859538 11 64 traite les données pour générer des données correspondant à des directions de réception azimutales particulières de l'antenne de réception. Les données de faisceaux formées sont alors envoyées au système 46 de traitement Doppler et de portées où elles sont soumises, lors de l'étape 66, à un traitement Doppler pour associer des vitesses radiales avec les données correspondantes de décalage Doppler en fréquence. Les données obtenues sont alors envoyées au système 50 de détection de pic/de normalisation/de détection d'enveloppe, où, à l'étape 68, une détection d'enveloppe est réalisée pour déterminer l'amplitude des signaux pour chaque portée. Une normalisation 70 et une détection de pic 72 sont alors réalisées de manière à identifier les cibles. Un procédé de poursuite 74 est réalisé par le système 54 de poursuite et de fusion de cibles primaire pour déterminer laquelle des cibles identifiées à l'étape 72 correspond aux cibles précédemment identifiées de manière à poursuivre ces cibles au fur et à mesure de leur déplacement au cours du temps.

La figure 7 est un graphe de données de radar obtenu à partir de toutes les trente-deux antennes, telles que traitées par le traitement de l'état de la technique de la figure 5, présente la portée pour chaque donnée Doppler, et en utilisant une échelle de gris pour représenter la force du signal. Les premiers signaux réfléchis reçus par le récepteur 14 correspondent aux données dans les données de portées près de la donnée numéro 60. Par conséquent, toutes les données, dans les données numérotées de 1 à 60 de portées coloriées en noir, correspondent à des cellules de portées négatives et à du bruit d'arrière-plan externe détecté par le système avant de recevoir les signaux radar réfléchis. Les données de portées de 60 à 270 sont dominées par ces signaux réfléchis.

Les données de la figure 7 sont caractérisées par un large degré de fouillis causé par les signaux émis, visible en tant que signaux à large bande étendus à travers une large gamme de données Doppler pour chaque donnée de portée. II a été découvert que ce fouillis étendu est accentué à des positions proches de l'équateur, telles que la côte Nord de l'Australie, est formé essentiellement par le fouillis ionosphérique résultant d'une rétro-diffusion améliorée du signal émis par la ionosphère dans ces régions. Il a été découvert que ce fouillis ionosphérique masque les signaux de faible amplitude, en particulier, ceux représentant des objets se déplaçant lentement. Des recherches détaillées ont démontré que ce fouillis affecte la plupart des portées opérationnelles de 80 à 200 km, et, dans de nombreux cas, dépasse de façon significative le niveaux du bruit d'arrière-plan. Le fouillis produit une dégradation importante des performances globales, conduisant à une mauvaise détection de cible, à un taux d'alarmes fausses accru, et à une précision de poursuite faible.

Pour déterminer les caractéristiques du fouillis ionosphérique, des fenêtres 80 de fouillis ionosphérique Doppler-portées ont été définies comme illustré sur la figure 8, pour se limiter à des cellules Doppler ayant un décalage Doppler significatif à partir des lignes de Bragg du premier ordre de manière à exclure des composantes Doppler à haute vitesse de la "normale", c'est-à-dire, anticipées, des fouillis d'ondes de surface propagées sur la mer. Par exemple, les fenêtres 80 de fouillis ionosphérique de la figure 8 incluent une gamme de données de 60 à 105, correspondant aux portées de zéro à plus de 200 km, et incluent toutes les données Doppler exceptées les données Doppler 420-580 centrées sur un décalage Doppler zéro. Une analyse détaillée indique que cela sous-estime le fouillis ionosphérique, parce que les composants les plus 2859538 13 puissants du fouillis ionosphérique sont typiquement localisés dans la même zone de ligne de Bragg de la carte Doppler-portées que les composants de fouillis de mer énergétiques. Par comparaison, des fenêtres 82 de bruit Doppler-portées ont aussi été définies pour estimer le bruit externe reçu par le système.

