Système d'antenne à balayage conique pour radar de poursuite

Abstract

 Système d'antenne à balayage conique à la réception du type Cassegrain comportant un réflecteur principal parabolique (1) et deux réflecteurs auxiliaires hyperboliques (3, 4) avec un foyer de l'un dans un plan focal de l'autre.
L'un de ces réflecteurs (3) est semi-transparent et l'autre (4) est animé d'un mouvement de rotation autour d'un axe (54) incliné par rapport à l'axe focal (ox) du système. Application aux radars de poursuite.

Description

[0001] La présente inventior. concerne un système d'antenne à balayage conique pour radar de poursuite.

[0002] Un radar de poursuite mesure les coordonnées d'une cible et fournit des données qui peuvent être utilisées pour déterminer la trajectoire de la cible et prédire sa position future. Pour établir cette prédiction, pratiquement toutes les données disponibles dans un radar peuvent être utilisées, la distance, l'angle de site, le gisement, la fréquence Doppler ; ceci fait que tout radar a priorl peut- être considéré comme un radar de poursuite à partir du moment où l'information de sortie qu'il délivre est traitée de façon adéquate. Toutefois un radar de poursuite se distingue des autres radars par la facon dont la poursuite angulaire de la cible est effectuée, et cette poursuite angulaire a pour but de définir une erreur indiquant le déport angulaire par rapport à l'axe de l'antenne, de la direction dans laquelle se trouve la cible, ce signal d'erreur alimentant des servomécanismes prévus pour ramener l'axe de l'antenne sur la direction de la cible. D'une façon générale on considère trois méthodes devenues classiques pour produire ce signal d'erreur.

[0003] Une première méthode est la détection d'une cible par basculement de diagramme (sequential lobing en anglais), une seconde méthode est le balayage conique et une troisième méthode est la méthode monopulse.

[0004] Le système d'antenne suivant l'invention relève de la seconde méthode, dite du balayage conique, dont le principe va être rappelé. Dans un système à balayage conique, l'antenne comporte un système de révolution focalisant, paraboloïde ou lentille, éclairé par une source primaire dont le centre de phase décrit autour de l'axe focal du système de révolution un cercle de rayon déterminé situé dans le plan focal. Pour une telle antenne, le diagramme de rayonnement n'est plus centré sur l'axe du système focalisant, mais tourne dans l'espace de sorte que la direction de rayonnement maximal décrit un cône dont le demi angle au sommet est appelé angle de strabisme de l'antenne (squint angle en langue anglaise).

[0005] L'amplitude du signal délivré par l'antenne est ainsi modulée à la fréquence de rotation du diagramme et. le taux de modulation est fonction de l'angle de la cible par rapport à l'axe de rotation. Le signal de modulation extrait du signal écho est utilisé dans des servomécanismes pour asservir l'antenne en position sur la cible.

[0006] Du fait de la symétrie de révolution, les faisceaux rayonnés par l'antenne se recoupent tous suivant l'axe du système de révolution et en général le niveau de recoupement est tel qu'il a une valeur optimale, compromis entre la pente à l'origine qui donne la précision du pointage et la portée du radar.

[0007] Dans une antenne à balayage conique classique le diagramme de rayonnement est le même à l'émission et à la réception, fournissant la possibilité par analyse du diagramme à l'émission, de connaître la fréquence de rotation du diagramme, utilisable à des fins de brouillage.

[0008] Il est des applications, où cette possibilité de détection de la fréquence de rotation du diagramme de rayonnement de l'antenne à balayage conique doit être supprimée.

[0009] Dans une solution de l'art antérieur, on a proposé d'émettre suivant un diagramme de rayonnement centré sur l'axe de l'antenne et de recevoir suivant un diagramme de rayonnement à balayage conique. Une réalisation faite sur ce principe comporte une source primaire du type monopulse délivrant des signaux dans une voie somme et dans deux voies différence, l'une en gisement, l'autre en site. La voie somme est combinée avec les voies différence, et le diagramme en balayage conique est obtenu, à la réception, par un déphaseur variable tournant faisant varier la phase entre les signaux différence et somme. Le diagramme de rayonnement obtenu est décentré et tourne à la vitesse du déphaseur. Cette réalisation définit un récepteur à un seul canal qui n'est toutefois pas à l'abri d'erreurs sur la détermination des angles dues à des fluctuations de l'amplitude de l'écho. De plus elle conduit à des réalisations relativement complexes et partant coûteuses.

