FR2683913A1 - Method and device for processing and detecting with a high visibility factor, used for the spectral analysis of a sampled signal, and applications, particularly to Doppler radars - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT ET DE DETECTION
A HAUT FACTEUR DE VISIBILITE POUR L'ANALYSE SPECTRALE D'UN SIGNAL
ECHANTILLONNE ET APPLICATIONS, NOTAMMENT AUX RADARS DOPPLER
La présente invention se rapporte à un procédé de traitement et de détection à haut facteur de visibilité pour l'analyse spectrale d'un signal échantillonné, à ses applications à un procédé d'analyse spectrale en fréquence pour un radar
Doppler émettant en particulier des rafales courtes d'impulsions cohérentes et à un procédé d'analyse spectrale spatiale pour un système à formation de faisceaux par le calcul, et aux dispositifs correspondants.METHOD AND DEVICE FOR PROCESSING AND DETECTION
HIGH VISIBILITY FACTOR FOR SPECTRAL ANALYSIS OF A SIGNAL
SAMPLE AND APPLICATIONS, INCLUDING RADAR DOPPLER
The present invention relates to a high visibility factor processing and detection method for the spectral analysis of a sampled signal, to its applications to a frequency spectral analysis method for a radar
Doppler emitting in particular short bursts of coherent pulses and a spatial spectral analysis method for a beamforming system by calculation, and corresponding devices.
Il est connu, dans le domaine des radars Doppler, en particulier pour l'observation du champ de bataille, d'émettre des rafales courtes d'impulsions de façon à limiter les risques de détection du radar par l'ennemi. L'utilisation d'une rafale courte revient à créer une fenêtre temporelle courte d'observation d'un signal dont le spectre théorique en fréquence s'étend à l'infini. It is known, in the field of Doppler radars, particularly for the observation of the battlefield, to emit short bursts of pulses so as to limit the risk of radar detection by the enemy. The use of a short burst amounts to creating a short time window of observation of a signal whose theoretical frequency spectrum extends to infinity.
La figure l représente un tel spectre Si, avec par exemple un pic élevé de fouillis F et une cible de faible puissance C, ainsi que le spectre S2 de la fenêtre d'observation temporelle qui, ainsi qu'il est connu, comprend un lobe principal de largeur 2/T si T est la durée de la fenêtre et des lobes secondaires d'amplitude décroissante. FIG. 1 represents such a spectrum Si, with for example a high peak of clutter F and a low power target C, as well as the spectrum S2 of the temporal observation window which, as it is known, comprises a lobe principal of width 2 / T if T is the duration of the window and secondary lobes of decreasing amplitude.
Le spectre S résultant obtenu par le récepteur radar est constitué par la convolution S1 * S2. Les lobes secondaires d'un écho important peuvent complètement masquer une cible faible voisine de l'écho fort. The resulting spectrum S obtained by the radar receiver is constituted by the convolution S1 * S2. The sidelobes of a large echo can completely mask a weak target close to the loud echo.
Il est connu d'éliminer les échos de fouillis dans un signal radar par divers procédés, notamment basés sur du filtrage transverse. It is known to eliminate clutter echoes in a radar signal by various methods, in particular based on transverse filtering.
La pondération par la fenêtre d'observation due à la convolution mentionnée ci-dessus d'une part et la forte pondération a priori appliquée au signal radar pour réduire l'amplitude des lobes secondaires de façon à mieux assurer la visibilité de cibles de faible SER (surface equivalente radar) d'autre part ont pour effet un élargissement de la bande passante des filtres d'où une mauvaise visibilité des cibles spectralement très proches du fouillis. The observation window weighting due to the aforementioned convolution on the one hand and the strong a priori weighting applied to the radar signal to reduce the amplitude of the sidelobes so as to better ensure the visibility of low SER targets. (Equivalent radar surface) on the other hand have the effect of widening the bandwidth of the filters resulting in poor visibility of the targets spectrally very close to the clutter.
Pour augmenter le facteur de visibilité dans de tels cas, on a développé différents procédés fondés cette fois sur la déconvolution des échos de fouillis en utilisant une modélisation autorégressive. Ces procédés produisent de très bons résultats à condition que le fouillis présente un minimum de stationnarité en distance et/ou dans le temps. Cependant dans certaines circonstances et en particulier dans le cas de la surveillance maritime basse altitude, cette hypothèse de stationnarité n'est pas remplie. En effet, on sait que la puissance des échos de mer qui est sensiblement proportionnelle à la puissance -3 de la distance pour les zones proches passe assez brusquement à une proportionnalité à la puissance -7 de la distance lorsque la distance augmente. Ce passage s'effectue dans une zone de transition située à une distance du radar essentiellement variable avec l'état de la mer.En outre, dans la zone de transition, le fouillis de mer présente des comportements variables avec des pointes très fortes dont la position dans le temps et en distance est aléatoire. Dans ces conditions, même les procédés mentionnés en dernier perdent une grande partie de leur efficacité. To increase the visibility factor in such cases, we have developed different methods based this time on the deconvolution of clutter echoes using autoregressive modeling. These methods produce very good results provided that the clutter has a minimum of stationarity in distance and / or in time. However, in certain circumstances and in particular in the case of low altitude maritime surveillance, this assumption of stationarity is not fulfilled. Indeed, it is known that the power of the sea echoes which is substantially proportional to the power -3 of the distance for the near areas passes rather abruptly to a proportionality to the power -7 of the distance when the distance increases. This passage takes place in a transition zone located at a distance from the radar essentially variable with the state of the sea. In addition, in the transition zone, the sea clutter presents variable behaviors with very strong peaks whose position in time and distance is random. Under these conditions, even the processes mentioned last lose much of their effectiveness.
L'invention a donc pour objet un procédé de traitement et de détection qui remédie à ces inconvénients en évitant d'utiliser pour le traitement des échos, une référence dite "bruit seul", c'est-à-dire calculée à partir des échos de fouillis provenant de cellules de résolution distance voisines de celle en cours de traitement, comme c'est le cas dans les procédés connus. The subject of the invention is therefore a method of processing and detection which overcomes these drawbacks by avoiding the use of a so-called "noise-only" reference for the processing of echoes, that is to say calculated from the echoes clutter from distance resolution cells close to the one being processed, as is the case in known methods.
Il faut remarquer que jusqu'à maintenant, on n'a envisagé que le cas du domaine des fréquences Doppler et de la visibilité d'une cible de faible SER spectralement très proche du fouillis mais qu'il y a une complète analogie avec le problème de détecter dans le domaine spatial une cible angulairement très proche d'un brouilleur dans le cas d'un système à formation de faisceaux par le calcul (FFC). Dans les deux cas, le problème de traitement du signal est le même : détecter et localiser un signal faible spectralement proche d'un signal très fort.Pour le traitement par FFC, l'information angulaire se traduit au niveau d'un réseau régulier et linéaire de capteurs par une "fréquence spatiale" en tous points identique à la fréquence Doppler ; le signal échantillonné est seulement composé d'une suite d'échantillons dans le domaine spatial à un instant donné au lieu d'une suite d'échantillons dans le domaine temporel. It should be noted that up to now, only the case of the Doppler frequency domain and the visibility of a low SER target has been considered spectrally very close to the clutter, but there is a complete analogy with the problem. to detect in the spatial domain a target angularly very close to a jammer in the case of a system with beamforming by calculation (FFC). In both cases, the problem of signal processing is the same: detecting and locating a weak signal spectrally close to a very strong signal. For the FFC processing, the angular information is translated into a regular network and linear of sensors by a "spatial frequency" in all respects identical to the Doppler frequency; the sampled signal is only composed of a series of samples in the spatial domain at a given instant instead of a sequence of samples in the time domain.
