EP0467738A1 - Dispositif de mesure de l'angle de site pour un radar équipé d'une antenne à réflecteur du type à double courbure - Google Patents

Dispositif de mesure de l'angle de site pour un radar équipé d'une antenne à réflecteur du type à double courbure Download PDF

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EP0467738A1
EP0467738A1 EP91401819A EP91401819A EP0467738A1 EP 0467738 A1 EP0467738 A1 EP 0467738A1 EP 91401819 A EP91401819 A EP 91401819A EP 91401819 A EP91401819 A EP 91401819A EP 0467738 A1 EP0467738 A1 EP 0467738A1
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Claude Aubry
Daniel Casseau
Joseph Roger
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Thales SA
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Thomson CSF SA
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/29—Combinations of different interacting antenna units for giving a desired directional characteristic
    • H01Q21/293—Combinations of different interacting antenna units for giving a desired directional characteristic one unit or more being an array of identical aerial elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/007—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns using two or more primary active elements in the focal region of a focusing device

Definitions

  • the present invention relates to a device for measuring the angle of elevation for a radar equipped with a reflector antenna of the double curvature type.
  • the radar antennas with reflector of the “double curvature” type allow a fairly precise measurement of the bearing angle of a target, but because their coverage diagram in elevation is very wide (generally with cosecant, covering between 5 and 45 ° on site approximately), they do not make it possible to make site angle measurements.
  • the present invention relates to a device for measuring angles of target sites using a reflector antenna of the aforementioned type, which is simple and inexpensive.
  • the measuring device is applied to a radar with a reflector antenna of the double curvature type connected to a main measurement channel and is characterized by the fact that the main primary source is placed in the antenna.
  • an auxiliary source comprising at least two elementary sources connected to a distributor, even connected to an auxiliary measurement channel, the two channels being connected to a divider.
  • the auxiliary source has, in the site plane, a radiation diagram having substantially the same shape as that of the main source in the same plane, relative to a vertical line passing substantially through the middle of the range of site angles in which we want to make measurements.
  • the measuring device of the present invention uses a radar with a reflective antenna.
  • This antenna is of the well known type “double curvature” (called “double curvature reflective antenna” in English).
  • double curvature reflective antenna in English.
  • central curve This curve is located in the vertical plane of symmetry XOZ of the antenna. In Figure 1, this plan is that of the drawing. For clarity of the drawing, only the central curve 1 has been shown in FIG. 1.
  • a primary source 2 which can be, for example, of the horn or candle type, illuminates, on emission, the reflector based on the central curve 1.
  • the phase center 0 of the source 2 is located at the focus of the XOZ plane.
  • the shape of the central curve 1 allows, taking into account the appearance of the primary diagram of the source 2, to obtain the coverage diagram in desired site, for example with cosecant appearance.
  • the measurement of the azimuth angle of the targets identified by the antenna is carried out in the usual way with a generally sufficient precision because the generating parabolas of the reflector, which are not modified, have a good directivity in azimuth.
  • an auxiliary primary source 3 is added to the primary source 2, which will be referred to hereinafter as the main source.
  • the source 3 comprises three elementary sources 4, 5 and 6, but it is understood that the number of these elementary sources may be different, and may vary between 2 and 5 approximately.
  • This source 3 is placed under the source 2, in the XOZ plane of symmetry.
  • the three elementary sources 4 to 6 are identical to source 2, in order to reduce the cost of the assembly.
  • the maximum number of elementary sources constituting the source 3 is, in particular, determined by the space available under the source 2, and this, so that the elementary sources can "see" the reflector of the source 2.
  • the elementary sources 4 to 6 are supplied by an amplitude and / or phase distributor 7 connected to the auxiliary measurement channel 8.
  • This auxiliary channel 8 is similar to the main measurement channel 9 supplying the source 2.
  • These radar measurement channels being each well known per se, will not be described in detail.
  • These two channels are connected to a divider 9A at the output of which the desired value of elevation angle is collected. We will describe here, with reference to FIGS. 3 and 4, only the radiation diagrams which the sources 2 and 3 must produce, and how the signals from these sources are combined.
  • the curve 10 drawn in solid lines is that of the radiation diagram of the source 2.
  • an example of curve 11 has to be drawn in full line. by the source 3.
  • This curve 11 is substantially linear and allows measurements of site angles to be made with good precision and over a wide range of values of site angles.
  • This curve 11, if it is not really linear, must at least be monotonous (without extremum), and it preferably has a steep slope (variation of at least about 20 dB for a variation in elevation angle between 5 and 45 ° approximately).
  • the radiation diagram of the main source 2 (curve 10) is combined with a diagram that the source 3 can produce in order to obtain a monotonic curve in the angular range of sites desired, this monotonic curve having a sufficient slope to obtain the desired measurement accuracy (of the order of 1 °).
  • FIG. 4 shows the way to obtain curve 12 using the composition of the diagrams of several elementary sources.
  • three elementary sources are used (4 to 6).
  • each elementary source has little effect on diagram 12.
  • the shape of this diagram essentially depends on the shape of the central curve 1 (previously defined according to the site coverage diagram specified for the radar ), and the position of the phase center of each elementary source in the XOZ plane.
  • the procedure is preferably as follows. First we choose the number N of elementary sources constituting it. This number depends on the angular area on the site envisaged, and, as explained above, it is limited by the space available. Geometry of each elementary source, having little effect on the diagram of the auxiliary source, is frozen, and is preferably the same as that of the main source. For each of the elementary sources, four parameters can be varied: two for its position in the XOZ plane (xi, zi), and two relating to its electrical supply (phase and amplitude relative to those of the main source) so as to obtain the desired curve 12, and more generally speaking, to obtain a monotonous characteristic 11.
  • the set of 4N parameters (4 parameters for each of the N elementary sources) is determined. ) allowing to get as close as possible, in the least squares sense, to the desired diagram 12.

