EP0673554A1 - Reflecteur pour radar polarimetrique, notamment a usage de calibre ou de balise. - Google Patents

Reflecteur pour radar polarimetrique, notamment a usage de calibre ou de balise.

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EP0673554A1
EP0673554A1 EP94901996A EP94901996A EP0673554A1 EP 0673554 A1 EP0673554 A1 EP 0673554A1 EP 94901996 A EP94901996 A EP 94901996A EP 94901996 A EP94901996 A EP 94901996A EP 0673554 A1 EP0673554 A1 EP 0673554A1
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radar
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Jean-Claude Souyris
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H01Q15/18—Reflecting surfaces; Equivalent structures comprising plurality of mutually inclined plane surfaces, e.g. corner reflector
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    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures

Definitions

  • Reflector for polarimetric radar especially for use of caliber or beacon.
  • the invention relates to reflectors for polarimetric radars, intended in particular to be used for the calibration of a radar or to serve as a beacon.
  • the present invention relates to a right radar reflector pseudohedron whose desired performance can be improved simultaneously.
  • Yet another object of the invention is to provide a right radar reflector pseudohedron capable of constituting a cross-polarization standard having a response as constant as possible over a given angular range.
  • An object of the invention is also to provide a right radar reflector pseudodiDE having an angularly widened cross-polarization diagram without this diagram being modulated by annoying undulations.
  • edge of the right pseudo-dihedral has the shape of a portion of a helix.
  • the edge extends over at most one pitch of the propeller.
  • the tangent at a point of the propeller makes an angle of 45 ° relative to the axis of the propeller.
  • the orientation of the V during its theoretical displacement along the edge varies according to a law of variation chosen as a function of the given trajectory of the polarimetric transmission-reception system.
  • This reflector placed in front of a polarimetric radar, that is to say a radar whose emission and reception are done according to two orthogonal linear polarizations HV, allows the calibration of the radar in cross polarization: H emission - V reception or emission V - reception H and this, over a wide angular range without the need to change the orientation of the dihedral.
  • This reflector which can be entirely metallic, allows the calibration of an airborne radar, helicopter-borne or placed on any vehicle (for example a satellite), or on a tower, as soon as the radar is in the angle of the cone of calibration from the reflector.
  • FIG. 1 is a diagram of a reflector according to the invention
  • - the flgs. 2 and 3 are other views of the same reflector
  • FIGS. 1 to 3 are diagrams of an elementary dihedral useful for understanding the definition of the reflector according to FIGS. 1 to 3;
  • SER radar equivalent surface
  • Fig. 1 1 shows the variations of the S.E.R. as a function of the angle of the cutting plane, i.e. respectively for an angle of 20 °
  • FIG. 1 1A 30 ° (fig. 1 1B) and 60 ° (flg 1 1C), for an opening reflector 80 °;
  • - fig. 12 is analogous to flg. 1 1 but for a 100 ° opening reflector;
  • the flgs. 13 and 14 are simulations of the variations in the co-and counterpolarization levels as a function of the orientation of the incident ray for a reflector according to the invention
  • Figs 15 and 16 are simulations, respectively comparable to those of Figs. 13 and 14. in the case of a right pseudo-dihedral with circular edge, and
  • - Figs 17 and 18 are simulations, respectively comparable to those of Figs. 13 and 14. in the case of a right pseudo-dihedral with elliptical edge.
  • the quantities which define the structure constituted by a reflector according to the invention are the length a of the generator (that is to say the length of the side of the V whose displacement theoretically generates one face of the dihedral), the radius of curvature r of the edge, and the angle ⁇ o of the angular portion of the helix determined by the edge.
  • the reflector shown in figs. 1 to 3 is such that the tangent T at each point of its helical edge (c), makes an angle of 45o with the axis of the propeller and that for a given trajectory of the polarimetric transmission-reception system, there exists an elementary right dihedral (fig. 4) simultaneously verifying the following conditions:
  • the conditions ⁇ and ⁇ carried out ensure maximum detection in cross polarization and make it possible to arrive at the parametric equation of the optimal surface for the trajectory in question.
  • the structure has been synthesized in order to be able, completely uncorrelated, to set a level of S.E.R. of crossed polarization [proportional to the quantity a2.r2 / ⁇ 2] over an angular domain ⁇ proportional to the opening ⁇ o.
  • FIGS 17 and 18 show the variations, respectively, of
  • Fig. 13 Variations of
  • Fig. 14 Variations of
  • Fig. 15 Variations of
  • TE mode Variations of
  • TE mode Variations of
  • TE mode Variations of
  • TE mode Variations of
  • Fig. 17 Variations of
  • Fig. 18 Variations of

