Emission colorée pour antenne active radar

21/10/2017
Publication REE REE 2005-3
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2005-3:20560
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Emission colorée pour antenne active radar

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	    <date dateType="Created">Sat 21 Oct 2017</date>
	    <date dateType="Updated">Sat 21 Oct 2017</date>
            <date dateType="Submitted">Sun 9 Dec 2018</date>
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LES RADARS a m Emission colorée pour antenne active radar Par François LECHEVALIER, Laurent SAVY THALES AEROSPACE Mots clés Antenneactive, Codage, Spatio-temporel, Ambiguïté, Balayage électronique, Directivité Les antennes actives sont une rupture fondamentale dans la gestion des ressources espace-temps du radar, c grâce aux possibilités qu'elles otfrent en matière de gestion c de la puissance, du facteur de forme, et des pointages de faisceau. Schématiquement, il devient ainsi possible d'émetttre dans chaque direction la forme d'onde la plus appropriée au moment opportun, selon les objectifs visés et la situation observée au préalable. Dans cet article, on examine l'émission colorée, une des techniques récentes les plus attractives de gestion du c faisceau, particulièrement adaptée aux antennes actives. L'objectif de l'émission colorée est de retrouver une directivité à l'émission, par traitement en réception, et ce malgré une émission dans un large secteur angulaire. 1 Zn Cela est possible grâce à un codage spatio-temporel intra- pulse, encore appelé émission colorée. Les bénéfices apportés par l'émission colorée en découlent directement : . couverture simultanée d'un large secteur angulaire . faible probabilité d'interception de l'émission . maintien de la directivité d'émission, qui rend l'émission colorée particulièrement intéressante pour : - les opérations multistatiques, - les radars aéroportés, en raison de la présence d'échos de fouillis reçus à travers les lobes secon- daires d'antenne. Cet article comprend quatre parties : Chapitre 1 : Chapitre 2: Chapitre 3: Chapitre 4: Cette introduction Principes de l'émission colorée Quelques exemples d'émissions colorées Conclusion 2. Principes de l'émission colorée 2.1. Formalisme matriciel du codage spatio-temporel Comme indiqué précédemment, l'émission colorée utilise un codage spatio-temporel intra-pulse pour retrouver, lors de la réception, la directivité d'émission par traitement. L'antenne est découpée en N sous-réseaux d'émission. L'impulsion est elle-même découpée en M moments temporels ou sous-impulsions, et le poids associé à chaque sous-réseau n à l'instant m est Wnm « Durant une impulsion, M différents diagrammes sont ainsi successi- vement transmis selon la figure 1. Prenons l'exemple simple d'une antenne linéaire. Le diagramme d'antenne D,,, (O) à l'instant n dans la direction 8 est alors : FM NT/EL SYNOPSIS Les antennesactives permettent une rupture fondamentaiedans la gestion des ressourcesespace-tempsdu radar,grâceaux pos- sibilités qu'elles offrent en matièrede gestionde lapuissance,du facteur de forme, et des pointages de faisceau. Cet article se focalise sur le codage intra-pu ! se spatio-tempore !, ou émission colorée Cette technique de gestion du faisceau est spécifique des antennes actives. L'objectif de l'émission colorée est de retrouverune directivité à l'émission, partraitement en réception, et ce malgré une émission dansun largesecteur angulaire. Active Antennas introduce a fundamental breakthrough in Radar space-time management,due to their capacities of power, duty cycle,and beammanagement.The paperwill focus on intra-pulse space-time coding, or coloured transmission. This technique of beam management is specific of active antennas. The aim of coloured transmisslonis, while using a broad transmit beam for simultaneous coverage of a given angular sector, to recover transmit directivity on receive,by processing REE .N 1 !.J Mars 2005 Emission colorée pour antenne active radar Sous-réseau # ; Sous-réseau #2 Sous-réseau #.1 Wll O W12' "''Wlm 1 W21 'W22'... W2m %l N2 WNmi iff 2e wème diagramme diagramme diagramme T. Wj Ni 1 Wll W12 ! "'Wjm W21 W22... W2m w N2 ... w Figiirt 1. Codage sl) atio-teiîilot-el iiit- (il ? iflse. Nm 1 N Dje) =- E wc m N nm N n=1 ikr,àn (O) 12 avec : xii : abscisse du sous-réseau n° k : vecteur d'onde Soit en formulation matricielle : D (O) = 1 1-W.X (g) 12 N' " avec D (O) = Dl (6) DM (e) 'M et X (0) = e j.k.x,sinO e j.k.xNsin9 où W est la matrice de codage spatio-temporel. o u Zn Remarquons que les duaux des m diagrammes angle- t temps D,, (O) sont les diagrammes angle-fréquence d (f 0) c obtenus par transformée de Fourier temporelle de D,,, (O): d (j,'O) =E D,,, (O).e j.2.icfm m 2.2. Récupération de la directivité angulaire à l'émission En suivant le formalisme précédent, la réponse du filtre adapté angulaire au codage spatio-temporel Zn c (fonction d'ambiguïté angulaire) est : F (u,ucJ JEE ejkxnu-xn% " E wnmw *n'm 12 n n'm E 1 EWme i'l " nu12 m II m n avec : u = sivc (O) : hypothèse angulaire c ua = sin (OO) : direction réelle de la cible La condition sur Wllm pour qu'il soit possible de récupérer la directivité à l'émission est alors simplement : E wl.W*,,.