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  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Selon l'invention, on dispose dans l'antenne à réflecteur d'un radar des sources élémentaires auxiliaires (4 à 6) sous la source principale (2). Par division des signaux de mesure de la voie de mesure de la source principale et de la voie de mesure auxiliaire, on obtient une caractéristique monotone qui permet de mesurer avec une bonne précision l'angle de site. <IMAGE>

Description

  • La présente invention se rapport à un dispositif de mesure de l'angle de site pour un radar équipé d'une antenne à réflecteur du type à double courbure.
  • Les antennes de radar à réflecteur, du type à "double courbure" permettent une mesure assez précise de l'angle de gisement d'une cible, mais du fait que leur diagramme de couverture en site est très large (généralement à allure en cosécante, couvrant entre 5 et 45° en site environ), ils ne permettent pas de faire des mesures d'angles de site.
  • Pour réaliser une mesure de site à large plage angulaire, on utilise actuellement soit des antennes multifaisceaux, soit des antennes à balayage électronique. Dans le premier cas, il est nécessaire de rayonner un nombre important de faisceaux pour assurer une précision satisfaisante, donc d'utiliser un nombre important de récepteurs, ce qui rend le dispositif de mesure onéreux. Dans le second cas, il faut mettre en oeuvre un grand nombre de déphaseurs électroniques, ce qui augmente la complexité et le coût du dispositif de mesure.
  • La présente invention a pour objet un dispositif de mesure d'angles de site de cibles utilisant une antenne à réflecteur du type précité, qui soit simple et peu onéreux.
  • Le dispositif de mesure conforme à la présente invention est appliqué à un radar à antenne à réflecteur du type à double courbure reliée à une voie de mesure principale et est caractérisé par le fait que l'on dispose dans l'antenne sous la source primaire principale une source auxiliaire comportant au moins deux sources élémentaires reliées à un répartiteur, lui même relié à une voie auxiliaire de mesure, les deux voies étant reliées à un diviseur.
  • Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la source auxiliaire a, dans le plan de site, un diagramme de rayonnement ayant sensiblement la même allure que celui de la source principale dans le même plan, par rapport à une droite verticale passant sensiblement par le milieu de la plage d'angles de site dans laquelle on veut faire des mesures.
  • La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif, et illustré par le dessin annexé, sur lequel :
    • la figure 1 est une vue partielle et simplifiée d'une antenne du dispositif de mesure conforme à l'invention ;
    • la figure 2 est un schéma électrique simplifié de branchement d'antennes élémentaires du dispositif de l'invention, et
    • la figure 3 est est un ensemble de courbes expliquant le fonctionnement du dispositif de mesure de l'invention ;
    • la figure 4 est un diagramme montrant la façon de combiner les diagrammes de rayonnement des antennes élémentaires du dispositif de l'invention.
  • Le dispositif de mesure de la présente invention fait appel à un radar à antenne à réflecteur. Cette antenne est du type bien connu "à double courbure" (appelée "double curvature reflective antenna" en Anglais). On se bornera donc à rappeler ici que le réflecteur d'une telle antenne est engendré par une famille de paraboles s'appuyant sur une courbe dite "courbe centrale". Cette courbe est située dans le plan de symétrie vertical XOZ de l'antenne. Sur la figure 1, ce plan est celui du dessin. Pour la clarté du dessin, on n'a représenté en figure 1 que la courbe centrale 1.
  • Une source primaire 2, qui peut être par exemple du type cornet ou bougie, éclaire, en émission, le réflecteur s'appuyant sur la courbe centrale 1. Le centre de phase 0 de la source 2 est situé au foyer du plan XOZ. La forme de la courbe centrale 1 permet, compte tenu de l'allure du diagramme primaire de la source 2, d'obtenir le diagramme de couverture en site désiré, par exemple à allure en cosécante.
  • La mesure de l'angle d'azimut des cibles repérées par l'antenne se fait de façon habituelle avec une précision généralement suffisante du fait que les paraboles génératrices du réflecteur, qui ne sont pas modifiées, ont une bonne directivité en azimut.
  • Selon l'invention, on adjoint à la source primaire 2, que l'on appellera ci-après source principale, une source primaire auxiliaire 3. Dans l'exemple représenté, la source 3 comporte trois sources élémentaires 4, 5 et 6, mais il est bien entendu que le nombre de ces sources élémentaires peut être différent, et peut varier entre 2 et 5 environ. Cette source 3 est disposée sous la source 2, dans le plan de symétrie XOZ. De façon avantageuse, les trois sources élémentaires 4 à 6 sont identiques à la source 2, afin de réduire le coût de l'ensemble. Le nombre maximal de sources élémentaires constituant la source 3 est, en particulier, déterminé par la place disponible sous la source 2, et ce, de façon que les sources élémentaires puissent "voir" le réflecteur de la source 2.