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Abstract

Le réflecteur est constitué par un pseudo-dièdre droit dont l'arête (C) a la forme d'une portion d'hélice. Application de la réalisation de calibre ou de balise.

Description

Réflecteur pour radar polarimétrique. notamment à usage de calibre ou de balise.
L'invention concerne des réflecteurs pour radars polarimétriques, destinés notamment à servir pour l'étalonnage d'un radar ou pour servir de balise.
Il est connu d'utiliser un dièdre métallique droit à arête rectiligne pour la calibration d'un radar polarimétrique mais cette technique nécessite de pouvoir maîtriser avec beaucoup de précision les positions relatives du réflecteur et du radar de façon que le rayon incident appartienne à l'un des plans de symétrie du dièdre, en raison de l'extrême sensibilité de la réponse du dièdre dans le domaine angulaire, et notamment pour ce qui concerne sa surface équivalente radar (S.E.R.) de polarisation croisée.
L'utilisation d'une telle technique est donc pratiquement réservée à des étalonnages en laboratoires.
On a récemment étudié des réflecteurs constitués de deux surfaces conductrices disposées comme si elles avaient été engendrées par le déplacement d'un V, à angle au sommet droit, le long d'une courbe, réflecteurs que l'on qualifiera ci-après de "pseudodièdre droit". Les études publiées ont porté plus précisément sur les cas d'une arête circulaire et sur celui d'une arête elliptique, susceptibles d'améliorer les caractéristiques de réflexion et de faciliter l'utilisation du réflecteur, comme cela est exposé dans l'étude "Theoretical and Expérimental Study of a Crosspolarization S.A.R. Calibrator" de MM. J.C. Souyris, P. Borderies. P.F. Combes et H.J . Mametsa, publié dans les compte-rendus du SECOND INTERNATIONAL WORKSHOP ON RADAR POLARIMETRY (Nantes, Septembre 1992). mais ces solutions ne permettent pas d'améliorer simultanément toutes les performances souhaitées et obligent à des compromis.
La présente invention a pour objet un pseudo-dièdre droit réflecteur radar dont les performances souhaitées puissent être améliorées simultanément.
Un but de l'invention est de fournir un pseudo-dièdre droit réflecteur radar permettant des étalonnages sur sites, en présence d'antennes embarquées dont l'orientation est connue avec une précision approximative. Un autre but de l'invention est de fournir un pseudo-dièdre droit réflecteur radar rétrodiffusant un niveau d'énergie suffisant en polarisation croisée dans un angle solide aussi étendu que possible, particulièrement intéressant pour le balisage et l'identification.
Encore un but de l'invention est de fournir un pseudo-dièdre droit réflecteur radar apte à constituer un étalon de polarisation croisée ayant une réponse aussi constante que possible sur un domaine angulaire donné.
Un but de l'invention est également de fournir un pseudodièdre droit réflecteur radar présentant un diagramme de polarisation croisée élargi angulairement sans que ce diagramme soit modulé par des ondulations gênantes.
Tous ces buts sont atteints selon l'invention lorsque l'arête du pseudo-dièdre droit a la forme d'une portion d'hélice.
De préférence, l'arête s'étend sur au plus un pas de l'hélice.
De préférence, la tangente en un point de l'hélice fait un angle de 45° par rapport à l'axe de l'hélice.
L'orientation du V au cours de son déplacement théorique le long de l'arête varie selon une loi de variation choisie en fonction de la trajectoire donnée du système d'émission-réception polarimétrique.