Comme on le verra par la suite, le procédé selon l'invention s'applique également à ces deux domaines. Ainsi, les termes "spectral" ou "analyse spectrale" seront pris dans toute la description qui suit et les revendications dans un sens large couvrant aussi bien le domaine temporel que spatial, en l'absence d'autres précisions. As will be seen later, the method according to the invention also applies to these two areas. Thus, the terms "spectral" or "spectral analysis" will be taken throughout the description that follows and the claims in a broad sense covering both the temporal and spatial domain, in the absence of other details.
Selon l'invention, il est donc prévu un procédé de traitement et de détection à haut facteur de visibilité pour l'analyse spectrale d'un signal échantillonné, caractérisé en ce qu' il comporte les étapes consistant à - estimer par analyse autorégressive du signal échantillonné les positions spectrales des composantes dudit signal - estimer séparément la puissance de chacune de ces composantes par un filtrage adapté en temps réel ; et - effectuer une détection sur les composantes ainsi estimées pour sélectionner celles supérieures à un seuil prédéterminé. According to the invention, a high visibility factor processing and detection method is therefore provided for the spectral analysis of a sampled signal, characterized in that it comprises the steps of: - estimating by autoregressive signal analysis sampling the spectral positions of the components of said signal - separately estimating the power of each of these components by a matched filtering in real time; and - performing a detection on the components thus estimated to select those above a predetermined threshold.
Le procédé selon l'invention met à profit le fait que l'estimation autorégressive des fréquences des raies du spectre est très précise mais que, par contre, la détermination des puissances de ces composantes étant en général faussée, une autre méthode est alors utilisée consistant à créer p voies traitant chacune une seule composante dont la position spectrale a été déterminée auparavant. The method according to the invention takes advantage of the fact that the autoregressive estimation of the frequencies of the lines of the spectrum is very precise but that, on the other hand, the determination of the powers of these components being generally distorted, another method is then used consisting of to create p channels each dealing with a single component whose spectral position has been previously determined.
Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu un procédé de traitement et de détection à haut facteur de visibilité pour l'analyse spectrale en fréquence d'un signal radar échantillonné dans le temps, ledit radar émettant des rafales courtes d'impulsions cohérentes, ledit procédé comme décrit ci-dessus étant caractérisé en ce que ladite étape d'effectuer une détection sur les composantes estimées consiste, pour chaque suite d'échantillons d'une rafale dans une porte en distance donnée, à : - déterminer un critère de contraste sur maximum en calculant un seuil à partir du maximum des composantes obtenues dans des zones distance/fréquence encadrant en distance la cellule traitée contenant la composante examinée ; et - comparer la puissance de ladite composante examinée audit seuil pour déterminer si ladite composante correspond à une cible. According to another aspect of the invention, there is provided a high visibility factor processing and detection method for spectral frequency analysis of a time-sampled radar signal, said radar emitting short bursts of pulses. coherent, said method as described above being characterized in that said step of performing a detection on the estimated components consists, for each sequence of samples of a burst in a door at a given distance, to: - determine a criterion Contrast on maximum by calculating a threshold starting from the maximum of the components obtained in distance / frequency zones bordering in distance the treated cell containing the examined component; and comparing the power of said examined component with said threshold to determine whether said component corresponds to a target.
Selon encore un autre aspect de l'invention, il est prévu un procédé de traitement et de détection à haut facteur de visibilité pour l'analyse spectrale spatiale d'un signal issu d'au moins une source et échantillonné dans l'espace par au moins un réseau linéaire de N capteurs régulièrement espacés fournissant à chaque instant donné un ensemble de N échantillons du signal reçu par ces capteurs, ledit procédé étant tel que décrit ci-dessus en premier et étant caractérisé en ce qu'il consiste en outre, après élimination du fouillis par filtrage, a: - calculer les coefficients de réflexion successifs d'une modélisation autorégressive, récursive par rapport à l'ordre, dudit signal échantillonné constitué par lesdits N échantillons à l'instant considéré ; et - comparer l'amplitude desdits coefficients à un seuil donné pour déterminer le nombre de sources susceptibles d'être présentes et l'ordre correspondant de ladite modélisation autorégressive de l'étape d'estimation des positions spectrales, cette dernière utilisant lesdits p coefficients de réflexion retenus pour le calcul desdits coefficients ak. According to yet another aspect of the invention, there is provided a high visibility factor processing and detection method for the spatial spectral analysis of a signal from at least one source and sampled in space by minus a linear array of N regularly spaced sensors providing at each given instant a set of N samples of the signal received by these sensors, said method being as described above first and being characterized in that it further consists, after elimination of the clutter by filtering, a: calculating the successive reflection coefficients of an autoregressive, recursive modeling with respect to the order of said sampled signal constituted by said N samples at the instant considered; and comparing the amplitude of said coefficients with a given threshold to determine the number of sources likely to be present and the corresponding order of said autoregressive modeling of the step of estimating the spectral positions, the latter using said p coefficients of reflection retained for the calculation of said coefficients ak.
L'invention concerne encore des dispositifs pour mettre en oeuvre les différents aspects du procédé selon l'invention. The invention also relates to devices for implementing the various aspects of the method according to the invention.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints où - la figure 1, déjà décrite, illustre des spectres explicatifs d'un des inconvénients auquel l'invention cherche à remédier - la figure 2, déjà décrite, montre un diagramme de fouillis illustrant un autre problème résolu par l'invention - la figure 3, est un diagramme de filtrage caractéristique du procédé selon l'invention - la figure 4 est un schéma de principe d'un dispositif selon l'invention appliqué au domaine fréquentiel - la figure 5 est un schéma d'un élément du dispositif de la figure 4 - la figure 6 est un diagramme d'un filtre réjecteur utilisé dans le dispositif selon l'invention - les figures 7 et 8 sont des diagrammes illustrant la détection dans le dispositif selon l'invention - la figure 9 est un diagramme illustrant les performances du procédé selon l'invention - la figure 10 montre un schéma de principe d'un système connu à formation de faisceau par le calcul - la figure il est un schéma d'un tel système mettant en oeuvre une variante du procédé selon l'invention - la figure 12 est le schéma d'un mode de réalisation connu d'une partie du système de la figure il ; et - la figure 13 est un schéma d'une variante d'application du procédé selon l'invention à un système à FFC. The invention will be better understood and other features and advantages will become apparent from the description below and the accompanying drawings in which - FIG. 1, already described, illustrates spectra that explain one of the drawbacks to which the invention seeks to remedy - Figure 2, already described, shows a clutter diagram illustrating another problem solved by the invention - Figure 3 is a characteristic filtering diagram of the method according to the invention - Figure 4 is a diagram of principle of a device according to the invention applied to the frequency domain - FIG. 5 is a diagram of an element of the device of FIG. 4 - FIG. 6 is a diagram of a rejection filter used in the device according to the invention FIGS. 7 and 8 are diagrams illustrating the detection in the device according to the invention; FIG. 9 is a diagram illustrating the performances of the method according to the invention; FIG. of principle of a known system beamforming by calculation - the figure is a diagram of such a system implementing a variant of the method according to the invention - Figure 12 is a diagram of an embodiment known from a part of the system of the figure it; and FIG. 13 is a diagram of an alternative application of the method according to the invention to an FFC system.