= ô (n-n) nm KM m Sous cette condition d'orthogonalité, la fonction d'ambi- guïté angulaire F (M prend la forme classique : F (ii,tio) =g (U-Uo) = 1 IE e ikrn (u -uo) 12 &y N n La condition précédente implique que les codes de chaque sous-réseau soient orthogonaux de façon que chaque sous-réseau puisse être identifié et séparé par son code. 2.3. Description générale du traitement du signal La figure 2 donne une description générale du traitement b du signal. Trois commentaires importants peuvent être faits : 1. L'émission colorée nécessite un échantillonnage temporel égal à la longueur de la sous-impulsion (moment) du code. Par conséquent, une propriété importante de l'émission colorée est de négocier de la bande instantanée en fréquence contre de la séparation angulaire à l'émission, ou contre de la couverture angulaire. Typiquement, utiliser M moments permet de reconstituer M diagrammes, soit une multiplication par M de la couverture REE N 1 1 Mars2005 Li 0 s e,ï, ', ( ", LES RADARS Filtre adapté T.. Sub-pulcc Retard Retard 1 moment 1 moment Retard 1 moment x, x x Réception P canaux w (Séparation des émetteurs individuels) Vl Y2 Y3 YN-1 YN A (Formation de faisceaux émission) zN 1 z, FFC FFC FFC Réception RécepOOnRécepawr FFC FFC RécepGOn Réceptian Imagerie Emission/Reception (Réception P canaux. Emission N canaux) Figure 2. Ti-aiteiiieizt di, (sigiîal poiii- éiiiissioli (olo-ée. xm ` ?' ? : durée d'impulsion Souséseau,l Souséseau 2 Wii Wn ; w22 w 22 Souséseau,lN 1 WNM T w Nm ,giil-e 3. Iiiili (Isioii t-ii-c-lilciiite poit- (-o,,Icioe spcitio-teiiipoi-el. Fi angulaire instantanée, au prix d'une multiplication par M de la bande instantanée par rapport à l'émission sans codage intra-pulse, 2. La formation de faisceau à l'émission peut aussi être rendue adaptative, de la même façon qu'en réception, 3. Avec un seul canal en réception (P = 1), il est pos- sible d'obtenir de la résolution angulaire. 3. Quelques exemples d'émissions colorées 3.1. Exemple de principe : impulsion circulante L'idée de base de ce type d'émission colorée est de créer un effet antenne synthétique. Le codage spatio-tem- c porel est obtenu par effet Doppler, puisque la fréquence Doppler code la direction de l'écho de sol. Un moyen simple de créer cet effet antenne synthétique est d'utiliser une impulsion circulante, comme indiqué sur la figure 3. Le codage associé dans le domaine spatio-temporel est : c WilII7 = 8 (ili-li) Le codage associé dans le domaine angle-fréquence correspond à transmettre une fréquence dans chaque direction. Cela est confirmé par la figure 4, qui montre le dia- c gramme angle fréquence pour une impulsion circulante avec N = 10 sous-réseaux et une durée d'impulsion T = lis (sous-impulsion de durée 100 ns). Sur la figure 5, la fonction d'ambiguïté distance angle L b correspondante est représentée. La forme de cette fonction REE NO 3 Mars2005 Emission colorée pour antenne active radar 8. 6 - - .'. 4 .\] I.Lle () Figure 4. Diagramme ciiicile-,fi-écliieii (-e de l'iiiipiilsioii 1 -11 ,lu %- -- - 1 - j 1 : -' : ; ....,.',''..a','. " " ", ",', ; ; ; d''-' ! St. d i 1, rl,l 1 l . " k 1 CI 11 ï Am'tc () Fi,gii-c 5. Foiic-tioii ciiigle- (Iistiiit'e de l'iiiiplilsioii <-i) - (iilciiite. montre clairement que le codage intra-pulse est utilisé Z7 pour créer de la résolution angulaire et non pas, comme d'habitude, pour effectuer une compression d'impulsion. 3.2. Maximisation de la puissance émise : chirp espace-temps Un défaut majeur de l'impulsion circulante est que ce codage n'exploite pas toute la puissance disponible sur l'antenne. Il ne convient donc que pour des applications courte portée. Pour des applications à plus longue portée, une contrainte supplémentaire - signifiant que le seul codage autorisé est un codage de phase - est appliquée sur la structure des codes spatio-temporels : lw..l = 1 nm w nm e jnm La contrainte dorthoeonalité devient alors ors : . it 11 _ W..=e im (nm+a (n) +p (m » e - n-n) -7 W =e m nm Pour minimiser le couplage angle-distance, on doit b c faire le choix suivant : iic (n+M) 2 Af a (n) -n' p (m) =ml --> W =e nm Ce choix correspond à un chirp circulant spatio-temporel échantillonné. Le diagramme angle-fréquence du chirp circulant spatio-temporel échantillonné, pour N = 10 sous-réseaux et une durée d'impulsion T = lus (sous-impulsion de durée 100 ns) est représenté sur la figure 6. Comme il s'agit d'un code circulant, le codage associe, là encore, ZD une fréquence à chaque direction. io-- '-' "''-'s F' " :'' ....' 0.-. -..J'.X'L'.L...'l.-. -'- J -80.'. -.0 -2C' ; 2C 4C c -. ; A. -! ; U) " ---',i . t..'.''.,._. ..., I y .. ",......'fI ! ;,. 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