Par exemple, les fenêtres de bruit 82 de la figure 8 comprennent toutes les données dans la gamme des données de 1 à 59, correspondant à des portées négatives, et en utilisant les mêmes données de Doppler que celles utilisées pour les fenêtres 80 de fouillis ionosphérique.

La figure 9 est un graphique de la distribution totale de la puissance 84 du fouillis ionosphérique et de la puissance 86 du bruit d'arrière- plan dans tous les faisceaux obtenus à partir respectivement des fenêtres 80 de fouillis ionosphérique et des fenêtres 82 de bruit. Ce graphique indique que pour la détection de cibles (en surface) lentes, c'est le fouillis 84 rétro-diffusé (passivement) dû à l'émission, plutôt que les bruits 86 externes, qui limite les performances de la détection. Dans tous les cas, avec des bruits d'arrière-plan faibles, la puissance totale des composants de fouillis ionosphérique dans la gamme d'intérêt excède la puissance du bruit d'arrière-plan. Une caractéristique significative du composant ionosphérique est son profil de portée erratique.

Dans de nombreux cas, le fouillis ionosphérique apparaît directement après le signal d'ondes direct, tandis que dans d'autres cas, il existe une profondeur ou gamme de portée significative qui est pratiquement dépourvue de fouillis ionosphérique. Cette diversité exclut quelques-unes des explications simples du fouillis ionosphérique, telles que des bruits de phase émis. De plus, les propriétés spatiales du fouillis ionosphérique sont significativement différentes pour différentes portées dans la gamme couverte possible, suggérant 2859538 14 ainsi que plusieurs mécanismes peuvent être responsables de ces signaux de fouillis.

De manière à limiter les effets du fouillis ionosphérique, un traitement adaptatif 300, illustré sur la figure 6, est exécuté par le système de réception 24.

Le traitement adaptatif 300 comporte les étapes de base du traitement de données standard de la figure 5 pour produire des données conventionnelles mais ajoute un certain nombre d'étapes de traitement adaptatif pour révéler des signaux cachés de bas niveau. L'organigramme de la figure 6 comporte deux branches principales 311, 313 pour illustrer cette division. Les étapes du traitement pour générer des données traitées de façon conventionnelle sont illustrées dans la branche 311 de traitement conventionnel; les nouvelles étapes utilisées pour générer des données de traitement adaptatif sont illustrées dans la branche 313 de traitement adaptatif.

Le traitement adaptatif 300 commence à l'étape 302, quand des signaux d'antenne sont reçus et numérisés par le récepteur 40 numérique multicanaux. Les signaux numériques résultant sont envoyés au système 46 de traitement Doppler et de portées où ils sont soumis à des traitements conventionnels de portées 62 et Doppler 66. Les données traitées Dopplerportées résultantes sont un vecteur Y11 complexe de 32 variables statistiques: (1) (2) (32) T y>r = Y,r,Yjl,..., yl où j est le numéro de la donnée de portée, I est le numéro de la donnée de Doppler et T représente l'opération de transposition.

Ces données traitées Doppler-portées sont utilisées dans les deux branches 311 et 313 du traitement adaptatif 300. La branche 311 de traitement (1) 2859538 15 conventionnel est d'abord exécutée, comme suit. Les données traitées Doppler-portée sont premièrement envoyées par l'intermédiaire du répéteur multiports 58 de réseau au système 48 de formation de faisceaux conventionnelle où une étape 64 de formation de faisceaux conventionnelle est exécutée. Les données résultantes sont envoyées au système 50 de détection de pic/de normalisation/de détection d'enveloppe où une étape 68 de détection d'enveloppe est d'abord réalisée. La détection d'enveloppe 68 génère des estimés ou estimation de puissance de cellules pour chaque cellule de résolution de portée-Doppler- azimut en utilisant les amplitudes des cellules. Une estimation lo de la puissance du fouillis ionosphérique est générée pour chaque cellule en moyennant l'estimation de la puissance de la cellule sur un nombre prédéterminé de cellules Doppler adjacentes ayant la même portée et le même azimut en utilisant une fenêtre prédéterminée qui peut être considérée comme glissant à travers les cellules Doppler. Les cellules Doppler occupées par un fouillis de mer dominant sont identifiées sur la base de la fréquence émise et des lignes de Bragg caractéristiques et sont exclues de ce traitement de réalisation de la moyenne. Une normalisation 70 est alors réalisée pour générer une estimation de la puissance du bruit d'arrière-plan en moyennant les puissances des cellules de toutes les cellules Doppler à l'intérieur de toutes les portées 82 "négatives", en référence à la figure 8.