Comme on l'a expliqué ci-dessus, certains des problèmes rencontrés dans le traitement du signal radar et l'élimination du fouillis sont constitués par l'élargissement de la bande passante des filtres et la difficulté à éliminer le fouillis de mer. As explained above, some of the problems encountered in radar signal processing and clutter elimination are the widening of the filter bandwidth and the difficulty in eliminating clutter.
Les méthodes autorégressives d'estimation des composantes Doppler d'un signal radar offrent un grand avantage elles fournissent une estimation de la position en fréquence des composantes spectrales très précise en toutes circonstances. Par contre, en présence de plus d'un mode fréquentiel et/ou de fouillis non stationnaire, les valeurs de puissance estimées sont erronées. Le procédé selon l'invention repose donc sur l'idée, après avoir déterminé la position des fréquences Doppler des composantes, d'utiliser une autre méthode pour déterminer la puissance de chacune des composantes. Cette méthode consiste à isoler par filtrage chaque composante pour en estimer la puissance. The autoregressive methods for estimating the Doppler components of a radar signal offer a great advantage: they provide a very precise estimate of the frequency position of the spectral components in all circumstances. On the other hand, in the presence of more than one frequency mode and / or non-stationary clutter, the estimated power values are erroneous. The method according to the invention is therefore based on the idea, after having determined the position of the Doppler frequencies of the components, to use another method to determine the power of each of the components. This method consists of filtering each component to estimate its power.
Le procédé selon l'invention consiste en outre, au moins dans le domaine temporel, à effectuer une détection adaptée par critère de contraste basé sur le maximum atteint par les composantes dans des zones encadrant la cellule en distance et fréquence testée en ce qui concerne la bande spectrale susceptible d'être occupée par le fouillis, et basé sur une référence de bruit calculée dans les mêmes zones en ce qui concerne les autres bandes spectrales. The method according to the invention furthermore consists, at least in the time domain, in performing a detection adapted by contrast criterion based on the maximum reached by the components in the areas surrounding the cell in terms of distance and frequency tested with respect to the spectral band likely to be occupied by the clutter, and based on a noise reference calculated in the same areas with respect to the other spectral bands.
Dans une première partie de la description, on se réfèrera plus particulièrement au problème dans le domaine temporel pour étendre ensuite les solutions exposées au domaine spatial. In a first part of the description, reference will be made more particularly to the problem in the time domain to then extend the solutions exposed to the spatial domain.
Le procédé selon l'invention consiste donc dans un premier temps à effectuer une estimation par analyse spectrale autorégressive des p composantes Doppler du signal, générées par le fouillis et d'éventuelles cibles. The method according to the invention therefore consists first of all in making an estimate by autoregressive spectral analysis of the p Doppler components of the signal, generated by the clutter and any targets.
Dans un deuxième temps, on procède à l'estimation de la puissance des composantes Doppler ainsi déterminées en construisant p filtres de gain G j (avec j variant entre l et p) tels que, comme cela est illustré sur la figure 3, le gain G. In a second step, the power of the Doppler components thus determined is evaluated by constructing p gain filters G j (with j varying between l and p) such that, as illustrated in FIG. G.
J soit égal à l pour la fréquence fj pour le filtre de rang j et à zéro pour chacune des fréquences des autres composantes fi pour toutes les valeurs de i entre l et p mais différentes de j
La forme de la courbe de la figure 3 est sans importance en dehors des fréquences des composantes estimées précisées ci-dessus (avec à titre d'exemple p=4) en supposant des composantes de fréquences pures. Cette façon de procéder permet d'éviter l'élargissement créé par les pondérations a priori et par la fenêtre d'observation.J is equal to l for the frequency fj for the rank filter j and to zero for each of the frequencies of the other components fi for all the values of i between l and p but different from j
The shape of the curve in Figure 3 is unimportant outside the frequencies of the estimated components specified above (with as an example p = 4) assuming pure frequency components. This way of proceeding makes it possible to avoid the widening created by the a priori weightings and by the window of observation.
La figure 4 est un schéma de principe d'un dispositif selon l'invention dans le cadre de l'application à un radar
Doppler émettant des rafales courtes d'impulsions cohérentes. Le signal reçu est constitué pour chaque porte en distance du radar par une suite de N échantillons complexes X correspondant aux N
n impulsions d'une rafale.FIG. 4 is a block diagram of a device according to the invention as part of the application to a radar
Doppler emitting short bursts of coherent pulses. The received signal is constituted for each door in distance from the radar by a sequence of N complex samples X corresponding to the N
n pulses of a burst.
Ces échantillons sont envoyés tout d'abord à des moyens l de modélisation autorégressive d'ordre p. Cet ordre p correspond au nombre maximum de composantes qu'il est possible de déterminer compte tenu des conditions du fonctionnement du radar (nombre d'impulsion par rafales, nombre maximum de composantes spectrales susceptibles d'être présentes dans une porte en distance ...). These samples are sent firstly to means of autoregressive modeling of order p. This order p corresponds to the maximum number of components that can be determined taking into account the operating conditions of the radar (number of pulses per burst, maximum number of spectral components likely to be present in a door in distance ... ).
Par exemple et sans que cela soit en rien limitatif, avec N=9 impulsions, on peut choisir p = 4.For example and without being in any way limiting, with N = 9 pulses, we can choose p = 4.
La modélisation autorégressive est réalisée à partir par exemple de l'algorithme de Marple qui est décrit plus en détails dans l'article "A new AR spectrum analysis algorithm" par
L. Marple, paru dans IEEE ASSP vol. 28 n0 4, 1980.The autoregressive modeling is carried out for example from the Marple algorithm which is described in more detail in the article "A new AR spectrum analysis algorithm" by
L. Marple, published in IEEE ASSP vol. 28, No. 4, 1980.
Cette modélisation, de type non récursif, ne fournit pas les pôles mais seulement le modèle prédictif
donc la transformée en Z du filtre prédictif dont il s'agit de trouver les racines, déterminant la position spectrale des composantes
This non-recursive modeling does not provide the poles but only the predictive model
therefore the Z-transform of the predictive filter whose roots it is to find, determining the spectral position of the components
Un circuit de recherche des pôles 2 calcule ces racines Zi à 24 du polynome P(Z) par exemple par la méthode de Bairstow décrite en détail dans le livre "Méthodes de calcul numérique" de
J-P. Nougier, 2ème édition, aux éditions Masson.A pole search circuit 2 calculates these roots Z1 to 24 of the polynomial P (Z) for example by the method of Bairstow described in detail in the book "Methods of numerical computation" of
JP. Nougier, 2nd edition, published by Masson.