  • Comme représenté en figure 2, les sources élémentaires 4 à 6 sont alimentées par un répartiteur d'amplitude et/ou de phase 7 branché sur la voie auxiliaire de mesure 8. Cette voie auxiliaire 8 est similaire à la voie principale de mesure 9 alimentant la source 2. Ces voies de mesure radar étant chacune bien connue en soi, ne seront pas décrites en détail. Ces deux voies sont reliées à un diviseur 9A à la sortie duquel on recueille la valeur recherchée d'angle de site. On ne décrira ici, en référence aux figures 3 et 4 que les diagrammes de rayonnement que doivent produire les sources 2 et 3, et comment sont combinés les signaux de ces sources.
  • Les diagrammes des figures 3 et 4 ont des ordonnées logarithmiques, exprimées en décibels. Leurs abscisses sont linéaires et sont exprimées en valeurs d'angles de site.
  • A la partie supérieure de la figure 3, la courbe 10 tracée en trait plein est celle du diagramme de rayonnement de la source 2. A la partie inférieure de la figure 3, on a tracé en trait plein un exemple de courbe 11 devant être produite par la source 3. Cette courbe 11 est sensiblement linéaire et permet de réaliser des mesures d'angles de site avec une bonne précision et sur une large plage de valeurs d'angles de site. Cette courbe 11, si elle n'est pas vraiment linéaire, doit au moins être monotone ( sans extremum), et elle a, de préférence, une forte pente (variation d'au moins environ 20 dB pour une variation d'angle de site comprise entre 5 et 45° environ).
  • Pour obtenir une courbe 11, telle que représentée en figure 3, à partir de la courbe 10, il faut soustraire ( la soustraction de diagrammes à ordonnées en décibels équivaut à une division de signaux) à la courbe 10 une courbe telle que la courbe 12 représentée en trait interrompu en haut de la figure 3. Cette courbe 12 est à peu près symétrique de la courbe 10 par rapport à une droite verticale 13 passant par un point 14 de cette courbe 10 dont l'abscisse x est sensiblement au milieu de la plage d'angles de site dans laquelle on veut faire des mesures. Dans le cas présent, cette plage va de 5 à 45° environ. La soustraction se fait simplement grâce au diviseur 9A relié aux sorties des voies de mesure 9 et 8, de façon évidente pour l'homme du métier.
  • De façon générale, on combine le diagramme de rayonnement de la source principale 2 (courbe 10) avec un diagramme que peut produire la source 3 afin d'obtenir une courbe monotone dans la plage angulaire de sites désirée, cette courbe monotone ayant une pente suffisante pour obtenir la précision de mesure désirée (de l'ordre de 1°).
  • On a représenté en figure 4 la façon d'obtenir la courbe 12 à l'aide de la composition des diagrammes de plusieurs sources élémentaires. Dans le cas présent, ainsi que précisé ci-dessus, on utilise trois sources élémentaires (4 à 6).
  • Ces sources élémentaires étant disposées côte à côte sous la source 2, donc hors du foyer O du réflecteur, leurs diagrammes de rayonnement respectifs 15, 16, 17 sont différents du diagramme 10 de la source 2. Ces diagrammes 15 à 17 ont chacun une allure à peu près parabolique et leurs sommets sont décalés les uns par rapport aux autres en abscisses et en ordonnées et sont situés sur la courbe 12 ou à son voisinage immédiat. Ainsi, l'ouverture des paraboles 15 à 17 est d'autant plus grande que les sources correspondantes sont éloignées du foyer O. La première parabole 15 est la plus petite, et les suivantes sont de plus en plus grandes. L'addition point par point des ordonnées de ces paraboles donne la courbe 12 désirée. La combinaison désirée des diagrammes de rayonnement des sources élémentaires est simplement réalisée par réglage du répartiteur 7 de façon évidente pour l'homme du métier.
  • On notera que la géométrie de chaque source élémentaire a peu d'effet sur le diagramme 12. L'allure de ce diagramme dépend essentiellement de la forme de la courbe centrale 1 (préalablement définie en fonction du diagramme de couverture en site spécifié pour le radar), et de la position du centre de phase de chaque source élémentaire dans le plan XOZ.
  • La défocalisation des sources élémentaires se traduit par un élargissement de leurs diagrammes secondaires correspondants en azimut, c'est-à-dire dans des plans perpendiculaires au plan XOZ. Toutefois, ce phénomène n'est pas gênant du fait que le procédé de mesure de l'angle de site n'est mis en oeuvre que lorsqu'une cible a été détectée sur la voie principale dans un azimut donné.
  • Pour réaliser la source auxiliaire 3, on procède de préférence de la façon suivante. D'abord on choisit le nombre N de sources élémentaires la constituant. Ce nombre est fonction du domaine angulaire en site envisagé, et, comme précisé ci-dessus, il est limité par la place disponible. La géométrie de chaque source élémentaire, ayant peu d'effet sur le diagramme de la source auxiliaire, est figée, et est de préférence la même que celle de la source principale. Pour chacune des sources élémentaires, on peut faire varier quatre paramètres : deux pour sa position dans le plan XOZ (xi, zi), et deux relatifs à son alimentation électrique (phase et amplitude par rapport à celles de la source principale) de façon à obtenir la courbe 12 désirée, et plus généralement parlant, pour obtenir une caractéristique 11 monotone. De préférence on détermine, à l'aide d'un logiciel d'optimisation, dont la programmation est évidente pour l'homme du métier à la lecture de la présente description, le jeu des 4N paramètres (4 paramètres pour chacune des N sources élémentaires) permettant d'approcher au mieux, au sens des moindres carrés, le diagramme 12 désiré.