[0010] L'objet de l'invention est une antenne à balayage conique à la réception capable de poursuivre des cibles dépolarisantes, Suivant l'invention donc, la possibilité de détection de la fréquence de rotation du diagramme de rayonnement est supprimée.

[0011] Les systèmes d'antenne à balayage conique étant de façon générale moins complexes et moins coûteux à réaliser que les systèmes à basculement de diagramme ou les systèmes monopulse, on se propose suivant l'invention de réaliser un système d'antenne à balayage conique, ressortissant à un système du type Cassegrain, c'est-à-dire comportant un réflecteur principal parabolique et un réflecteur auxiliaire hyperbolique, avec en plus des moyens agissant de façon telle que le diagramme à l'émission est fixe, par exemple centré sur l'axe de l'antenne et que l'onde émise est à polarisation rectiligne et que le diagramme à la réception est à balayage conique, capable de recevoir une onde réfléchie par la cible et de polarisation rectiligne orthogonale à la polarisation de l'onde à l'émission.

[0012] Suivant l'invention également, le système d'antenne à balayage conique pour radar de poursuite est une antenne du type Cassegrain, comportant un réflecteur principal parabolique deux réflecteurs auxiliaires hyperboliques, un foyer de l'un se trouvant dans un plan focal de l'autre et une source primaire rayonnant suivant deux polarisations rectilignes orthogonales.

[0013] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description d'un exemple de réalisation donné à l'aide des figures qui représentent :

- la figure 1, une représentation schématique du système d'antenne suivant l'invention ;

- la figure 2, les diagrammes de rayonnement à la réception et à l'émission ;

- la figure 3, un diagramme schématique d'un radar de poursuite incorporant le système d'antenne de la figure 1.

[0014] Ainsi que cela a été indiqué dans l'introduction à la présente description, l'invention a pour objet la définition d'un système d'antenne à balayage conique à la réception seulement pour radar de poursuite, capable d'effectuer la poursuite de cibles à effet dépolarisant d'une part, et de ne pouvoir être soumis d'autre part à un brouillage base sur la connaissance de la fréquence de rotation du diagramme de rayonnement établie à partir des signaux émis.

[0015] La figure 1 représente de façon schématique une telle antenne du type Cassegrain, c'est-à-dire comportant au moins un réflecteur principal parabolique et un réflecteur auxiliaire hyperbolique auxquels on ajoute les moyens lui permettant de fonctionner en conformité avec les buts de l'invention et d'en atteindre les résultats.

[0016] L'antenne comporte un réflecteur principal 1, qui est un paraboioide de révolution autour de l'axe OX, une source primaire 2 placée dans l'exemple de réalisation décrit, dans l'axe du réflecteur principal, un premier réflecteur auxiliaire 3, portion d'un hyperboloide de révolution autour de l'axe 0X et un second réflecteur auxiliaire 4, portion d'un hyperboloïde de révolution et dont l'axe SY présente la particularité d'être incliné par rapport à l'axe focal OX du système.

[0017] Les positions réciproques de ces réflecteurs sont telles que le point F est à la fois foyer du réflecteur parabolique principal 1 et du réflecteur auxiliaire 3.

[0018] Le second foyer F' du réflecteur auxiliaire hyperbolique 3 se trouve confondu avec le centre de phase de la source primaire 2. Le premier foyer du réflecteur auxiliaire hyperbolique 4 soit F1 se trouve dans le plan focal P du réflecteur parabolique 1 et du premier réflecteur auxiliaire 3 et son second foyer F'1 se trouve dans le second plan focal P' du premier réflecteur hyperbolique 3, contenant le centre de phase de la source primaire.

[0019] Suivant l'invention, le système d'antenne doit être capable de recevoir les ondes renvoyées par une cible présentant un effet dépolarisant : la source primaire 2 par conséquent doit pouvoir rayonner suivant deux polarisations rectilignes orthogonales. Suivant un exemple de réalisation cette source primaire est un cornet de section circulaire situé en bout d'un guide 6 de section circulaire alimenté par deux guides 7 et 8 de section rectangulaire. Le guide 7 propage une onde dont le vecteur polarisation est par exemple vertical tandis que le guide 8 propage une onde dont le vecteur polarisation est horizontal. Suivant l'invention, par exemple le guide 7 alimente le cornet à l'émission, tandis que le guide 8 reçoit l'onde réfléchie par la cible.