Les valeurs Zi à 24 sont envoyées à un dispositif 3 de synthèse des filtres et de correction des gains. Les échantillons
X sont d'autre part traités dans p voies de filtrage adapté 4.l
n à 4.4 pour estimer la puissance des différentes composantes
Doppler. Chacune de ces voies a pour objet d'isoler une composante particulière pour en estimer la puissance indépendamment des autres composantes en prévoyant pour chaque voie un gain égal à l pour la composante considérée, dont la fréquence a été définie par les moyens l à 3, et un gain égal à zéro pour toutes les autres composantes. Les informations d'amplitude et de fréquence des composantes traitées sont ensuite transmises à un circuit de détection 5.i pour la porte de distance considérée de rang i.Pour chaque porte en distance, le même traitement est effectué et ceci a été schématisé en représentant une pluralité de circuits de détection semblables 5.1, ... 5.i, ... affectés respectivement à chaque porte en distance l, ... i, ..., l'ensemble constituant les moyens de détection 5.The values Z1 to 24 are sent to a device 3 for filter synthesis and gain correction. The samples
X are on the other hand treated in p adapted filtering channels 4.l
n to 4.4 to estimate the power of the different components
Doppler. Each of these channels is intended to isolate a particular component to estimate its power independently of the other components by providing for each channel a gain equal to 1 for the component considered, the frequency of which has been defined by the means 1 to 3, and a gain equal to zero for all other components. The amplitude and frequency information of the processed components are then transmitted to a detection circuit 5.i for the distance gate of rank i.For each gate in distance, the same processing is performed and this has been schematized by representing a plurality of similar detection circuits 5.1, ... 5.i, ... respectively assigned to each door in distance l, ... i, ..., the assembly constituting the detection means 5.
La figure 5 représente le schéma d'une voie de filtrage adapté. Une telle voie, ici pour la fréquence fl, comprend en série un filtre "blanchisseur" éliminant toutes les autres composantes aux fréquences f2, f3, f4, un filtre adapté à la fréquence fl et une correction de gain Le filtre blanchisseur comprend en série p-l (ici 3) filtres réjecteurs 41 à 43 rejetant respectivement les fréquences f2, f3 et f4. La figure 6 représente un exemple de courbe de réponse Fbl d'un tel filtre réjecteur présentant un gain nul pour fl. Cette courbe se déduit par translation d'une courbe Fb . La forme de cette courbe Fb
o o peut être quelconque a priori en dehors de la fréquence O .On voit que le gain du filtre réjecteur (Fbl) à la fréquence d'une autre composante f2 est égal au gain g21 mesuré sur la courbe initiale Fb à la fréquence f2-fl. On peut de même obtenir les
o gains aux fréquences f3 et f4. Les mêmes remarques s'appliquent aux filtres réjecteurs des fréquences f2, f3 ou f4. On voit ainsi qu'il suffit de conserver en mémoire les points de la courbe Fb
o pour en déduire les gains respectifs des filtres réjecteurs aux diverses fréquences.Figure 5 shows the diagram of a suitable filtering channel. Such a channel, here for the frequency f1, comprises in series a "whitener" filter eliminating all the other components at the frequencies f2, f3, f4, a filter adapted to the frequency f1 and a gain correction. The whitening filter comprises in series (here 3) rejector filters 41 to 43 respectively rejecting the frequencies f2, f3 and f4. FIG. 6 represents an example of a response curve Fbl of such a rejection filter having a zero gain for fl. This curve is deduced by translation of a curve Fb. The shape of this curve Fb
oo can be any a priori outside the frequency O. We see that the gain of the rejection filter (Fbl) at the frequency of another component f2 is equal to the gain g21 measured on the initial curve Fb at the frequency f2 -fl . One can likewise obtain the
o gains at frequencies f3 and f4. The same remarks apply to the rejecting filters of frequencies f2, f3 or f4. We thus see that it suffices to keep in memory the points of the curve Fb
o to deduce the respective gains of the rejecting filters at the various frequencies.
Les échantillons Y du signal débarrassé des
n composantes aux fréquences f2 à f4 sont envoyés au filtre adapté 44 qui reçoit la valeur de la fréquence fl associée à la voie considérée et effectue l'opération
sur les N échantillons de la rafale, moins trois en raison des filtrages réjecteurs antérieurs. Le circuit 45 extrait le module au carré de la quantité Z obtenue. Ce module au carré est alors soumis à une correction de gain de valeur Gl par le circuit 46. Cette correction de gain est obtenue à partir des différents gains des filtres de la voie.
Y samples of the signal cleared
n components at frequencies f2 to f4 are sent to the matched filter 44 which receives the value of the frequency f1 associated with the channel considered and performs the operation
on the N samples of the burst, minus three because of the previous rejecting filtering. The circuit 45 extracts the module squared from the quantity Z obtained. This squared module is then subjected to a gain gain correction G1 by the circuit 46. This gain correction is obtained from the different gains of the filters of the channel.
Le circuit 46 fournit donc la valeur exacte de la puissance |A1| Ai 12 de la composante considérée-puisque le gain de la voie de filtrage adapté a été ramené à l par ce circuit 46. The circuit 46 thus provides the exact value of the power | A1 | Ai 12 of the component considered-since the gain of the adapted filtering channel has been reduced to l by this circuit 46.
Les valeurs des racines Z2, Z3, Z4, de la fréquence fl et de la correction de gain Gl sont fournies par le dispositif 3 (Fig. 4) de synthèse des filtres qui calcule Gl notamment à partir des gains des filtres réjecteurs obtenus, comme on l'a expliqué, par exemple en adressant une mémoire morte où sont stockés les gains du filtre l-Z l successivement par les valeurs fl-f2, fl-f3 et fl-f4 pour la voie à fl. Le dispositif 3 fournit aussi les valeurs Za' Zb et Z ainsi que f adéquates pour chaque voie. The values of the roots Z2, Z3, Z4, of the frequency f1 and of the gain correction G1 are provided by the device 3 (FIG 4) for the synthesis of the filters, which calculates G 1, in particular from the gains of the rejector filters obtained, such as It has been explained, for example, by addressing a read-only memory in which the gains of the filter lZ 1 are stored successively by the values f1-f2, f1-f3 and f1-f4 for the path to f1. The device 3 also provides the values Za 'Zb and Z as well as f adequate for each channel.
c
Un tel traitement a pour effet principal de supprimer l'effet de fenêtre et de pondération.c
Such a treatment has the main effect of suppressing the window and weighting effect.
Les moyens de détection 5 (Fig.4) qui sont utilisés ont pour particularité de reposer, au moins dans la bande de fréquences Doppler susceptible d'être occupée par du fouillis, sur un critère de contraste à la fois en distance et fréquence. The detection means 5 (FIG. 4) which are used have the particularity of being based, at least in the Doppler frequency band likely to be occupied by clutter, on a criterion of contrast both in distance and frequency.
Pour cela, comme l'indique la figure 7, on considère deux zones encadrant en distance la cellule traitée Ci pour la porte en distance de rang i , à savoir une zone ZA dite avancée et une zone ZR dite reculée. La cellule traitée C i est définie par une porte en distance i et une bande de fréquence AF centrée sur la fréquence fj de la composante traitée.For this, as indicated in FIG. 7, two zones are considered which spatially close the treated cell Ci for the distance gate of rank i, namely a so-called advanced zone ZA and a so-called backward zone ZR. The processed cell C i is defined by a distance gate i and a frequency band AF centered on the frequency fj of the processed component.