Une détection de pic 72 est alors réalisée pour générer des données identifiant des cellules de cibles probables. Une cellule est identifiée en tant que cellule de cible probable si son estimation de puissance de cellule dépasse son estimation de puissance de fouillis ionosphérique (ou de bruit en absence de fouillis) de plus d'une valeur de seuil. Ces données sont envoyées au système 2859538 16 54 de poursuite et de fusion de cibles primaire et au système 52 de traitement adaptatif. Ceci termine la branche 311 de traitement conventionnel du traitement adaptatif 300, et les étapes de la branche 313 de traitement adaptatif sont alors exécutés.

Les estimés de puissance du fouillis et les données identifiant des cellules de cibles probables sont utilisées par le système 52 de traitement adaptatif pour définir des données d'entraînement S2, à l'étape 316. Les données d'entraînement SZ sont définies en sélectionnant des données à partir des données Yi, traitées de Doppler et de portée générées à l'étape 306. A cause des propriétés variables du fouillis ionosphérique, les données d'entraînement S2 peuvent comporter des cellules avec des portées opérationnelles qui comportent toujours un fort fouillis de mer. Néanmoins, parce que le fouillis ionosphérique est typiquement seulement de quelques dB au-dessus du bruit de fond, une résolution de fouillis de mer très performante est requise de manière à obtenir des échantillons sans fouillis de mer non contaminés pour un entraînement réussi. Pour cette raison, le traitement Doppler est réalisé avant le filtrage spatial adaptatif, et les données d'entraînement S2 comportent seulement des cellules Doppler occupées par du fouillis ionosphérique, c'est-à-dire que les données d'entraînement sont sélectionnées en incorporant des cellules qui ont une estimée de puissance de fouillis ionosphérique dépassant une valeur de seuil de puissance de bruit, mais en excluant des cellules contenant probablement des cibles ou du fouillis de mer. Des cellules de cibles probables sont exclues des données d'entraînement S2 parce que autrement des données de cibles seraient supprimées par le traitement adaptatif. A l'étape 318, les données d'entraînement S2 sont utilisées pour générer une réponse d'antenne adaptative ou filtre W,-ni (9) pour chaque portée j, selon la formule suivante; [aI32 +Em Ykl Yk1H 1 S(9) (e) kj+=j 1eû W m' si' (9) [aI32 + Ek=j 1 S2 Ykl Yu 1 i S(9) où m est un paramètre ajustable avec une valeur par défaut égale à 3, comme décrit cidessous, a est un facteur de charge, comme décrit ci-dessous, 132 est la matrice unité diagonale 32x32, H représente l'opération conjugaison Hermitienne, c'est-à-dire la transposition et la conjuguée complexe, et S(9) est le vecteur de visée qui correspond à la géométrie de l'antenne (calibrée) et à ia direction 9 de visée (c'est-à-dire le faisceau).