[0020] Le réflecteur principal parabolique 1 est conforme à tout réflecteur principal d'une antenne Cassegrain.

[0021] Le premier réflecteur auxiliaire hyperbolique 3 dont les foyers sont les points F et F', est un réflecteur de révolution semi-transparent constitué par des fils parallèles au vecteur polarisation de l'onde émise, en l'occurrence dans l'exemple décrit, vertical. Ce réflecteur réfléchit par conséquent l'onde émise de vecteur électrique E en direction du réflecteur principal 1 qui la réfléchit dans l'espace parallèlement à l'axe OX.

[0022] A la réception, l'onde réfléchie par la cible dépolarisante considérée à son vecteur de polarisation horizontal. Dans ces conditions le réflecteur auxiliaire hyperbolique à fils 3 laisse passer l'onde réfléchie, qui est reprise par le second réflecteur auxiliaire hyperbolique 4.

[0023] Ce réflecteur auxiliaire hyperbolique 4 est un réflecteur plein, portion d'un hyperboloide, tournant autour de son axe SY, incliné d'un angle α par rapport à l'axe focal OX du système, mais dont le sommet S est situé sur l'axe focal OX.

[0024] Ce réflecteur est entraîné en rotation par un moteur schématisé par M. La rotation du réflecteur auxiliaire 4, incliné par rapport à l'axe focal du système permet à la réception de faire un balayage conique. Le foyer F1 du réflecteur hyperbolique 4 décrit un cercle de centre F, foyer du réflecteur principal et du premier réflecteur auxiliaire 3, dans la plan focal P. Le diagramme de rayonnement 3. la réception DR, visible figure 2, tourne autour de l'axe focal OX du système avec un niveau de recoupement des lobes sur l'axe, défini par l'angle d'inclinaison α de l'axe SY par rapport à l'axe OX.

[0025] Sur cette figure 2 on a également représenté le diagramme de rayonnement à l'émission DE qui est fixe et centré sur l'axe du système. On y a figuré aussi l'axe du lobe AL et la direction DC dans laquelle se trouve la cible.

[0026] On a représenté sur la figure 1, le trajet d'une onde émise en trait plein et celui d'une onde réfléchie en traits interrompus.

[0027] On notera que les fils parallèles constituant le réflecteur auxiliaire hyperbolique 3 utilisé à l'émission sont de dimensions relativement petites suivant la bande de fréquence de fonctionnement de l'antenne. En bande Ku par exemple, les fils ont un diamètre de l'ordre de 0,12 au pas 0,6 et le diamètre du réflecteur ne dépasse pas 110 cm, avec une focale de l'ordre de 171 cm. Du point de vue mécanique, les fils sont supportés soit par une structure dite sandwich soit par une peau unique auto-adaptée.

[0028] De façon préférentielle, suivant la distance à laquelle doit ₃e trouver le second réflecteur auxiliaire hyperbolique du premier, il faut choisir la structure qui présente le moins d'épaisseur, de façon que la rotation du second réflecteur ne soit pas gênée. Si l'on utilise une peau auto-adaptée, il faut prévoir des compensations, en général un réseau de fils orthogonaux aux premiers qui sont choisis tels qu'ils ne provoquent pas de pertubations à la réception.

[0029] Le réflecteur auxiliaire tournant 4, dans un exemple de réalisation a un diamètre de l'ordre de 95 cm et une focale de 171 cm, alors que le réflecteur principal a un diamètre de l'ordre de 800 cm et une focale de 255 cm.

[0030] La figure 3 présente un diagramme schématique d'un radar à balayage conique utilisant le système d'antenne qui a été décrit. Ce diagramme classique ne sera pas décrit en détail.