La zone avancée ZA s'étend sur les P/2 portes en distance suivantes à partir de la porte i+l et sur la bande de fréquence AF autour de f . De même, la zone reculée ZR s'étend sur P/2 portes en distance précédant la porte i , à partir de la porte en distance i-l, et sur la même bande en fréquence AF autour de fj. Comme on l'a symbolisé sur la figure 8, si le niveau moyen de la puissance de bruit est Sb qui définit un plan fréquence/distance dans le diagramme, on va retenir dans les zones ZA et ZR le maximum atteint par les composantes incluses dans ces deux zones. Ici ce maximum MAX est symbolisé par le segment HE.On en déduit un seuil de détection F(MAX) fonction de la valeur MAX qui sert à calculer le contraste entre la cellule en cours de traitement C. et le maximum des deux zones ZA et ZR. Si la puissance de la composante dans la cellule C. est symbolisée par le segment AB inférieur à AD, il n'y a pas détection d'une cible ;. si cette puissance est symbolisée par un segment AC supérieur à AD, il y a détection d'une cible. Cette information de présence de cible et les informations de fréquence
Doppler et de distance sont fournies à la sortie du circuit 5.i correspondant. La détermination du seuil est faite à partir des informations de puissance et de fréquence fournies par les filtres adaptés correspondant aux cellules distance/fréquence des zones ZA et ZR.The forward zone ZA extends to the next P / 2 gates from gate i + 1 and to the frequency band AF around f. Likewise, the retracted zone ZR extends over P / 2 gates in distance preceding the gate i, from the gate in distance il, and on the same frequency band AF around fj. As it is symbolized in FIG. 8, if the average level of the noise power is Sb which defines a frequency / distance plane in the diagram, we will retain in the zones ZA and ZR the maximum reached by the components included in the diagram. these two areas. Here this maximum MAX is symbolized by the segment HE.On deduces a detection threshold F (MAX) according to the value MAX which is used to calculate the contrast between the cell being processed C. and the maximum of the two zones ZA and ZR. If the power of the component in cell C is symbolized by the segment AB less than AD, there is no detection of a target; if this power is symbolized by a segment AC greater than AD, there is detection of a target. This target presence information and frequency information
Doppler and distance are provided at the output of the corresponding 5.i circuit. The determination of the threshold is made from the power and frequency information provided by the adapted filters corresponding to the distance / frequency cells of the zones ZA and ZR.
Il est clair que cette statistique effectuée sur le maximum est pénalisante dans le cas de bruit blanc gaussien, sa raison d'être étant d'assurer la probabilité de fausse alarme requise sur du fouillis non stationnaire essentiellement en distance. Aussi, pour augmenter la visibilité en dehors de la bande de fréquences Doppler susceptible d'être occupée par du fouillis, [-o,x à + o,x en fréquence réduite], on substitue au seuil précédent F(MAX) un seuil calculé de façon classique à partir de la moyenne des puissances déterminée sur les zones avancée et reculée. It is clear that this statistic performed on the maximum is penalizing in the case of Gaussian white noise, its purpose being to ensure the probability of false alarm required on nonstationary clutter essentially in distance. Also, to increase the visibility outside the Doppler frequency band likely to be occupied by clutter, [-o, x to + o, x in reduced frequency], we replace the previous threshold F (MAX) with a calculated threshold in a classical way from the average of the powers determined on the zones advanced and retreated.
La mise en oeuvre du procédé selon l'invention ainsi décrit peut s'effectuer très simplement à l'aide - d'un processeur de signal programmable du type 320 C 30 de la société Texas Instruments pour réaliser la modélisation autorégressive et la recherche des pâles - d'une mémoire morte PROM (ou d'un ensemble de telles mémoires) fournissant la correction de gain - de p étages de filtrage réalisés à partir de circuits programmables comme précédemment ou bien à partir de circuits spécialisés du type ASIC ou transputer IMS A100 de la société
INMOS, le choix étant dicté essentiellement par la cadence de calcul nécessaire.The implementation of the method according to the invention thus described can be carried out very simply using a programmable signal processor of the 320 C type from Texas Instruments to perform the autoregressive modeling and the search for pale a PROM memory (or a set of such memories) providing the gain correction of p filter stages made from programmable circuits as previously or from specialized circuits of the ASIC type or IMS A100 of the society
INMOS, the choice being essentially dictated by the necessary calculation rate.
La mise en oeuvre peut se faire porte en distance par porte en distance, indépendamment, jusqu'à l'étage de détection qui prend en compte simultanément plusieurs portes en distance. The implementation can be remote door gate distance, independently, to the detection stage which takes into account simultaneously several gates in distance.
Pour ce dernier, la cadence de traitement est celle des rafales d'échantillons (et non plus celle des échantillons) et la fonction détection peut donc être réalisée par un circuit programmable.For the latter, the processing rate is that of bursts of samples (and no longer that of samples) and the detection function can be performed by a programmable circuit.
La figure 9 est un exemple de courbes matérialisant le facteur de visibilité sur des échos réels de fouillis de mer avec probabilité de détection de 0,3 et probabilité de fausse alarme de l0 6 et rafales de 9 impulsions. La courbe FVr correspond à un traitement classique par banc de filtres, la courbe FVt correspond à la valeur théorique pour un traitement par banc de filtres sur un fouillis supposé homogène en distance (en pratique la probabilité de fausse alarme de l0 6 n'est plus atteinte car des pics dans la bande de fréquences réduite [0,1 ; OJ causent des fausses alarmes) et la courbe FVi correspond au traitement selon l'invention.On peut voir ainsi que, pour des cibles de faible SER correspondant par exemple à un rapport signal sur bruit de l'ordre de 10 dB, le procédé selon l'invention permet d'augmenter la bande "utile", c'est-à-dire en dehors de la bandedu fouillis, d'environ 40%. FIG. 9 is an example of curves showing the visibility factor on real sea clutter echoes with probability of detection of 0.3 and probability of false alarm of 10 6 and bursts of 9 pulses. The curve FVr corresponds to a conventional treatment by bank of filters, the curve FVt corresponds to the theoretical value for a treatment by bank of filters on a clutter supposed homogeneous in distance (in practice the probability of false alarm of l0 6 is no longer reached because peaks in the reduced frequency band [0,1; OJ cause false alarms) and the FVi curve corresponds to the treatment according to the invention. It can thus be seen that, for low SER targets corresponding for example to a signal-to-noise ratio of the order of 10 dB, the method according to the invention makes it possible to increase the band "useful", that is to say outside the bandedou clutter, about 40%.
Mais, comme on l'a indiqué déjà dans l'introduction, l'invention n'est pas limitée au domaine temporel. Dans le domaine spatial, on connaît les systèmes, notamment radar, à formation de faisceaux par le calcul (FFC) où une antenne de réception est formée d'un réseau linéaire de N capteurs espacés régulièrement de A/2, x étant la longueur d'onde de la fréquence émise. La formation d'un faisceau dans une direction angulaire donnée (définie par rapport à la normale au réseau) consiste à remettre en phase tous les échantillons reçus par les divers capteurs et émanant de cette direction. Cette opération s'apparente complètement à la remise en phase dans le domaine temporel réalisée au cours d'une transformée de Fourier pour une fréquence Doppler donnée.Dans le cas de radar à FFC, la visibilité d'une cible de faible SER angulairement très proche d'un brouilleur fort pose les mêmes problèmes que la visibilité d'une cible de faible SER à la même distance et à une fréquence
Doppler proche d'une cible ou de fouillis de forte puissance.But, as already indicated in the introduction, the invention is not limited to the time domain. In the space domain, there is known systems, including radar, beamforming by calculation (FFC) where a receiving antenna is formed of a linear array of N sensors regularly spaced A / 2, where x is the length of d wave of the transmitted frequency. The formation of a beam in a given angular direction (defined with respect to the normal to the network) consists of re-phasing all the samples received by the various sensors and emanating from this direction. This operation is completely similar to the time domain phasing performed during a Fourier transform for a given Doppler frequency. In the case of FFC radar, the visibility of a low SAR target angularly very close of a strong jammer poses the same problems as the visibility of a low SER target at the same distance and frequency
Doppler near a target or clutter of high power.