Ce réflecteur, placé devant un radar polarimétrique, c'est-à- dire un radar dont l'émission et la réception se font selon deux polarisations linéaires orthogonales H.V., permet l'étalonnage du radar dans la polarisation croisée : émission H - réception V ou émission V - réception H et ce, sur une large plage angulaire sans avoir besoin de changer l'orientation du dièdre.
Ce réflecteur qui peut être entièrement métallique, permet l'étalonnage d'un radar aéroporté, héliporté ou placé sur un véhicule quelconque (par exemple un satellite), ou sur une tour, dès que le radar se trouve dans l'angle du cône de calibration issu du réflecteur.
L'invention sera encore expliquée ci-après au moyen d'exemples comparatifs, en référence aux figures du dessin joint qui feront apparaître d'autres particularités de l'invention et sur lequel : - la fig. 1 est un schéma d'un réflecteur conforme à l'invention ; - les flgs. 2 et 3 sont d'autres vues du même réflecteur ;
- la flg. 4 est un schéma d'un dièdre élémentaire utile pour la compréhension de la définition du réflecteur selon les figs. 1 à 3 ;
- les figs. 5 à 10 sont des diagrammes qui montrent les variations de la surface équivalente radar (S.E.R.) de co-et contrapolarisation d'un réflecteur selon l'invention en fonction du rayon de courbure r de l'arête et de l'ouverture ψ0 du réflecteur, dans le plan Φ = 45° (émission TE) ;
- la flg.1 1 montre les variations de la surface S.E.R. en fonction de l'angle du plan de coupe, soit respectivement pour un angle de 20°
(flg. 1 1A). 30° (fig. 1 1B) et 60° (flg 1 1C), pour un réflecteur d'ouverture 80° ;
- la fig. 12 est analogue à la flg. 1 1 mais pour un réflecteur d'ouverture 100° ;
- les flgs. 13 et 14 sont des simulations des variations des niveaux de co-et contrepolarisation en fonction de l'orientation du rayon incident pour un réflecteur selon l'invention ;
- les figs 15 et 16 sont des simulations, respectivement comparables à celles des figs. 13 et 14. dans le cas d'un pseudo-dièdre droit à arête circulaire, et
- les figs 17 et 18 sont des simulations, respectivement comparables à celles des figs. 13 et 14. dans le cas d'un pseudo-dièdre droit à arête elliptique.
Les grandeurs qui définissent la structure constituée par un réflecteur selon l'invention sont la longueur a de la génératrice (c'est- à-dire la longueur du côté du V dont le déplacement engendre théoriquement une face du dièdre), le rayon de courbure r de l'arête, et l'angle ψo de la portion angulaire d'hélice déterminée par l'arête.
Le réflecteur représenté sur les figs. 1 à 3 est tel que la tangente T en chaque point de son arête hélicoïdale (c), fait un angle de 45º avec l'axe de l'hélice et que pour une trajectoire donnée du système d'émission-réception polarimétrique, il existe un dièdre droit élémentaire (fig. 4) vérifiant simultanément les conditions suivantes:
- La bissectrice π de ses 2 génératrices L1 et L2 est colinéaire au vecteur de Poynting incident Ki [porté par γ3]. [Condition α] ; - Son arête de longueur [ | d 1 | ] et de tangente T est colinéaire à la bissectrice des vecteurs [γ1 , γ2], direction des champs électriques émis par le système polarimétrique (Condition β).
Les conditions α et β réalisées assurent une détection maximum en polarisation croisée et permettent d'aboutir à l'équation paramétrée de la surface optimale pour la trajectoire en question.