[0031] A partir de l'antenne de la figure 1, on trouve la source primaire 2 connectée d'une part à l'émetteur 10 alimenté par le générateur de synchronisation 11, et d'autre part par l'intermédiaire du TR 9 à la partie réception comportant un circuit mélangeur 12 connecté au générateur 13 de l'oscillateur local et à un amplificateur à fréquence intermédiaire 14 suivi d'un détecteur 15. Cet amplificateur est connecté à un circuit 16 de commande automatique du gain connecté au circuit 17 de sélection de la distance. Ce circuit est alimenté par le circuit 18 de poursuite en distance connecté au générateur de synchronisation 11. Le circuit de sélection de la distance 17 est connecté au circuit 18 de démodulation en gisement et au circuit 20 de démodulation en site, qui reçoivent, une information de référence gisement et site respectivement du moteur d'entraînement M du réflecteur auxiliaire hyperbolique 4 de l'antenne par l'intermédiaire d'un circuit 25. Ces circuits déterminent les erreurs en gisement et en site qu'ils envoient aux servomécanismes de gisement 21 et de site 22 qui alimentent respectivement des moteurs 23 et 24 agissant pour ramener l'axe de l'antenne sur la cible.

[0032] On a ainsi décrit un système d'antenne à balayage conique pour radar de poursuite dans lequel, l'antenne du type Cassegrain, émet suivant un diagramme de rayonnement centré sur l'axe et reçoit suivant un balayage conique, une onde réfléchie dépolarisée. Une telle antenne, équipant un radar de poursuite présente des avantages qui ont été signalés au début de la description, en particulier, im^possi- bilité de déterminer la fréquence de rotation du diagramme à balayage conique. Un autre avantage est la non perturbation du fonctionnement du radar dans de mauvaises conditions atmosphériques, due au fait que les gouttes de pluie par exemple sont très peu dépolarisantes.

Revendications

1. Système d'antenne à balayage conique pour radar de poursuite, du type antenne Cassegrain comportant un réflecteur principal, portion d'un paraboloïde de révolution et un réflecteur auxiliaire, portion d'un hyperboloide de révolution, caractérisé par le fait que le système d'antenne comporte deux réflecteurs auxiliaires, portions d'hyperboloides de révolution, l'un de ces réflecteurs étant entraîné en rotation par rapport à l'autre et par rapport au réflecteur principal.

2. Système d'antenne à balayage conique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le réflecteur auxiliaire hyperbolique tournant, appelé second réflecteur auxiliaire a son axe de révolution incliné par rapport à l'axe focal du système et son sommet fixe sur l'axe focal du système.

3. Système d'antenne à balayage conique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le premier réflecteur hyperbolique est disposé entre le réflecteur principal et le second réflecteur auxiliaire et qu'il est constitué par un réseau de fils conducteurs parallèles au vecteur polarisation de l'onde émise.

4. Système d'antenne à balayage conique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le foyer F du réflecteur principal parabolique situé sur l'axe focal du système, est également le foyer du premier réflecteur auxiliaire, que le second foyer du premier réflecteur auxiliaire est confondu avec le centre de phase de la source primaire, que le premier foyer du second réflecteur auxiliaire se trouve dans le plan focal du réflecteur principal et du premier réflecteur auxiliaire et que le second foyer du second réflecteur auxiliaire se trouve dans le second plan focal du premier réflecteur auxiliaire.

5. Système d'antenne à balayage conique suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que le premier réflecteur auxiliaire est constitué par un réseau de fils parallèles supportés par une structure sandwich.

6. Système d'antenne à balayage conique suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que le premier réflecteur auxiliaire est constitué par un réseau de fils parallèles par une peau unique auto-adaptée.

7. Système d'antenne à balayage conique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les cibles poursuivies étaient dépolarisantes, le diagramme de rayonnement à balayage conique est utilisé à la réception seulement, le diagramme à l'émission étant fixe et centré sur l'axe focal du système.

8. Système d'antenne à balayage conique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte une source primaire capable de rayonner des ondes ayant des vecteurs polarisation rectiligne orthogonaux.

9. Système d'antenne à balayage conique suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que la source primaire est constituée par un guide de section circulaire terminé par un cornet, alimenté par deux guides à section rectangulaire, orthogonaux formant séparateur de polarisation.

10. Système d'antenne à balayage conique suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que la source primaire est un cornet rainuré.

11. Système d'antenne à balayage conique suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que la source primaire est un cornet bimode.

Dessins