Le premier terme entre le crochet de l'équation (2), le produit a 132, est appelé la matrice de charge, et son inclusion rend le traitement adaptatif robuste et améliore les propriétés de convergence comme décrit dans Y.L. Abramovich, A controlled method for optimisation of filters using the criterion of maximum SNR, Radio Eng. Electron. Phys. 26(3), 1981, pp 87-95. Le facteur de charge a est sélectionné pour être au moins deux dBplus grand que l'estimé de puissance du bruit d'arrière-plan généré lors de l'étape 70 de normalisation dans la branche 311 de traitement conventionnel. Le second terme entre crochets, Ej+m v YH k=j lei2 kl kl est appelé la matrice d'échantillons, et ensemble, les termes à l'intérieur des crochets constituent une matrice d'échantillons chargés. L'étape 318 de (2) génération du filtre adaptatif défini par l'équation (2) est une forme d'inversion de matrice d'échantillons chargés.

Pour le réseau 20 d'antennes calibrées à émanation de flanc polarisée verticalement à 32 doublets, le vecteur de visée S(9) est déterminé de manière standard par: S(0)T = [iexp ( i24 d sinO),..., exp( i31z d sin9) J (3) où d est l'espace entre deux doublets, égal à 15 mètres; ) est la longueur d'ondes opérationnelle du signal transmis; et 9 est la direction du faisceau, 1 o calculée par rapport à la ligne de visée.

Pour réduire la charge de traitement du système 52 de filtrage adaptatif l'étape 318 de génération du filtre adaptatif détermine des filtres adaptatifs Wml (9) qui peuvent être partagés par un certain nombre de portées consécutives, telles qu'indiquées par le paramètre m, qui a une valeur par défaut égale à 3. Néanmoins, les meilleures performances sont obtenues quand un filtre unique est généré pour chaque donnée de portée, c'est-à-dire quand m = 1.

Ayant généré le filtre adaptatif à l'étape 318, le système 52 de filtrage adaptatif réalise une étape 320 de filtrage adaptatif ayant les données Yi', traitée de Doppler et de portées, en utilisant le filtre adaptatif Wm; (9) pour générer des données Zp (9), de sortie de faisceau conventionnel comme suit: Z11(9)=Wn"(9)Yfi (4) 2859538 19 L'étape 320 de filtrage adaptatif est un traitement de formation de faisceaux adaptatif, similaire à l'étape 64 conventionnelle de formation de faisceaux.

Les données de filtrage adaptatif sont envoyées au système 50 de détection de pic/de normalisation/de détection d'enveloppe pour réaliser une étape 68 de détection d'enveloppe, une étape 70 de normalisation et une étape 72 de détection de pic. Les données résultantes sont envoyées au système 54 de poursuite et de fusion de cibles primaires.

Les deux branches 311 et 313 du traitement adaptatif 300 se rejoignent à l'étape 328, exécutée par le système 54 de poursuite/de fusion de cible primaire, où les cibles primaires relativement fortes identifiées par le traitement conventionnel à l'étape 314 et les cibles primaires révélées par le traitement adaptatif à l'étape 326 sont utilisées pour identifier à la fois les cibles fortes et faibles. Une poursuite de cible est réalisée à l'étape 330 pour déterminer les données 332 de sortie finale. Ces données de sortie 332 peuvent être affichées et analysées par la console d'affichage 56.

Des analyses de structure d'antenne adaptative indiquent que le nombre de faisceaux suffisant pour un appareil de formation de faisceaux conventionnel est généralement insuffisant pour le filtre adaptatif décrit ci- dessus. Pour cette raison, un nombre significativement plus grand de faisceaux (par exemple 64) est utilisé de manière à ne pas perdre une cible qui présente un azimut défavorable (en rapport aux directions de visée).

La figure 10 illustre les effets du traitement adaptatif 300 sur la limitation du fouillis ionosphérique. La partie supérieure de la figure montre une carte portées-Doppler des données traitées par le traitement conventionnel de la 2859538 20 figure 5, montrant des niveaux significatifs de fouillis ionosphérique répartis à travers une large gamme de cellules de portée et de Doppler. La partie inférieure de la figure 10 montre la carte de portée-Doppler correspondante des données traitées à l'aide du traitement adaptatif 300. Bien que le fouillis n'a pas été complètement éliminé, il a été significativement réduit.