Pour pouvoir détecter la cible faible, on a développé des algorithmes dit "à haute résolution" tels que - l'algorithme de Capon décrit par exemple dans l'article "High-resolution frequency-wavenumber spectrum analysis" par
J. Capon dans la revue Proc. IEEE, vol 57, N" 8, 08/1969 - l'algorithme MUSIC décrit par exemple dans l'article "Multiple emitter location and signal parameter estimation" par
R.O. Schmidt dans la revue IEEE Trans. on Antennas and
Propagation, vol. AP 34, 03/1986 ; ou - l'algorithme ESPRIT décrit par exemple dans l'article "ESPRIT-Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance
Techniques" par R. Roy et T. Kailath dans la revue IEEE ASSP, vol. 37, n" 7, 07/1989. In order to be able to detect the weak target, "high resolution" algorithms such as the Capon algorithm described for example in the article "High-resolution frequency-wavenumber spectrum analysis" have been developed by
J. Capon in the review Proc. IEEE, vol 57, No. 8, 08/1969 - the MUSIC algorithm described for example in the article "multiple emitter location and signal parameter estimation" by
RO Schmidt in the journal IEEE Trans. on Antennas and
Propagation, vol. AP 34, 03/1986; or - the ESPRIT algorithm described for example in the article "ESPRIT-Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance"
Techniques "by R. Roy and T. Kailath in the journal IEEE ASSP, vol 37, No. 7, 07/1989.
Tous ces algorithmes permettent, en présence de N capteurs, de détecter théoriquement N-l cibles de fréquences
Doppler différentes.All these algorithms allow, in the presence of N sensors, to theoretically detect Nl frequency targets
Doppler different.
Cependant, tous nécessitent pour effectuer la détection éventuelle d'une cible (ou plus) par cellule de résolution distance de mettre en oeuvre l'algorithme de manière globale, c'est-à-dire avec toute sa potentialité de séparer N-l cibles, même en l'absence de cible. However, all require to perform the possible detection of a target (or more) per distance resolution cell to implement the algorithm globally, that is to say with all its potentiality to separate Nl targets, even in the absence of a target.
Pour bien comprendre la charge de calcul extrêmement élevée que cela implique, on peut prendre l'exemple d'un radar de surveillance du sol ayant par exemple 128 filtres Doppler et 400 portes en distance. La mise en oeuvre d'une FFC par filtre et par porte en distance conduit à 51200 mises en oeuvre de l'algorithme de FFC. Or, même en surveillance du sol où la densité de cible est très élevée, celle-ci conduit à un nombre maximal de 400 cibles (en prenant 90" d'ouverture en gisement et 20 km de portée). Ceci correspond à moins de 0,8% des mises en oeuvre de l'algorithme. La figure 10 schématise cette situation des systèmes classiques. On y a représenté N capteurs C1 à CN dont les signaux reçus traités par un algorithme classique permettent la formation de N-l faisceaux.Une détection Dt permet ainsi de détecter entre 0 et N-l cibles selon les cas, l'algorithme étant de toutes façons utilisé pour former tous les N-l faisceaux. To understand the extremely high calculation load that this implies, we can take the example of a ground surveillance radar having for example 128 Doppler filters and 400 gates in distance. The implementation of a FFC per filter and per gate distance leads to 51200 implementations of the FFC algorithm. However, even in ground surveillance where the target density is very high, it leads to a maximum of 400 targets (taking 90 "opening in the field and 20 km range). 8% of the implementations of the algorithm Figure 10 schematizes this situation of the classical systems: N C1 to CN sensors whose received signals processed by a conventional algorithm are used to form Nl beams. Thus allows to detect between 0 and Nl targets depending on the case, the algorithm being used anyway to form all the Nl beams.
Il est clair que, à la place des algorithmes classiques, on pourrait mettre en oeuvre le procédé de l'invention déjà décrit dans le domaine temporel. Mais selon une autre caractéristique de l'invention, il est proposé de réaliser une mise en oeuvre séquentielle sous forme de N-l étages, chaque étage permettant de localiser en gisement et de détecter une cible supplémentaire. It is clear that, in place of conventional algorithms, it would be possible to implement the method of the invention already described in the time domain. However, according to another characteristic of the invention, it is proposed to carry out a sequential implementation in the form of N-1 stages, each stage making it possible to locate in the field and to detect an additional target.
La figure 11 symbolise cette mise en oeuvre. Le signal est, cette fois, constitué par les N échantillons complexes (phase et quadrature) obtenus en sortie de N capteurs C1 à CN à un instant donné, après passage dans les récepteurs 60.1 à 60.N et les filtres de fouillis 61.1 à 61.N associés. Figure 11 symbolizes this implementation. The signal is, this time, constituted by the N complex samples (phase and quadrature) obtained at the output of N C1 to CN sensors at a given moment, after passing through the receivers 60.1 to 60.N and the clutter filters 61.1 to 61 .N associated.
A chaque étage Et à EtN 2 de la formation de faisceaux
o FFC5, des circuits de traitement 70.0 à 70.N-2 calculent respectivement les coefficients de réflexion successifs d'une modélisation autorégressive du signal, récursive par rapport à l'ordre. On peut utiliser par exemple pour cela l'algorithme de
Burg (avec récursion de Levinson) décrit dans "Maximum entropy spectral analysis" de J. Burg, PhD-StanfordUniversity, 1975.
At each stage And at EtN 2 of beam formation
o FFC5, processing circuits 70.0 to 70.N-2 respectively calculate the successive reflection coefficients of an autoregressive modeling of the signal, recursive with respect to the order. For example, it is possible to use the algorithm of
Burg (with Levinson recursion) described in J. Burg's Maximum Entropy Spectral Analysis, PhD-Stanford University, 1975.