Claims (4)

  1. Dispositif de mesure de l'angle de site pour un radar équipé d'une antenne à réflecteur du type à double courbure reliée à une voie de mesure principale (9), caractérisé en ce que l'on dispose dans l'antenne, sous la source primaire principale (2) une source auxiliaire (3) comportant au moins deux sources élémentaires (4 à 6) reliées à un répartiteur (7), lui-même relié à une voie auxiliaire de mesure (8), les deux voies de mesure étant reliées à un diviseur (9A).
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation des sources auxiliaires en amplitude et/ou en phase, et leur position dans le plan de site (XOZ) sont réglées de façon que la caractéristique (11) obtenue par division des signaux des voies de mesure de la source principale et de la source auxiliaire, ait une allure monotone dans la plage d'angles de site désirée.
  3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite caractéristique présente une variation d'au moins environ 20 dB pour une variation d'angle de site comprise entre environ 5 et 45°.
  4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source auxiliaire a, dans le plan de site, un diagramme de rayonnement (12) dont l'allure est sensiblement symétrique de celle du diagramme (10) de la source principale dans le même plan, par rapport à une droite verticale (13) passant sensiblement par le milieu (x) de la plage d'angles de site dans laquelle on veut faire des mesures.
EP91401819A 1990-07-20 1991-07-02 Dispositif de mesure de l'angle de site pour un radar équipé d'une antenne à réflecteur du type à double courbure Withdrawn EP0467738A1 (fr)

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