D'autres exemples quantitatifs de limitation du fouillis ionosphérique dans les données Doppler sont illustrées dans les figures 11 à 15, illustrant en particulier "des tranches de portée" pour différents faisceaux où les résultats 102 de la formation de faisceaux conventionnels sont comparés avec les résultats 104 du traitement adaptatif. Prises ensemble, ces figures illustrent la nature variable du fouillis ionosphérique pour différentes portées. En considérant les cellules de portée contaminées plus lourdement, il a été découvert que, comme illustré dans la figure 7, le fouillis ionosphérique n'occupe pas la bande Doppler complète. Néanmoins, cette étendue est suffisante pour masquer la plupart des cibles d'intérêt et, plus spécifiquement, les cibles de surface.

Le traitement adaptatif 300 permet aussi une limitation des interférences avec d'autres sources.

Par exemple, dans le cas où du bruit externe est présent, une réduction de la puissance du bruit externe significatif peut aussi être atteinte en tant que résultat du traitement adaptatif, comme illustré sur la figure 10.

Par dessus tout, il a été découvert que des cibles faibles enfoncées profondément dans le fouillis ionosphérique peuvent être détectées grâce au traitement adaptatif 300, malgré des pertes qui sont corrolées à la force de la cible. De manière à diminuer les dégradations du signal de cible et/ou à augmenter la portée dynamique des cibles détectées avec succès, la précision 2859538 21 de la calibration est maintenue aussi haute que possible. Dans les systèmes radar où l'émetteur est localisé dans le lobe (réduit) arrière d'un doublet de réseau récepteur, un répéteur actif (par exemple: "on oil rigs") est de préférence déployé. Des cibles fortes identifiées par le traitement conventionnel à l'étape 314 peuvent être utilisées pour la calibration de l'antenne adaptative.

Les modes de réalisation décrits ci-dessus concernent la collecte de données en utilisant un réseau 20 d'antennes à émanation de flanc de trente-deux dipoles seulement. Dans un mode de réalisation alternatif, le récepteur 14 comporte un second réseau 22 à rayonnement longitudinal ou "endfire" d'éléments 35 d'antennes polarisés verticalement. Le réseau 22 est orienté perpendiculairement et adjacent au réseau 20 à émanation de flanc pour former un réseau d'antenne (2-D) à deux dimensions, comme illustré à la figure 2. Les éléments d'antenne 35 du réseau 22 sont de préférence des éléments d'antenne monopole, et peuvent en variante comporter des doublets. Les doublets sont préférables si l'antenne émettrice 16 est localisée derrière le réseau (20, 22) d'antennes réceptrices. Pour des antennes (2-D), le vecteur de visée S(B) de l'équation 2 est calculée en fonction de la géométrie de l'antenne pour un azimut O donné et un angle d'élévation égal à 0.

Le réseau d'antennes 2-D formé permet de réaliser pour différentes configurations d'antennes une limitation du fouillis adaptatif à deux dimensions. Un système 24 de traitement de données permet de sélectionner sélectivement des éléments d'antenne individuelle du réseau 20 et du réseau 22 pour les raccorder à l'entrée du récepteur numérique 40 de manière à régler la configuration de l'antenne du site réceptrice. Ceci permet d'exclure le réseau 22, et d'employer différentes configurations 2D telles que des configurations en 2859538 22 forme de T et de L. Par exemple, seize dipoles à émanation de flanc (BD) et seize monopoles du réseau 22 (EM) peuvent être combinés pour former une configuration 16BD+ 16EM. Comme décrit ci-dessus, le nombre d'antennes indépendantes a été limité à 32 par le nombre de canaux de données disponibles dans le récepteur numérique 40. Néanmoins, il est évident qu'en variante un récepteur numérique additionnel ou alternatif peut être utilisé de manière à permettre plus de canaux de données et par conséquent, de permettre l'utilisation de plus d'éléments d'antenne.