A chaque étage successif, correspondant à un ordre croissant de la modélisation, on teste l'amplitude du module du coefficient de réflexion calculé. Si cette amplitude est supérieure à un seuil prédéterminé, c'est qu'il y a une cible supplémentaire ; on incrémente alors de 1 le nombre M de cibles détectées dans les circuits de traitement correspondants. Dans chaque étage, le nombre M obtenu est testé (71.0 à 71.N-2). Si M est supérieur ou égal à l'ordre du coefficient de réflexion de l'étage considéré, on passe à l'étage suivant en lui transmettant les voies directe et retardée, la valeur de M et le signal de commande venant du test 71.1. Si M est inférieur à l'ordre j du coefficient de réflexion de l'étage, des circuits de calcul (73.1 à 73.N-1) associés à cet étage calculent les directions angulaires ("fréquence spatiale") Fi et la puissance respective
Pi des cibles (1 < i < j-1) à l'aide d'un dispositif 73.j-1 similaire à celui de la figure 4.Les seules différences résident - dans le fait que les moyens 1 de modélisation autorégressive, d'ordre j-l, peuvent être très simplifiés en leur envoyant les valeurs de tous les coefficients de réflexion déjà calculés par les étages Eto à Etj-1 (Fig.11) ce qui permet d'en déduire directement les coefficients a1 à a; 1 nécessaires pour le calcul des pôles par le circuit de recherche 2 ainsi qu'on le verra ci-dessous - dans le fait qu'il n'est pas indispensable de prévoir des moyens de détection 5 puisque la détection des cibles a déjà été faite sur l'amplitude des coefficients de réflexion ; cependant si l'on veut une détection plus précise que celle réalisée sur les coefficients de réflexion, on peut maintenir des moyens de détection 5.At each successive stage, corresponding to an increasing order of the modeling, the amplitude of the modulus of the calculated reflection coefficient is tested. If this amplitude is greater than a predetermined threshold, it is that there is an additional target; the number M of targets detected in the corresponding processing circuits is then incremented by 1. In each stage, the number M obtained is tested (71.0 to 71.N-2). If M is greater than or equal to the order of the reflection coefficient of the stage considered, the next stage is passed by transmitting to it the direct and delayed channels, the value of M and the control signal coming from the test 71.1. If M is smaller than the order j of the reflection coefficient of the stage, calculation circuits (73.1 to 73.N-1) associated with this stage calculate the angular directions ("spatial frequency") Fi and the respective power
Pi of the targets (1 <i <j-1) using a device 73.j-1 similar to that of Figure 4. The only differences reside in the fact that the means 1 autoregressive modeling, d order jl, can be very simplified by sending them the values of all the reflection coefficients already calculated by the Eto stages Etj-1 (Fig.11) which allows to deduce directly coefficients a1 to a; 1 necessary for the calculation of the poles by the search circuit 2 as will be seen below - in that it is not essential to provide detection means 5 since the target detection has already been made on the amplitude of the reflection coefficients; however, if a more precise detection than that carried out on the reflection coefficients is desired, detecting means 5 can be maintained.
On peut remarquer que, sur la figure 11, l'étage initial Et et le dernier étage EtN,1 ont un schéma de principe
o différent de celui des autres étages.It may be noted that, in FIG. 11, the initial stage Et and the last stage EtN, 1 have a schematic diagram
o different from the other floors.
Dans l'étage Eto, si le coefficient de réflexion, d'ordre 1, testé est inférieur au seuil, cela signifie qu'il n'y a aucune cible (M=0) et le traitement s'arrête là (bloc 72), cette information étant délivrée par le bloc 72. In the Eto stage, if the reflection coefficient, of order 1, tested is lower than the threshold, it means that there is no target (M = 0) and the processing stops there (block 72) , this information being delivered by block 72.
Dans l'étage Et N-i' il est inutile de prévoir des circuits de traitement pour calculer un coefficient de réflexion d'ordre N puisque, par principe, on ne peut former que N-l faisceaux. Dans cet étage, on prévoit donc simplement de réaliser le calcul des N-l composantes (circuits de calcul 73.N-1) et on prévoit par ailleurs des moyens d'alerte 74 pour signaler la saturation du système. In the stage Et N-i 'it is useless to provide processing circuits for calculating a reflection coefficient of order N since, in principle, only N-1 beams can be formed. In this stage, it is therefore simply expected to perform the calculation of the N-1 components (calculation circuits 73.N-1) and is also provided alert means 74 to signal the saturation of the system.
De la description ci-dessus, on peut déduire l'un des avantages essentiels de cette application à la FFC : c'est que les calculs effectués ne sont que les calculs utiles pour la détection effective des cibles présentes. Ainsi dans les portes en distance sans cibles, seul le coefficient de réflexion d'ordre 1 est calculé et son module testé. From the description above, one of the essential advantages of this application can be deduced from the FFC: it is that the calculations performed are only the calculations that are useful for the effective detection of the targets present. Thus in the distance gates without targets, only the reflection coefficient of order 1 is calculated and its module tested.
Dans une porte en distance où il y a p cibles - on calcule, à chaque ordre jusqu'à p+l, le coefficient de réflexion K et son module - on calcule le signal filtré par un filtre en treillis à chaque ordre jusqu'à p - on effectue le calcul de récursion de Levinson pour passer des coefficients de réflexion aux coefficients de prédiction a1 à a - on calcule les pôles par la méthode de Bairstow - on calcule les p filtres adaptés ; et - on extrait les modules corrigés quant au gain. In a remote gate where there are targets - the order of the reflection coefficient K and its modulus are calculated at each order up to p + 1 - the signal filtered by a trellis filter is calculated at each order up to p the Levinson recursion calculation is carried out in order to pass reflection coefficients to the prediction coefficients a1 to a; the poles are calculated by the Bairstow method; the appropriate filters are calculated; and - the corrected modules are extracted with respect to the gain.
Il est possible de montrer que la charge de calcul pour le procédé selon l'invention est plusieurs centaines de fois inférieure à celle qu'on obtiendrait en utilisant un algorithme classique tel que celui de Capon dans le cas de radar de surveillance. It can be shown that the design load for the method according to the invention is several hundred times lower than that which would be obtained using a conventional algorithm such as that of Capon in the case of surveillance radar.
Un autre très grand avantage du procédé selon l'invention est qu'il peut être valablement mis en oeuvre avec un nombre très petit d'échos. Another very great advantage of the method according to the invention is that it can be validly implemented with a very small number of echoes.
La figure 12 représente le schéma connu d'un mode de réalisation possible d'une partie des circuits de traitement 70.0 à 70.N-2 de la figure 11 pour le calcul des coefficients de réflexion ainsi que la partie conservée des moyens 1 de modélisation autorégressive de la figure 4 utilisés pour la FFC. FIG. 12 represents the known diagram of a possible embodiment of a part of the processing circuits 70.0 to 70.N-2 of FIG. 11 for the calculation of the reflection coefficients as well as the conserved part of the modeling means 1 autoregressive of Figure 4 used for the FFC.
Les échantillons X venant des N capteurs à un instant donné sont
n réarrangés en une suite temporelle de ces N échantillons et envoyés sur un premier étage 101 de filtre en treillis, les échantillons X étant appliqués à la fois aux deux entrées de
n l'étage, dites "entrée directe" vers la mémoire 111 et "entrée retardée" vers la mémoire 112 à travers un registre 110 assurant le retard nécessaire égal à une période d'échantillonnage. Les mémoires 111 et 112 conservent les signaux en mémoire le temps nécessaire au calcul du coefficient de réflexion K1 par le circuit 131. Le coefficient de réflexion K1 est calculé selon une relation telle que
à partir des échantillons de la voie directe et de la voie retardée.
X samples coming from N sensors at a given moment are
n rearranged in a time sequence of these N samples and sent on a first stage 101 trellis filter, the samples X being applied to both inputs of
n the stage, say "direct input" to the memory 111 and "delayed entry" to the memory 112 through a register 110 ensuring the necessary delay equal to a sampling period. The memories 111 and 112 store the signals in memory the time required for the calculation of the reflection coefficient K1 by the circuit 131. The reflection coefficient K1 is calculated according to a relationship such that
from the samples of the direct and the delayed channels.