La trajectoire considérée est celle correspondante à une coupe 0=45° pour des incidences θ variables autour de la normale Z.
La structure a été synthétisée afin de pouvoir, de manière complètement décorrelée, fixer un niveau de S.E.R. de polarisation croisée [proportionnel à la grandeur a2.r2 / λ2] sur un domaine angulaire Δθ proportionnel à l'ouverture ψo.
En considérant la trajectoire optimale caractérisée dans le repère de base [X,Y,Z] pour une coupe à Φ = 45°. les figures 5 à 10 représentent les variations de S.E.R. de copolarisation (courbe inférieure) et contrapolarisation (courbe supérieure) pour Φ = 45° pour différents réflecteurs caractérisés par ψo et r/ λ. Ces courbes ont été normées par rapport au niveau maximal d'énergie rétrodiffusée par le réflecteur considéré [c'est-à-dire par rapport à la grandeur r2 /λ2]. Pour les courbes des figs. 5 à 8, a/λ=5, r/λ= 15 tandis que Ψo à la valeur 60° (fig. 5). 80° (fig. 6), 100° (fig. 7) et 120° (fig. 8). Pour les courbes des figs. 9 et 10, a/λ = 5. ψo = 100° et r/λ= 10 (fig. 9 ou 20 (fig. 10). On constate l'élargissement du diagramme de polarisation croisée corrélativement à l'augmentation de l'ouverture ψo.
La comparaison des courbes des figs. 7, 9 et 10 illustre l'influence des variations du paramètre r / λ à ψ o fixé. Indépendamment de son incidence sur le niveau absolu, r agit peu sur la forme du diagramme. On note toutefois une légère diminution des ondulations lorsque r croît. Cependant celles-ci sont davantage liées à ψo. En effet ce phénomène d'interférence est amoindri pour des réflecteurs ou ψo est grand. Le niveau de copolarisation pour toutes ces structures reste stable à des niveaux de l'ordre de - 10 dB. Les figures 1 1 et 12 représentent des diagrammes de co- (courbes inférieures) et contrapolarisation (courbes supérieures), respectivement pour des coupes Φ = 20°. Φ = 30° et Φ = 60° et montrent la dissymétrie de comportement de la structure par rapport au plan Φ = 45°. Ceci s'explique par le caractère hélicoïdal de l'arête. Les figures 1 1A et 12A montrent que pour Φ = 20°, les propriétés de rétrodiffusion restent exploitables, avec toutefois une remontée du niveau de copolarisation. Celui-ci, d'une manière générale, peut être gênant si les antennes d'émission fonctionnant sur deux polarisations orthogonales possèdent des couplages importants. Enfin, les figures 13 et 14 représentent les simulations des niveaux de co- et contrapolarisation pour différentes valeurs du gisement Φ et de la colatitude θ de la direction du rayonnement incident en. dans le cas du pseudo-dièdre à arête hélicoïdale défini par : a = 5λ. r = 15λ, ψo = 120°.
A titre comparatif, on a représenté sur le Tableau ci-après les résultats caractéristiques de rétrodiffusion en contrapolarisation obtenus avec des réflecteurs ayant des arêtes de formes diverses :
Les paramètres des dièdres mentionnés dans ce tableau à titre comparatif sont définis ci-après :
dièdre à arête rectiligne :
a = longueur des côtés
b = longueur de l'arête
pseudo-dièdre droit à arête circulaire :
a = longueur des côtés
b = longueur de l'arête r = rayon du cercle de l'arête
pseudo-dièdre droit à arête elliptique :
a : longueur des côtés
r = longueur du petit axe de l'ellipse de l'arête
e = excentricité de l'ellipse.
Les figures 15 et 16 montrent les variations, respectivement de [s 1 1 ]2 et de [s21 ]2, d'un pseudo-dièdre droit à arête circulaire défini par a=5λ, b=5λ, r=4.75λ, pour différentes valeurs dans angles θ et Φ qui définissent l'orientation des ondes en mode TE.