Il a été découvert que le traitement adaptatif 2-D est supérieur au traitement adaptatif 1-D pour la limitation du fouillis ionosphérique. Bien que le traitement adaptatif 1-D est généralement assez efficace, à la fois, la suppression du fouillis estimé et le taux signal sur interférence pour des cibles particulières sont significativement améliorées par le traitement 2-D, qui révèlent souvent des cibles cachées, comme illustré dans la figure 16. Dans ce jeu de données, les données 102 traitées par traitement conventionnel de formation de faisceaux montrent un haut degré de fouillis ionosphérique dans les données Doppler supérieures à 250. Les données 104 traitées à l'aide du traitement adaptatif 1-D montrent une quantité réduite de fouillis, mais les données 106 traitées par le traitement 2D montrent un degré de réduction similaire aussi et révèlent un pic 208 de cible cachée à la donnée numéro 373.

De plus, les configurations 2-D les plus avantageuses sont les configurations d'antenne en forme de T ou en forme de L sans trou significatif (par exemple le trou peut être de quelques dizaines de mètres ou moins) contre les bras à émanation de flanc et du réseau 22 et à l'intérieur de ces bras. La configuration 16BD+16EM est préférée mais il a été découvert que la 2859538 23 configuration 22BD+10EM (ou ED) est la seconde meilleure. En fonction de l'importance de la contamination par du fouillis ionosphérique, l'amélioration de la puissance (par portée) du fouillis ionosphérique résultant de l'utilisation d'un récepteur 2-D, par opposition au récepteur 1-D, varie entre 5 à 25 dB pour le mode vaisseau, et entre 2 et 15 dB pour le mode aérien.

Pour la formation de faisceaux adaptative, et spécialement pour la formation de faisceaux adaptative qui met en oeuvre un réseau d'antenne en forme de L, les techniques traditionnelles (maximum de faisceaux) pour estimer l'azimut de la cible peuvent être imprécises à cause d'une déformation de la structure significative. Les techniques d'estimation d'azimut qui prennent en compte les déformations de structure de l'antenne sont de préférence utilisées pour fournir une valeur plus précise pour l'azimut de la cible tel que décrit dans R.C. Davis, L.E. Brennan and l.S. Reed, Angle Estimation with Adaptive Arrays in External Noise Fields, IEEE Trans. Aero. Elect. Sys. 12(2), (1976), pp 176- 186.

De nombreuses modifications sont possibles pour l'homme du métier sans pour autant sortir de la portée de la présente invention telle que décrit ici en référence aux dessins annexés.

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Claims (5)

REVENDICATIONS

1. Système de radar à ondes de surface ayant un réseau d'antennes (20, 22) réceptrices à deux dimensions.

2. Système de radar à ondes de surface selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit réseau (20, 22) comporte un réseau (20) à émanation de flancs à une dimension de doublets (30) polarisés verticalement, ledit réseau à émanation de flancs étant substantiellement perpendiculaire à une direction de réception (25) de ladite antenne, et chacun desdits doublets (30) étant substantiellement parallèle à ladite direction de réception, et un réseau à rayonnement longitudinal (22) d'antennes polarisées verticalement sensiblement perpendiculaire et adjacent audit réseau à émanation de flancs.

3. Système de radar à ondes de surface selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit réseau (20, 22) forme une structure en L.

4. Système de radar à ondes de surface selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit réseau (20, 22) forme une structure en T.

5. Système de radar à ondes de surface selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit réseau à rayonnement longitudinal (22) comporte soit des monopoles, soit des doublets, chacun desdits doublets étant sensiblement parallèles à ladite direction de réception (25).