La structure de base du filtre en treillis comporte en outre deux multiplieurs complexes 113 et 114 et deux soustracteurs 115 et 116, le multiplieur 114 recevant le coefficient de réflexion K1 et le multiplieur 113 recevant la valeur conjuguée K1*. D'une manière générale l'étage d'ordre n d'un filtre en treillis recevant sur une voie directe un signal e t (n-i) et sur une voie retardée un signal ft(n-1), fournit sur ses deux sorties
etc") = e t (n-i) - K ft(n-l)z
ft(n) ftn-ltZ - Kn* e t (n-i) où z est un opérateur retard et K le coefficient de réflexion de
n l'ordre n.Les étages 101, 102 ... 10p jusqu'à l'ordre maximum p considéré sont connectés en série et à chaque étage est associé un circuit de calcul 131, 132 ... 13p pour le calcul du coefficient de réflexion de l'ordre correspondant. Ce sont ces coefficients de réflexion qui sont utilisés dans les divers étages Et à EtN 1 de la figure 11.The basic structure of the trellis filter further comprises two complex multipliers 113 and 114 and two subtractors 115 and 116, the multiplier 114 receiving the reflection coefficient K1 and the multiplier 113 receiving the conjugate value K1 *. In general, the n-order stage of a trellis filter receiving on a direct channel a signal and (ni) and on a delayed channel a signal ft (n-1), provides on its two outputs
etc. ") = and (ni) - K ft (nl) z
ft (n) ftn-ltZ - Kn * and (ni) where z is a delay operator and K the reflection coefficient of
n the order n.The stages 101, 102 ... 10p up to the maximum order p considered are connected in series and at each stage is associated a calculation circuit 131, 132 ... 13p for calculating the coefficient reflection of the corresponding order. It is these reflection coefficients that are used in the various stages Et to EtN 1 of FIG. 11.
o
Par ailleurs, comme on l'a expliqué plus haut, les moyens 1 de modélisation autorégressive de la figure 4 peuvent être réduits à un circuit de calcul des coefficients prédictifs a1 à a à partir de ces coefficients de réflexion K1 à Kp déjà p calculés. Ce circuit est indiqué par la référence 140 sur la figure 12. Comme pour le calcul d'un étage du filtre en treillis, on peut calculer l'élément de filtrage prédictif d'ordre n+1, en utilisant les coefficients a1 ... an calculés précédemment, ainsi que le nouveau coefficient de réflexion Kn+1 fourni par le filtre en treillis.On utilise pour cela un dispositif 140 dont le principe de fonctionnement est donné par la formule de récurrence suivante correspondant à un filtrage limité à l'ordre n+1
o
Moreover, as explained above, the means 1 of autoregressive modeling of Figure 4 can be reduced to a calculation circuit of the predictive coefficients a1 to a from these reflection coefficients K1 to Kp already calculated p. This circuit is indicated by the reference 140 in FIG. 12. As for calculating a stage of the trellis filter, it is possible to compute the predictive filtering element of order n + 1, by using the coefficients a1 ... a year calculated previously, as well as the new coefficient of reflection Kn + 1 provided by the trellis filter.On uses for this a device 140 whose operating principle is given by the following recurrence formula corresponding to a filtering limited to the order n + 1
<tb> -i <SEP> 0 <SEP> -1
<tb> (n) <SEP> (n)* <SEP> a <SEP> (n+1)
<tb> a1 <SEP> n <SEP> i <SEP>
<tb> (n) <SEP> (n+1) <SEP>
<tb> a2 <SEP> a2 <SEP>
<tb> : <SEP> -Kn-1 <SEP> .<SEP> = <SEP> ~ <SEP> Kn-l <SEP>
<tb> an(n) <SEP> a1(n)*
<tb> 0 <SEP> -1
<tb> où aj ) constitue le j coefficient de filtrage du filtre d'ordre n+1 (1 # j s n+1), où Kn+1 constitue le (n+i)ième ième coefficient de réflexion calculé par la (n+1) cellule du filtre en treillis et où le coefficient aj(n) constitue le jième coefficient de filtrage du filtre d'ordre n (1 # j # n).<tb> -i <SEP> 0 <SEP> -1
<tb> (n) <SEP> (n) * <SEP> a <SEP> (n + 1)
<tb> a1 <SEP> n <SEP> i <SEP>
<tb> (n) <SEP> (n + 1) <SEP>
<tb> a2 <SEP> a2 <SEP>
<tb>: <SEP> -Kn-1 <SEP>. <SEP> = <SEP> ~ <SEP> Kn-l <SEP>
<tb> year (n) <SEP> a1 (n) *
<tb> 0 <SEP> -1
<tb> where aj) constitutes the filtering coefficient of the filter of order n + 1 (1 # js n + 1), where Kn + 1 constitutes the (n + i) th th reflection coefficient calculated by the (n +1) cell of the trellis filter and where the coefficient aj (n) constitutes the jth filtering coefficient of the filter of order n (1 # j # n).
Le circuit 140 ne comporte qu'une simple cellule de calcul logique effectuant les calculs du type
an+i) = aj(n)- Kn+1 a##### ainsi qu'un bouclage entre sa sortie et son entrée permettant d'utiliser autant de fois qu'il est nécessaire le même matériel suivant l'ordre du filtre que l'on veut réaliser.The circuit 140 comprises only a simple logic calculation cell performing the calculations of the type
an + i) = aj (n) - Kn + 1 a ##### as well as a loop between its output and its input allowing to use as many times as necessary the same material following the order of the filter that we want to achieve.
Pour le dispositif de la figure 11, on a considéré seulement le cas d'un traitement porte en distance par porte en distance. Mais on peut aussi envisager un traitement affiné par porte en distance et fréquence Doppler. For the device of Figure 11, it has been considered only the case of a remote door gate processing distance. But one can also consider a treatment refined by gate distance and Doppler frequency.
Dans ce cas, comme représenté sur la figure 13, on ajoute après chaque filtre de fouillis 61.1 à 61.N un traitement
Doppler 62.1 à 62.N par transformée de Fourier rapide (FFT) par exemple. Tous les échantillons d'un même rang de filtrage Doppler (correspondant à une fréquence Doppler particulière) issus des N traitements Doppler 62.1 à 62.N sont envoyés à un dispositif de formation de faisceaux par le calcul respectif FFCS1 à FFCSQ, identique au dispositif FFC5 de la figure 11.In this case, as shown in FIG. 13, after each clutter filter 61.1 to 61.N a treatment is added.
Doppler 62.1 to 62.N by fast Fourier transform (FFT) for example. All the samples of the same row of Doppler filtering (corresponding to a particular Doppler frequency) resulting from the N Doppler treatments 62.1 to 62.N are sent to a beam forming device by the respective calculation FFCS1 to FFCSQ, identical to the device FFC5 of Figure 11.
On pourrait encore perfectionner ce système en remplaçant chaque filtre Doppler par une détection autorégressive qui fournit à la fois l'indication de présence d'une cible et sa fréquence Doppler. On pourrait ainsi dans ce cas n'effectuer la formation de faisceaux que lorsqu'une cible est détectée sans avoir à recalculer les coefficients de réflexion. This system could be further improved by replacing each Doppler filter with autoregressive detection which provides both the indication of the presence of a target and its Doppler frequency. In this case, it would be possible to effect the formation of beams only when a target is detected without having to recalculate the reflection coefficients.
Bien entendu, les exemples de réalisation décrits ne sont nullement limitatifs de l'invention. Of course, the described embodiments are in no way limitative of the invention.
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