Les figures 17 etl8 montrent les variations, respectivement de
[s1 1 ]2 et de [s21 ]2, d'un pseudo-dièdre droit à arête elliptique défini par a=5λ, r=5λ, ψo=76° e =0.6. pour différentes valeurs des angles θ et Φ, en mode TE.
Les figures sont à comparer aux figures 13 et 14 correspondantes relatives au cas d'un pseudo-dièdre droit à arête hélicoïdale selon l'invention.
Les légendes des fig. 5 à 18 sont les suivantes :
Fig. 5 : Diagramme de S.E.R. de co- et contrapolarisation du dièdre à arête hélicoïdale, dans le plan 0 = 45 °. émission TE, a/λ = 5, ψo = 60°, r/λ = l5, ( X - POL CO - POL);
Fig. 6 : Diagramme de S.E.R. de co- et contrapolarisation du dièdre à arête hélicoïdale, dans le plan Φ = 45°. émission TE, a/λ = 5, ψo = 80°, r/λ = 15, (----- X-POL,— CO-POL) ;
Fig. 7 : Diagramme de S.E.R. de co- et contrapolarisation du dièdre à arête hélicoïdale dans le plan Φ = 45°. émission TE, a/ λ = 5 , ψo = 100°, r/λ = 15, (----- X-POL, ----- CO-POL);
Fig. 8 : Diagramme de S.E.R. de co- et contrapolarisation du dièdre à arête hélicoïdale dans le plan Φ = 45°, émission TE, a/λ = 5, ψo =
120°, r/λ - 15, (----- X- POL. —CO-POL);
Fig. 9 : Diagramme de S.E.R. de co- et contrapolarisation du dièdre à arête hélicoïdale dans le plan Φ = 45°, Emission TE. a/ λ = 5, ψo
= 100°, r/λ - 15, (----- X-POL, —CO-POL);
Fig 10 : Diagramme de S.E.R. de co- et contrapolarisation du dièdre à arête hélicoïdale dans le plan Φ = 45°, Emission TE. a/ λ = 5 , ψo = 100°, r/λ = 15, (----- X -POL, —CO-POL); Fig. 11 : Diagramme de S.E.R. de co- et contrapolarisation du dièdre à arête hélicoïdale, a/λ = 5, ψ o = 80° , r/λ = 15. Emission
TE, (----- X-POL. —CO-POL) ;
Fig. 12 : Diagramme de S.E.R. de co- et contrapolarisation du dièdre à arête hélicoïdale, a/λ = 5 , ψo = 100°, r/λ = 15. Emission
TE (----- X-POL,— CO-POL) ;
Fig. 13 : Variations de | s 11 |2 dièdre à arête hélicoïdale pour différentes valeurs de θ et Φ, a/λ = 5, r/λ - 15, ψo = 120° , Mode
TE;
Fig. 14 : Variations de |s 21 |2, dièdre à arête hélicoïdale pour différentes valeurs de θ et Φ , a/λ = 5 , r/λ = 15 , ψo = 120°
Emission TE. Réception TM ;
Fig. 15 : Variations de | s 11 |2 , dièdre à arête circulaire pour différentes valeurs de θ et Φ, a/λ = 5, b/λ = 5, r/λ 4.75. Mode TE;
Fig. 16 Variations de | s 21 |2 , dièdre à arête circulaire pour différentes valeurs de θ et Φ, a/λ = 5 , b/λ = 5, r / λ = 4.75. émission
TE. réception TM ;
Fig. 17 : Variations de |s11|2, dièdre à arête elliptique pour différentes valeurs de θ et Φ , a/λ = 5 , r/λ = 5. ψo = 76°, e = 0.6, mode TE;
Fig. 18 : Variations de |s21 |2, dièdre à arête elliptique pour différentes valeurs de θ et Φ , a/λ - 5 , r/λ = 5, ψo = 76°, e = 0.6, émission TE, réception TM.

Claims

REVENDICATIONS
1. Réflecteur pour radar polarimétrique, notamment à usage de calibre ou de balise, constitué par un pseudo-dièdre droit à arête courbe, caractérisé en ce que l'arête (C) du pseudo-dièdre a la forme d'une portion d'hélice.
2. Réflecteur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'arête s'étend sur au plus un pas de l'hélice.
3. Réflecteur selon la revendication 1 ou 2. caractérisé en ce que la tangente en chaque point de l'hélice fait un angle de 45° par rapport à l'axe de l'hélice
4. Réflecteur selon la revendication 3 et tel que représenté sur les figures 1 à 3.
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